如何在数字化转型中推进和实施数字孪生？

从2017年和2019年Gartner将数字孪生（Digital Twin）作为十大战略性技术发布以来，数字孪生正在从虚拟产品生命周期管理、工业物联网专业技术，发展为企业数字化的核心通用技术。作为企业数字化通用技术，数字孪生为企业的运营创新、产品与服务创新、商业模式创新、管理创新带来了新的机会，本文结合PLM、工业互联网及企业领域数字孪生技术的发展演进探讨如何规划和实施企业数字孪生战略。

数字孪生的技术演进：从虚拟产品技术到数字化战略技术

2021年上海车展特斯拉车主维权事件中，特斯拉分别向市场监管部门、维权的张女士发送了整理为Excel表格的48页6697组后台服务器数据，详细记录了车主在事故前30分钟的车辆状况和驾驶动作。

特斯拉的用户不仅可以通过特斯拉的数字孪生追溯设备的过去和当前使用状况，还可以发现，在使用过程中，特斯拉 汽车 的功能似乎越来越智能，特斯拉 汽车 似乎会越来越懂你。特斯拉通过数字孪生给用户提供了一种“持续智能”，可以持续适配用户、持续优化。特斯拉通过这种服务，每年可以从每辆特斯拉获得超过1200美元的收入。

要构建类似特斯拉这样的数字化产品、服务和商业模式，首先需要理解数字孪生技术的由来、发展及持续演进。数字孪生迄今经历了三个演进阶段：

1、虚拟产品管理发展阶段

2003年迈克尔·格里夫斯（Michael Greives）第一次提出将数字孪生（Digital Twin） 作为PLM的一个概念模型，将虚拟产品纳入PLM的管理范畴，重新定义了PLM。到2011年NASA将“数字孪生”（Digital Twin）列入美国航空航天发展规划，这个阶段是数字孪生的概念形成阶段。这个阶段数字孪生主要被定位为下一代PLM系统的“虚拟完美模型”（Virtually perfect Model）。

2、工业互联网发展阶段

2011年以来，GE公司发布雄心勃勃的工业互联网计划，随后，在GE和西门子、PTC等公司的倡导和支持下，数字孪生作为工业互联网的核心技术得到了前所未有的重视，这个阶段，无论是GE、PTC还是西门子，都不仅将数字孪生用于CAD、CAE、PLM等虚拟产品系统工程，还在设备（APM）、过程控制、网络等工业互联网各个领域以数字孪生和数字主线作为核心技术支持，各个厂商分别发布了设备、网络、过程、产品、生产、运营等不同应用场景数以百万计的数字孪生体。数字孪生通过工业互联网的发展进入到商用阶段，不过迄今大约只有1%的企业资产应用了数字孪生技术。

3、数字化战略技术发展阶段

2017年Gartner将数字孪生列入10大战略技术趋势，数字孪生从工业互联网的核心技术进一步发展为基于物联网的智慧城市和企业数字化的核心战略技术。数字孪生作为战略技术，从复杂系统工程（iMBSE）和工业互联网等特定领域发展为智慧城市和企业的数字化基础设施。Gartner数字孪生分为离散数字孪生、组合数字孪生、组织数字孪生三个基本类型。产品数字孪生也好，设备数字孪生也好，实际都是一种离散的数字体，这样的数字孪生的作用是局部的，Gartner的建议实际是将这种离散的数字孪生能力“组装”起来，打造具备特定的业务模式和运营模式的组织数字孪生（DTO），让企业具备数字孪生的持续智能能力。这样，数字孪生就成为企业数字化的一种核心战略技术。

数字孪生实施路线：从离散可视、数据驱动到持续智能

数字孪生的概念虽然出现已久，但是在企业数字化转型中的应用还刚刚开始，即使引入数字孪生的企业也还处于试点和 探索 阶段。但是在未来一年内，65%的大型企业都表示会投入启动数字孪生项目。未来两到三年，是企业数字孪生建设的战略机遇期，有的放矢的拟定数字孪生战略，无疑将获得先行优势。

目前推行数字孪生的制造企业，基本有两条战略实施路线，一条是从产品数字孪生开始，基于产品数字孪生，实现虚拟样机、虚拟仿真，缩短产品研发周期，降低产品研发成本。典型代表是中车集团如中车株机；一条是设备和车间数字孪生开始，基于设备和车间数字孪生，实现透明化的装备生产、运维和服务。典型代表是树根互联参与的三一重工8号工厂；

从企业战略发展角度，为了实现通过数字孪生构建未来的竞争优势，企业的数字孪生的战略可以按照四个步骤展开：

1、第一阶段：实现离散数字孪生的连接与可见

离散数字孪生,是实现设备、人员等单一的资源数据连接和数据可视以实现资源优化的单一数字孪生体。这一阶段，基于边缘网络技术、设备及资源管理系统，通过选定的设备、流程、系统的数字化连接和数据采集、数字化标识、数字化监测，实现数字化设备、流程和系统的诊断、描述性分析和预测；目前在不少企业推行的RPA（流程机器人）其实也是一种离散数字孪生的应用。设备的离散数字孪生未来将主要通过设备供应商提供；流程的离散数字孪生主要通过应用软件服务商提供；

2、第二阶段：实现复合数字孪生的互联与数据驱动

复合数字孪生是基于内部离散数字孪生和外部数据资源复合而成的数字孪生体，如一条产线，一个端到端的服务线。数字孪生的复合过程不是简单的数据互通，包括基于 历史 数据的机器学习和模型训练、基于实时数据的模型实时运行和监测。所以复合数字孪生的能力是需要通过一个包括AI和大数据能力在内的物联网平台实现的。符合数字孪生一般通过企业个性化定制实现。

3、第三阶段：实现企业数字孪生的数据驱动与持续智能

企业数字孪生（DTO）重点是面向企业全流程，通过数据孪生监测和驱动的业务运行，形成一种可以持续自动采集、自动分析、自主执行、自主决策的数据驱动闭环。在2020年的战略技术趋势预测中，Gartner提出了一个“持续智能”的新概念刚好可以解释企业数字孪生的价值。持续智能指的是基于数字化在线平台实时获取数据流，实时进行情景分析并给出响应方案，实现决策与运营的一体化。企业数字孪生的的建设是一个系统工程，基本的建设内容包括全价值链的数据获取、模型构建、数据监测及支持持续智能的数据与分析平台建设。这种需求很多企业都是存在的，不过大多数企业因为不了解企业数字孪生的概念，可能将这个项目简单等同于大数据中心。

4、第四阶段：实现数字孪生的生态服务与价值共生

将产业上下游的数字孪生组织集合起来，就成为以链主为核心的产业数字孪生，如 汽车 制造商上下游数字孪生体集合起来就可以构成一个包括消费者、供应商、4S店及 社会 服务资源在内的 汽车 产业数字孪生。产业数字孪生将改变传统的产业协同关系，衍生出全新的基于数据和智能的生他服务和价值共生模式。个性化订制、网络化协同最终将体现在客户参与数字孪生、生态伙伴共享产业数字孪生的价值。

数字孪生的创新策略：模型驱动、架构引领， 探索 中前进

从离散数字孪生，复合数字孪生到企业数字孪生、生态数字孪生，数字孪生在企业的应用深度不断加深、实施的复杂性和应用的难度也会逐级加大。在实施的过程中必然面临不确定的风险，在行业内实际还缺少行之有效的数字孪生实施方法。

在复杂系统工程领域，有基于模型的系统工程方法（iMBSE）对产品定义、领域建模与仿真给出了方法论指导；

在虚实融合的数字化方法论层面，德国工业40参考架构、中美工业互联网参考架构也已经发表了发表了相关的架构框架。

但是在企业数字孪生领域，在面向企业运营和流程优化领域，原有的BPM（业务流程管理）的方法论已经不能支持模型驱动、虚实融合的数字化业务模式和运营模式创新需求，企业需要新的业务和运用模式优化方法论。

作者：金蝶软件（中国）有限公司

组稿：李艾离

本文内容仅代表作者观点，不构成购买或投资建议。

物联网平台基于IaaS、PaaS、SaaS三种云计算服务模型，逐步完善了其功能体系，即ICP（基础设施云服务平台）、CMP（连接管理）、DMP（设备管理平台）、AEP（应用使能平台）、BAP（业务分析平台）等。
下面按照4大领域的玩家的分类方法逐一介绍PaaS物联网平台，其中包含通信领域、互联网领域、软件系统服务领域、垂直领域。
其中，通信领域包括以移动、联通、电信、华为、新华三为代表的电信运营商和电信设备商；互联网领域包括阿里、腾讯、百度、小米等；
软件系统服务领域包括IBM、微软、PTC等；
垂直领域主要分为两个部分，包括以三一重工、GE、西门子等为代表的工业类企业，以基本立子、普奥云、机智云、涂鸦智能、寄云等为代表的创业企业。

早在2014年11月的时候，全球最具影响力的管理思想家之一、哈佛商学院教授迈克尔·波特和PTC首席执行官Jim Heppelman 在《哈佛商业评论》上发表了一篇具有重大影响力的文章——《智能互联产品如何改变竞争》。他们认为，物联网互联产品将改变传统的产业结构、商业模式以及许多行业的竞争本质。

自从这篇文章发表以来，世界上已经出现了许多颠覆性的物联网商业模式创新。例如：iRobot公司凭借其自主物联网连接的吸尘机器人，实现了从零到900万台物联网连接设备的销售量，从而改变整个吸尘器行业的状态；Thyssenkrupp电梯物联网连接的电梯已经从零增加到130,000个，其三个主要竞争对手Otis、Schindler和Kone都引入了类似的基于IoT的商业模式；共享单车行业，在美国已经从零发展到3900万人次，基本上就是通过物联网技术的出现而创建的。

还有成千上万的新智能产品/物联网商业模式的例子，还在酝酿中。那些目前正在（或计划将）智能互联产品推向市场的企业，可以从这些早期的创新者身上学到什么？前不久，市场咨询公司IoT Analytics发布了《2020 IoT商业化和商业模式采用》，探讨了全球领先的设备和产品制造商（OEM）在过去5年如何成功推出智能互联物联网产品以及心得体会。

开发一个物联网业务模式或业务模型并将之商业化并不简单，但可能会是颠覆性的“ 游戏 规则改变者”。61％参与了IoT Analytics研究报告者声称，与竞争对手相比，物联网商业模式让其公司获得了竞争优势。

将智能连接产品推向市场时，需要进行很多考量，例如：是首先接触现有客户，还是瞄准新客户；可以通过硬件、软件、服务或数据获利，还是这些的组合；是一次性收费，还是按月收费，甚至可能是按使用量收费；是否免费提供某些功能；是按成本定价，还是按利润率定价，或者是通过亏损以获得早期市场份额；是直接销售给客户，还是通过第三方（市场）销售等等。

物联网商业模式与产品开发和产品商业化这两个相邻的环节紧密相连。IoT Analytics将其分为3个部分： 开发物联网产品（例如上市时间和开发功能）、开发物联网商业模式（该分析主要基于Zollenkop框架，着眼于三个要素：市场定位、价值链和收入模型）以及物联网产品的商业化（例如：确定合适的价格水平、推动采用的措施和衡量成功的KPI）。

IoT Analytics的报告就这些问题给出了相应的6个观点，并强调了哪些物联网商业模式被认为更成功。

观点1。智能连接物联网产品，从内部项目启动到第一个付费用户平均需要23个月。然而，从开始到第一次付费客户所需的总时间，相比平均值有巨大差异。最快的实现发生在8个月，而最长的可能需要长达76个月（根据IoT Analytics的分析）。

观点2。有许多因素驱动了将智能互联物联网产品推向市场的复杂性。特别是较大的公司必须花更多的时间来协调多个部门和流程。根据分析，典型的物联网产品的引入会“主要影响”到6个部门（其中IT和R＆D受影响最大）。

推动IT和研发部门工作的，是在IoT互联产品中加入许多软件特性和服务。物联网产品平均拥有12项新功能，几乎所有物联网公司（91％）都为客户提供监控仪表板，而库存管理或工作流优化等功能则很少见。

观点3。在这次分析中，近四分之三的受访者开发了一款全新的或主要经过重新设计的产品，而这种产品以前并不存在。大多数受访者还表示，物联网产品的销售对象是一些新的决策者（以及一些现有的决策者）。结果是，52%的物联网商业模式可以归类为“多元化”，只有11%归类为“市场渗透”，即在现有产品加上小的附加功能，销售给和以前完全相同的决策者。

观点4。目前，超过95％的物联网硬件都已获利。然而，在大多数情况下，硬件只是多种变现方式的一部分。大多数研究参与者预计，未来两年，服务（包括传统和数字）和数据的重要性将显著提高。随着硬件获利重要性的下降，预计基于时间、使用和成功而盈利的模式的重要性将会增加。

欧洲某 汽车 行业高级IT经理表示：“我们未来的重点将更多地放在数字服务上。当前我们对用户只有一个接触点：安装硬件。展望未来，随着数据日趋成熟，以及拥有更好的远程软件更新能力，我们将能够提供更多以用户为中心的SaaS产品/功能，客户可以在网上购买。”

观点5。物联网解决方案的成功商业化在产品推出前很久就开始了。美国某机械设备制造商高级产品经理表示：“在构建和销售解决方案之前，清楚了解客户的需求至关重要。”

分析显示，不同地区的客户采用率存在巨大差异，一些功能显然比其它功能更受客户欢迎。客户采用率排名占前四分之一的两项功能分别是“状态监视”和“预测性维护”，这与IoT Analytics先前关于预测性维护主题的报告相符。

因此，许多研究参与者指出，教育自己的团队，特别是面向客户的员工的重要性就不足为奇了。美国某机械设备制造商高级产品经理表示：“对员工的培训是一项艰巨的任务，因为该技术对公司整体来说是新技术，并且所有领域的专家都需要接受培训。”

当前，我们正在进入全新的“咆哮20年”的开始。这是ARM与经济学人在今年上半年推出的《物联网商业指数2020》所提示的变化：即所有产业面对的障碍正逐渐降低，超过一半的受访企业已经处于物联网网络部署初期或大规模部署阶段。《物联网商业指数2020》强调，物联网的“商业价值之路”已经出现，企业在物联网方面的初期投资通常能够明确的投资回报，而随着物联网数据与其它数据集的结合以及纳入整体分析中，物联网的价值也在上升。

在大会现场，为大家介绍了 PTC Creo 30 新功能：
PTC Creo30战略举措：
1、多CAD设计：
进一步改善与第三方的CAD数据的交换
柔性建模（Flexible Modeling）
2、概念设计：
PTC Creo Direct
PTC Creo Layout
Mathcad的集成
3、用户体验、应用：
宛如身临其境的设计环境
4、合作伙伴支持：
进一步改善的合作伙伴应用基础架构
PTC Creo 30 新功能：
采用PTC Creo 30的多CAD设计
引入真正的异构装配（THA）
PTC Creo装配中包含有非PTC Creo的数据
直接 *** 作第三方CAD的对象，等同于Creo自己产生的对象
实时在线更新
PTC Creo 30 新功能：
PTC Creo 30中的概念设计
PTC Creo Layout改进功能良点：
1、全新的和改进的2D创建功能
从属副本
剖面线
更好的对齐与指引
2、并行的布局设计
3、功能更强的3D集成
2D设计变更的通知
图元级别变更预览
4、新设计探索模式
探索多个设计方案
保存设计审核点
采用PTC Creo Direct进一步提升概念设计
1、更丰富更直观的直接建模体验
采用浮动面板的更好用工具栏
改善的装配工作流
2、增强的草绘功能
3、更强大的直接建模能力
智能化的圆角、倒角处理
3D解算器用于实现几何编辑、相切控制
4、支持导入更多的第三方CAD格式
PTC Creo 30 新功能：
PTC Creo设计探索扩展（Design Exploration Extension,简称：DEX）
功能：
评估多个。分支的设计方案
快速轻松的审核点的回溯
在审核点视图或时间轴视图中，审核你的设计方案
优势：
完全安全的假设场景评环境
不限制审核点数目
不限制分支数目
与PTC Creo Mathcad集成的进一步改进
功能：
直接在零件或装配中嵌入Mathcad对象
集成功能结合使用参数
Mathcad与PTC Creo间双向交流
优势：
工程计算和校核与设计同步
能过Mathcad计算驱动PTC Creo参数。

如果不是亲耳聆听PTC全球CEO贺普曼（James Heppelmann）关于物联网将如何变革传统制造的演讲，我对一个革命性时代即将带来的颠覆性影响恐怕不可能有那么深切的感受。
6月的波士顿阳光明媚、气候宜人。这里既是美国文化的发源地之一，也是仅次于硅谷的东部创新中心。贺普曼的演讲正是2014年PTC全球用户大会（PTC Live Global 2014）开场。来自全球约2,000多名用户代表和媒体出席了此次大会。作为《福布斯》中文版的代表，我应邀参加。
自通讯技术诞生以来，全球1/3的人口通过电话、手机、互联网连接。2010年则被物联网发展的一个里程碑：物体的连接数量超过人的连接数量。更重要的是，这一物与物连接的趋势在加速发展，“万物互联”（Internet of Everything）似乎已经势不可挡。
据IDC预测，2016年，物联网产品及解决方案创造的市场价值将达到19万亿美元；麦肯锡则把物联网视为改变生活、商业和全球经济的12大颠覆性技术之一，2025年的市场规模预计达62万亿美元，是3D打印市场的10倍。
“物联网不同于传统意义上的互联网，” 贺普曼说，互联网强调‘人’的连接，而物联网强调的是‘物’，“万物互联的世界产生的变化就是创新的驱动力。”
在贺普曼看来，物联网时代之所以会到来，离不开三大因素的激励：
芯片的发展——摩尔定律使得芯片的计算速度在过去几十年间飞速发展；
通信的发展——各种通信技术让联结成为人们生活不可或缺的部分；
智能产品（也就是“物联网”中的“物”）的发展。
大约1年多前，贺普曼和全球知名的哈佛大学商学院教授迈克尔·波特（Michael EPorter）联合启动了一项关于物联网时代制造业、智能连接产品的研究。“我们的研究发现，智能连接产品的爆炸式增长将重新定义整个产业链条，并会对产业结构产生影响，也会改变竞争者参与竞争的战略，”贺普曼说，“这将是对所有人都产生巨大影响的大事，甚至这变化之快和颠覆性让人觉得有些可怕。”
“世界在变化，我们制造的产品在变化，产品产生价值的源泉也在变化，而且在转移。”贺普曼说。那么，物联网对传统制造业究竟会产生哪些彻底改变呢？贺普曼从三方面做了解析。
首先，原先硬件创造的价值正在被软件创造的价值所共享，与硬件相关联的软件创造的价值将超越以往任何时候。贺普曼以智能手机为例，说明了软件与硬件结合在产品销售中的作用越来越大。“我们很多制造业客户告诉我，他们的产品有几百万、甚至数千万行代码，他们也可以算得上软件公司了。”贺普曼说。
在中国制造业领域，这一趋势同样在发展。例如，风机制造商远景能源在几年前就已经把自己从传统风机制造商升级到了“智能风机制造商”，通过为风机增加传感器、编写软件代码，从而实现智能化控制和运营。
其次，联接让我们对智能硬件在软件方面的创新提供了新的选择，从而创造“新的智能”。云计算的颠覆性由此体现。在制造智能联接产品时，人们可以选择把大部分软件直接与硬件集成，这样可以得到更快的响应速度、较低的网络依赖程度和更高的安全性；也可以把所有的应用都放在云端，如此一来，硬件变成了终端接口，制造的复杂度会大大降低，而所有有价值的应用可以通过网络灵活配置，选择更广、更新更快，硬件的价值也会因此降低；当然，也可以二者结合，把部分核心功能做成嵌入式软件，而把一些应用放在云端。
第三，智能连接产品会带来商业模式的变化——从销售产品到销售服务。飞利浦照明的模式创新是一个典型案例，他们改变以往销售灯具的模式，与华盛顿地区的停车库签订为期10年的照明服务合同，并为这些车库安装LED灯。“LED灯是一次性投入较大的昂贵照明器材，但从节能和效率来说，优势明显。”贺普曼解释说。毋庸置疑，让客户一次性投入安装昂贵的LED灯的挑战很大。但飞利浦采取新服务模式，他们可以从每年节约出来的200万美元的能源开支中获得充足的利润。服务期间，飞利浦不仅需要提供高品质产品，还要持续做好服务——通过传感器、芯片让照明智能化，从而通过系统平台监控、运营和服务。从模式上来看，这是双赢的——用户得到他们需要的“舒适”，而制造和服务提供商取得了稳定而源源不断的利润。
那么，制造业企业应该让传统产品具备哪些“新能力”才能让它们具备智能连接产品的特性呢？贺普曼从4个方面进行了描述，分别是：监控能力、控制能力、优化能力和自动化能力。
激情澎湃的贺普曼曾经是一位工程师和创业者，在他的带领下，PTC从产品设计软件跨越到协同设计、产品生命周期管理、物联网平台等领域，近年来公司保持了持续增长态势，并且通过收、并购完善自己在制造业全生命周期软件工具和平台各环节的布局。贺普曼自己也是一位物联网体验的超级粉丝。演讲中，他现场演示通过网络远程控制自己房屋中的各种智能产品设备，让观众亲眼目睹了家中能源管理、娱乐系统、安全系统尽在一键掌握中的场景。
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可以说海尔物联网模式所体现和实践的三大经济特征是基于对物联网时代企业转型的思考。海尔以一种开放的姿态让全球资源为自己所用。加里·哈默曾经说过：“企业的生命力不在于规模大小，而在于资源的有无”，海尔敢想敢做，开放平台，合作共赢就是对其最好的写照。

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