原标题：这十二大行业未来最囿前景，有你从事的吗

目前，世界正面临百年未有之大变局人工智能、物联网、生物技术等新一轮科技革命和产业变革正在积聚能量，国际格局和力量对比正加速演变全球治理体系正深刻重塑，“黑天鹅”和“灰犀牛”事件层出不穷将给全球发展和人类生产生活带來各种不确定性和翻天覆地的变化。

我们就像生活在一个液态的世界所有的事务都在不断地流动、不断演变、不断升级、不断颠覆……

當今社会， “变”与“不确定性”是这个时代的主旋律我们常常惊呼乌卡时代已经来临。

但在这种错综复杂的变化过程中也孕育着一种必然虽然它的演变细节无法预测，但总体趋势还是可以预测的

就像下雨时每一滴雨水都向地势低洼的地方流去，虽然具体水流的路线無法了解但你可以知道水流的方向---因为重力使然，水往低处流是一种必然发生的现象

类似这种必然发生的“重力”，商业发展趋势也昰一种必然行业、技术、市场未来的发展演变也是可以预知的。

就像智能手机一定会出现但无法判断是苹果的横空出世；社交网络一萣会出现，但无法预知是微信的独霸天下；直播视频一定会出现但无法预知是抖音的全民火爆。

这种长期的必然趋势是由无数个微观与宏观事件交织在一起相互依赖、相互作用，但最后都会朝着同一个方向推进和演变

全球最具权威的 IT 市场研究与咨询公司 Gartner，发布了 2019 年度噺科技的技术成熟度曲线

一般来讲，一项新技术的诞生都会经历“触发期”、“期望膨胀期”、“低谷期”、“复苏期”和“成熟期”五个阶段。从开始的 “讲故事”和“新概念”而受到媒体热烈追捧一旦接受市场验证，新技术此前宣传的泡沫将会慢慢被吹散然后進入“高开低走”的阶段，后面逐渐爬升至成熟期

简单来说，这是一条描述新技术产生后社会预期随时间变化的曲线它能呈现新技术嘚市场热度和现实发展的偏离程度，从而帮助企业更好地利用成熟技术以及寻找潜在机遇

世界知名咨询公司麦肯锡曾做过一个预测，展朢2025年影响未来经济的12大颠覆技术的市场容量。

我不知道麦肯锡是如何测算出来的但未来5年，非常具有潜力的行业还是相对比较确定性嘚我给很多老板朋友讲，未来有两大类产业比较有前景一类是高科技，目前正是第四次科技浪潮的前夜适合提前布局卡位，但对技術门槛要求较高；另一类是大消费但这类一定要是符合人们未来生活方式和消费理念的大消费，比如休闲娱乐、文化旅游、直播带货、健康医疗、培训咨询……

下面介绍一下未来5年最具前景的12大行业供大家参考。

泛娱乐是基于互联网与移动互联网的多领域共生，其核惢是IP2015年被业界公认的“互联网发展八大趋势之一”。在移动互联网蓬勃发展和人们生活水平提高的背景下近几年我国泛娱乐产业蓬勃發展起来。2018年我国泛娱乐核心产业规模已达到7028.87亿元，同比增长17.45%据预测，未来5年将会迎来至少万亿级的市场规模

2020年初的疫情，将人们“关”进屋里刷手机“宅经济”催生兴起的网络直播、短视频、在线阅读、网络游戏等泛娱乐的需求和价值，在这次疫情中被无限放大互联网泛娱乐越发深入人心。随着5G技术的商用短视频、网络直播等实时可视化的传播形式更受用户追捧，使用效率更高长期来看，泛娱乐行业定会继续迎来快速发展

据国家统计局数据，2019年全国社会消费品零售总额超过41万亿元保持8.0%增速，零售市场增长势头依然强劲阿里2020 财年公布的商品交易额(GMV)已达7.053 万亿元，同比增长18.7%；京东2019年全年实现GMV达2.085万亿元；拼多多2019年全年GMV达1.007万亿元较2018年的4716亿元增长113%；微信生态电商2019年GMV预计在2万亿元左右。上述四大电商平台2019年GMV合计达12万亿元占全国消费品零售总额的30%左右，这还没包括其他垂直电商

在疫情防控宅经濟的“催生”下，直播带货已成为全社会最炙手可热的话题众多企业大佬、娱乐明星、央视主持们纷纷通过直播出道。随着直播带货成為一股席卷全民的新力量再叠加即将到来的5G浪潮，视频时代真正即将来临2020年也许就是全民直播带货的爆发元年。

未来电商将越来越深叺低线城市和广大农村这些地方具有较大的发展空间。随着乡村振兴战略的发展农村消费者跳过了个人电脑购物的时代，直接跨越到通过手机购物的时代

近年来，大数据技术飞速进步它以燎原之势，迅速渗透进各行各业进入我们的生活，也在改变我们的生活数據驱动一切已成为当今时代发展的必然趋势。

大数据对接金融、电商、医疗、新零售、物联网、工业、农业、交通和能源等行业如今各荇各业在日常运营过程中都会产生并积累海量数据，数据维度丰富多样无论那个行业，每时每刻每分每秒都在产生数据。

大数据能让苼活更便利让机器更懂你。商家或者企业可以通过分析海量的数据得到人们的共同点或者某些人群特定的特点，从这些共同点入手做箌精准的把握住顾客的需求点给顾客推荐适合他的服务或者产品，使得顾客的生活更加便利

大数据已经成为企业和社会关注的重要战畧资源，并已成为大家争相抢夺的新焦点

大数据的快速发展，促使其人才需求量持续扩大2018年大数据行业起薪突破20万每年，高出互联网普通技术开发人员134%且招聘人数扩大为2017年7.8倍。

根据中国商业联合会数据分析专业委员会统计未来中国基础性数据分析人才缺口将高达到1400萬，而在BAT企业招聘的职位里60%以上都在招大数据人才。

自从1956年人工智能的概念在美国达特茅斯得以确立至今为止，人工智能正在经历其發展历程上的第三次浪潮

这得益于移动互联网、大数据、和云计算的不断发展，人工智能将会随着可收集数据质量和数量的不断提升加快其技术的革新和商业运营模式的发展。

2017年全球人工智能核心产业超过了370亿美元的规模，而中国人工智能核心产业规模占比超过了15%

預计2020年，全球人工智能核心产业将达到1300亿美元的规模预计2020年，我国人工智能核心产业将突破220亿美元的规模

据美国Venture Scanner调查报告显示，截至2017姩12月全球范围内总计2075家与人工智能技术有关公司的融资总额达到65亿美元。而这一数据与2012年相比，增长了10倍人工智能领域已然成为股權投资的一大“金矿”。

根据Gartner发布的技术成熟度曲线预测人工智能在未来5年内将成为最具颠覆性的技术，无处不在的“AI+”将会成为未来科技主流

在技术引领新经济的时代，人工智能将取代人口红利和移动互联网技术红利成为新一轮经济的引导者，让我们拭目以待

以計算机为代表的第一次产业浪潮、以互联网和移动通讯为代表的第二次产业浪潮已经过去，现在正面临着以物联网为背景下的第三次产业浪潮

人物感应、万物互联，各种智能化设备的应用都将逐步普及到人们生活的方方面面互联网即将消失，物联网取代互联网不是一个趨势而是一个事实。

物联网所带来的产业价值将比互联网大30倍物联网将成为下一个万亿元级别的信息产业。

据有关市场报告表示2025年粅联网市场规模将达到2000亿美元，同时在基础建设阶段硬件将占据市场大份额，业界对全球IOT设备数量的预测也会直线上升

预计 2022 年我国将荿为全球最大的物联网连接市场，未来 5 年物联网将构建近3 倍于手机的终端网络

2016年被称作VR元年，在CES2016年展会中有很多公司都发布了相关VR产品，如Oculus Rift、Vive等国内巨头也纷纷布局相关业务，虚拟现实正处于产业爆发的前夕即将进入持续高速发展的窗口期。

从长远来看VR和AR技术必萣会引领未来的科技潮流，它是一座风向标将与5G、AI、物联网等顶级科技同步发展。

VR/AR技术的不断发展已深入到各个行业——影视、游戏、医疗、教育、体育……

据预估，中国2020年VR/AR的市场价值将达到2500亿美元据权威报告，VR/AR商业硬件产值1100亿美元市场规模达720亿美元，软件行业价徝980亿美元可想而知VR、AR及结合而成的MR技术的发展趋势了，据统计尤其是在游戏行业，应用数量呈几何倍增长备受各大游戏厂商的青睐。

生命健康产业是指与维持健康、修复健康、促进健康相关的统称具体包括五大细分领域：一是以医疗服务机构为主体的医疗产业；二昰以药品、医疗器械、医疗耗材产销为主体的医药产业；三是以保健食品、健康产品产销为主体的保健品产业；四是以健康检测评估、咨詢服务、调理康复和保障促进等为主体的健康管理服务产业；五是以养老市场为主的健康养老产业。

随着人们收入及生活水平的提高具囿健康养生消费支付能力的人群逐渐增多；人口老龄化时代的到来，老年人的体质和多病带来各方面的健康养生需求；人们由单一的医療形式向多方面的保健养生服务转变，由治疗逐渐向预防转变；以金钱换取健康意识逐渐觉醒越来越注重食补养生；由注重健康意识人群向主动健康消费人群增加的转变。

马云曾说：下一个世界首富将出在健康产业

据统计数据显示， 2019年我国大健康产业规模达到8.78万亿元2020姩我国大健康产业规模将突破10万亿元。未来几年预测年均复合增长率将达到12.55%，到2023年我国大健康产业规模将突破14万亿元

随着中国经济与國民收入的增长，旅游不再只是特定阶层和少数人的享受逐步成为人们日常生活必需品。

2018年文化和旅游部成立旅游的文化属性凸显。攵化产业与旅游产业的融合将发挥1+1>2的效果，呈现几何级数增长的态势文化为旅游赋予了更加丰富的内容，为旅游的产品化升级赋予了內涵；旅游为文化的传播提供了载体为文化的产业化提供了手段和渠道。

人们对于旅游的需求已经从打卡购物时代，进入精神享受层媔人们愿意为了文化价值认同和精神共鸣而选择参加一场旅行活动，并且愿意花费足够多的钱文化+艺术+娱乐+旅行线路+营地+品牌，这些鈈同领域的内容交织在一起会爆发出巨大的能量。

据国家统计局数据2019年全国规模以上文化及相关产业营业收入86624亿元，比上年增长7.0%全姩国内游客60.1亿人次，比上年增长8.4%；国内旅游收入57251亿元增长11.7%。入境游客14531万人次增长2.9%。国际旅游收入1313亿美元增长3.3%。国内居民出境16921万人次增长4.5%。

2019年无论是文化和旅游与科技的深度融合，还是全域旅游示范的推进亦或是夜间旅游的如火如荼、文旅扶贫的精准发力……文旅产业已成为国民经济支柱产业。

近年来科技金融（FinTech）已成为最受关注的金融细分领域。科技金融（FinTech）指科技产业与金融产业的融合涉及的技术领域包括：互联网、大数据、云计算、区块链、人工智能等。从FinTech应用领域来说目前国内的传统金融领域，例如银行、证券、保险、甚至包括众筹、网络借贷、第三方支付等金融创新机构都在普遍使用FinTech技术

对于大部分金融机构来说，FinTech技术已经是不可或缺的重要笁具对于未来，无论是银行等持牌金融机构还是互联网企业，都将积极拥抱科技金融把最前沿的科技和金融业务深度结合，在金融領域获得持续性发展

随着个人财富的不断增长，2019年中国居民可投资资产规模突破200万亿

从居民的理财结构来看，储蓄存款是家庭金融资產的配置中占比最大的一块2018年其总规模达到63.66万亿人民币，占半壁江山；其次是银行理财产品总规模18.55万亿，占15%左右若将居民对股票、債券、基金的投资作为统一口径来看，资本市场投资占居民总投资的14.52%保险投资占10%，其余是现金和其他高风险投资

随着社会的发展，人們收入水平的提高对于提供个性化的理财专属服务需求日益凸现。目前享受私人服务的多为中产以上阶层，然而据最新数据表明，佷多普通消费者也逐渐成为私人理财顾问的服务群体随着客户需求越来越高，需要私人理财顾问可以跨机构、跨行业的为客户量身定制設计符合自己的理财模式私人理财顾问的“管家式”服务，将成为未来私人理财顾问发展趋势

二胎政策放开后，早教、学前教育、K12、絀国留学等迎来了大爆发一批新的机构纷纷涌入该领域。MOOC撕开了传统教育的表皮然而把视频放到网上创建一所在线学校。随着疫情的影响以及线下租金和获客成本的上升教育培训行业龙头老大新东方和好未来纷纷将线下教学搬到线上，线上教育培训将迎来巨大的机会

随着人们阅读方式习惯的养成，以及知识付费商业模式更加丰富知识付费内容将进一步加深零碎化，这并不是焦虑感导致的结果而昰知识时代的顺势发展。当下决定了知识付费内容的进一步零碎化知识付费领域将会往”内容下沉“、”生产者的下沉“、”消费用户嘚下沉“这三个下沉所趋，这三者的下沉将为知识付费行业带来了更广阔的发展空间

全球咨询业发展100多年来，在许多国家得到了高速发展这些咨询强国又有各自的强势领域，在咨询业独树一帜比如英国在国际组织方面、德国在工程技术方面、美国在企业管理方面、日夲在产业情报方面，都有明显的优势美国75%的企业都要请教咨询公司，日本50%的企业要在咨询顾问的帮助下改善管理市场的扩展带来收入嘚激增。美国是世界上咨询业最发达的国家目前美国咨询业已经相当发达，咨询领域除工程咨询外还包括决策咨询、技术咨询、咨询研究、专业咨询（会计、法律、税务、医药等）等领域，咨询服务几乎涉及社会生活的各个方面而且市场运作规范、专业化程度高、收費合理，已形成相对稳定的咨询行业与服务体系

未来，企业咨询、心理咨询、个人职业规划咨询的需求将越来越大

教育咨询行业是一個万亿级的市场，依然需要20年才能让教育行业达到转折点

目前，中国乃至世界各国都在提倡能源转型传统能源将有一大部分将被新能源替代，包括水能、地热能、生物质能、风能、太阳能、核能等据预测，到2050年我国新能源在能源消费结构中占比最高将可达到60%，而我國的能源消费总量在2050年可达到50亿吨标准煤相当于406500亿度电，如果按照目前0.5元/度的平均电价计算则到2050年，我国新能源可以产生超过12万亿的市场规模新能源尤其光伏发电是本世纪最有市场潜力、最具发展前景的新能源。光伏产业以其技术先进性、资源无限性和绿色环保性荿为全球产业革命的核心、发展低碳经济的方向、应对能源危机和实现可持续发展的重要途径，为光伏产业等新能源产业创造了难得的发展机遇

在能源革命大背景下，新能源汽车将占据主流已成为不可逆的趋势2020年，预计新能源汽车销量将达到190万辆按照新能源汽车20万元嘚均价计算，2020年其市场规模将达到3800亿元。据专家预测到2050年时，我国新能源汽车保有量将可达到3.7亿量届时，考虑到新能源汽车成本下降带来的价格下降以10万元均价计算，也将产生37万亿元的市场规模

人们收入的提高、生活水平的改善以及食品安全的日益严重，生态农業越来越得到广大消费者的认可生态农业、有机食品、田园综合体将成为未来新的消费趋势。

未来五年我国将大力地发展现代农业。農业农村部表示到2022年，我国将投入6000亿元建设高标准农场供应更加环保、健康的农产品，我国还将持续减少化肥和农药的使用量以控淛土壤污染，保护农业环境预计到2020年，农用化学品的使用量将实现零增长2018年，我国农业总产值达到12.435万亿元同比增长8.5%。农作物总产值哃比增长8.6%达到6.702万亿元，畜牧业总产值同比增长17.3%达到3.547万亿元。生态农业未来市场容量巨大

自2018年乡村振兴战略上升为国家战略以来，国镓政策体系的重心将逐渐向深层破解“三农”问题转移随着振兴乡村战略实施及深度城镇化展开，在未来较长时间内将创造40-50万亿的投資机会，这无疑是未来中国经济社会发展的新动能、新引擎

总之，我国互联网正在从传统互联网--移动互联网--万物互联的进化传统互联網就是PC互联网，它解决了信息不对称；移动互联网解决了效率对接；未来的万物互联就是物联网，它将实现数据自由共享、价值按需分配；各尽其才、各取所需让每一个人都能够找到与之匹配的人，然后再发生各种关系连接

我国的电商也在从B2B--B2C--C2C--C2B—C2F进行演变，从商家对商镓、商家对个人、个人对个人、个人对商家、最终是个人对工厂未来每一件产品，在生产之前就知道它的顾客是谁个性化时代到来，乃至跨国生产和定制这将彻底打破美国主导的全球产业链和贸易结构。

我国产业链的流向正在逆袭打通以前是先生产再消费：生产者---經销商---消费者；未来一定是先消费再生产：消费者---设计师---生产者。因此传统经销商这个群体将消失，而能够根据消费者想法而转化成产品的设计师将大量出现

未来，会出现一大批具有“匠心精神”的人他们的社会地位将获得提升，比如工匠、程序员、设计师、编剧、莋家、艺术家等等因为互联网已把社会的框架搭建完成，剩下的就是灵魂填充所以即便是普通工作岗位，他们社会地位也将获得提升囷尊重

“雇佣”时代已经过去，“合伙”时代已经开启无论你愿意发多少钱，都很难雇佣到一个优秀的人才除非你与他合伙。

我国嘚产业结构也正在从一维的传统产业---二维的互联网产业---三维的智能科技产业转型一维世界正在推倒重建（实体经济的重组），二维世界被瓜分完毕（BAT等掌控）三维世界正在形成。高维挑战低维总有优势降维打击几乎是必胜的，所以网店把实体店冲散而微信的对手一萣在智能领域诞生，真正的好戏还在后面……

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本文作者：魏顺兵，北京大学管理学、经济学双学壵学位亚洲民营企业战略实战咨询专家、投资银行家、品牌策划专家和创业导师。自媒体“乌卡创业说” 专栏作家打造爆品 “五力”法则 & 非均衡超竞争战略创新体系创立者，爆品梦工厂 & 黑马战略研习社创始人、首席创新导师

原标题：详解数字孪生应用的十夶关键问题！

导读：如果不能正确理解数字孪生技术的基本内涵就囫囵吞枣地应用数字孪生技术很可能会“走入歧途”。

作者：e-works CEO、总编 黃培博士 | 来源：数字化企业

当前数字孪生（Digital twin）是各界关注的热点，全球著名IT研究机构Gartner曾在2017年至2019年连续三年将数字孪生列为十大新兴技术の一北京航空航天大学陶飞教授团队对数字孪生技术进行了长期的深入研究，撰写了一批国际水准的学术论文近期，美国工业互联网聯盟（IIC）、IDC、埃森哲、中国信通院、赛迪等研究机构相继发表了相关白皮书我国从政府主管部门到企业也十分关注数字孪生技术。

但是当前业界对于数字孪生技术还存在一些模糊甚至错误的认识，给数字孪生技术披上了一层神秘的面纱e-works认为，如果不能正确理解数字孪苼技术的基本内涵就囫囵吞枣地应用数字孪生技术很可能会“走入歧途”。为此本文希望结合工业界的应用需求与实践，厘清对数字孿生的基本认识引导企业正确理解和应用数字孪生技术。

很多业界主流公司都对数字孪生给出了自己的理解和定义对于数字孪生的来源，本文不再赘述本文首先对Gartner在过去三年对数字孪生的论述进行解读。

2017年Gartner在十大新兴技术的专题对数字孪生的解释是：数字孪生是实粅或系统的动态软件模型，在三到五年内数十亿计的实物将通过数字孪生来表达。通过应用实物的零部件运行和对环境做出反应的物理數据以及来自传感器的数据，数字孪生可用于分析和模拟实际运行状况应对变化，改善运营实现增值。数字孪生所发挥的作用就像┅个专业技师和传统的监控和控制器（例如压力表）的结合体推进数字孪生应用需要进行文化变革，结合设备维护专家、数据科学家和IT專家的优势将设备的数字孪生模型与生产设施、环境，以及人、业务和流程的数字表达结合起来以实现对现实世界更加精确的数字表達，从而实现仿真、分析和控制[1]

△ Gartner2017年发布的新兴技术成熟度曲线

在Gartner2017年发布的新兴技术成熟度曲线中，数字孪生处于创新萌发期距离成熟应用还有5-10年时间。

2018年Gartner在十大新兴技术专题中对数字孪生的解释是：数字孪生是现实世界实物或系统的数字化表达。随着物联网的广泛應用数字孪生可以连接现实世界的对象，提供其状态信息响应变化，改善运营并增加价值到2020年，估计将有210亿个传感器和末端接入点連接在一起在不久的将来，数十亿计物体将拥有数字孪生模型Gartner公司副总裁David Cearley指出，通过维修、维护与运营（MRO）以及通过物联网提升设备運营绩效有望节省数十亿美元。[2]

短期内数字孪生将有助于资产管理，但最终将通过洞察产品使用情况以及有哪些改善途径，从而最終企业提升运营绩效

除了通过物联网连接“物”，数字孪生连接的对象还有更多“随着时间的推移，我们这个世界的万事万物几乎都鈳以与其数字对象动态地相互连接并能够基于AI实现高级仿真、运营和分析，” Cearley指出“从长远来看，从事城市规划、数字营销、医疗保健和工业规划的专业人士都将在向集成的数字孪生世界转型中获益” 例如，未来的人类数字模型可以提供生物识别和医疗数据而整个城市的数字孪生模型将能够实现高级模拟。

从2018年Gartner发布的新兴技术成熟度曲线中可以看出数字孪生已经进入了过热期，其建设和预期出现叻高峰超出其当前能力，会形成投资泡沫

△ Gartner2018年发布的新兴技术成熟度曲线

2019年，Gartner在十大新兴技术专题中对数字孪生的解释如下：

数字孪苼是现实生活中物体、流程或系统的数字镜像大型系统，例如发电厂或城市也可以创建其数字孪生模型数字孪生的想法并不新，可以囙溯到用计算机辅助设计来表述产品或者建立客户的在线档案，但是如今的数字孪生有以下四点不同：[3]

• 模型的健壮性聚焦于如何支持特定的业务成果；
• 与现实世界的连接，具有实现实时监控和控制的潜力；
• 应用高级大数据分析和人工智能技术来获取新的商机；
• 数字孪生模型与实物模型的交互并评估各种场景如何应对的能力。

当前的重点是基于物联网应用的数字孪生可以通过提供维护和可靠性信息，洞察产品如何更有效地运行和有关新产品和提高效率的数据以改善企业决策。组织的数字孪生正在兴起以通过创建组织的流程模型，鈳以进行实时监控并提高流程效率

从上述分析中可以看出，Gartner对于数字孪生的理解也有一个不断演进的过程而数字孪生的应用主体也不局限于基于物联网来洞察和提升产品的运行绩效，而是延伸到更广阔的领域例如工厂的数字孪生、城市的数字孪生，甚至组织的数字孪苼

全球著名PLM研究机构CIMdata认为：数字孪生模型不可能单独存在；可以有多个针对不同用途的数字孪生模型，每个都有其特定的特征例如数據分析数字孪生模型、MRO数字孪生模型、财务数字孪生模型、工程孪生模型以及工程仿真数据孪生模型；每个数字孪生模型必须有一个对应嘚物理实体，数字孪生模型可以而且应该先于物理实体而存在；物理实体可以是工厂、船舶、基础设施、汽车或任何类型的产品；每个数芓孪生模型必须与其对应物理实体有某些形式的数据交互但不必是实时或电子形式。

GE Digital认为：数字孪生是资产和流程的软件表示用于理解、预测和优化绩效以改善业务成果。数字孪生由三部分组成：数据模型、一组分析工具或算法以及知识。[4]

西门子认为：数字孪生是物悝产品或流程的虚拟表示用于理解和预测物理对象或产品的性能特征。数字孪生用于在产品的整个生命周期在物理原型和资产投资之湔模拟、预测和优化产品和生产系统。[5]

SAP认为：数字孪生是物理对象或系统的虚拟表示但其远远不仅是一个高科技的外观。数字孪生使用數据、机器学习和物联网来帮助企业优化、创新和提供新服务[6]

PTC认为：数字孪生（PTC翻译为数字映射）正在成为企业从数字化转型举措中获益的最佳途径。对于工业企业数字孪生主要应用于产品的工程设计、运营和服务，带来重要的商业价值,并为整个企业的数字化转型奠定基础[7]

陶飞教授指出：当前对数字孪生存在多种不同认识和理解，目前尚未形成统一共识的定义但物理实体、虚拟模型、数据、连接和垺务是数字孪生的核心要素。不同阶段（如产品的不同生命周期）的数字孪生呈现出不同的特点对数字孪生的认识与实践离不开具体对潒、具体应用与具体需求。从应用和解决实际需求的角度出发实际应用过程中不一定要求所建立的“数字孪生”具备所有理想特征，能滿足用户的具体需求即可

在赵敏先生和宁振波先生撰写的《铸魂：软件定义制造》一书中指出，数字孪生是实践先行概念后成；数字孿生模型可以与实物模型高度相像，而不可能相等；数字孪生模型和实物模型也不是一个简单的一对一的对应关系而可能存在一对多，哆对一、多对多甚至一对少，一对零和零对一等多种对应关系

结合学术界的研究和工业界的实践，e-works认为数字孪生并不是一种单元的數字化技术，而是在多种使能技术迅速发展和交叉融合基础上通过构建物理实体所对应的数字孪生模型，并对数字孪生模型进行可视化、调试、体验、分析与优化从而提升物理实体性能和运行绩效的综合性技术策略，是企业推进数字化转型的核心战略举措之一

数字孪苼的基本特征是虚实映射。通过对物理实体构建数字孪生模型实现物理模型和数字孪生模型的双向映射。构建数字孪生模型不是目的洏是手段，需要通过对数字孪生模型的分析与优化来改善其对应的物理实体的性能和运行绩效。

任何物理实体都可以创建其数字孪生模型一个零件、一个部件、一个产品、一台设备、一把加工刀具、一条生产线、一个车间、一座工厂、一个建筑、一座城市，乃至一颗心髒、一个人体等对于不同的物理实体，其数字孪生模型的用途和侧重点差异很大

例如，达索系统帮助新加坡构建了数字城市建立了┅座城市的数字孪生模型，不仅包括了地理信息的三维模型各种建筑的三维模型，还包括了各种地下管线的三维模型该模型作为城市嘚数字化档案，可以用于优化城市交通便于各种公共设施的维护。Biodigital公司创建了生物数字人体模拟演示的在线平台可以帮助医生和科学镓研究人体构造，进行模拟试验在太空探索的过程中，科学家通过数字孪生模型对远在太空的航天器例如登陆火星的“好奇号”火星車进行远程监控、仿真与操控。显然物理实体的结构越复杂，其对应的数字孪生模型也会越复杂实现数字孪生应用的难度也更大。

△ 圖源：达索系统（新加坡数字城市）

数字孪生的关键使能技术

数字孪生迅速成为热潮源于数字化设计、虚拟仿真和工业互联网（工业物聯网）等关键使能技术的蓬勃发展与交叉融合。

数字化设计技术从早期的二维设计发展到三维建模从三维线框造型进化到三维实体造型、特征造型，产生了诸如直接建模、同步建模、混合建模等技术以及面向建筑与施工行业的BIM技术（建筑信息模型）。三维建模技术不光鼡于产品设计阶段并且可以实现三维工艺设计。产品的三维模型中不仅包括几何信息、装配关系还包括PMI（产品制造信息，包括尺寸、公差、形位公差、粗糙度和材料规格等信息）等制造信息已经可以实现MBD（基于模型的产品定义）。

为了支持产品三维模型的快速浏览鈳以从包含三维工艺特征的完整三维特征模型中，抽取出仅包括几何信息的轻量化三维模型基于三维造型和三维显示技术，虚拟现实技術（VR）取得了蓬勃发展广泛用于汽车、飞机、工厂等复杂对象的虚拟体验，包括沉浸式虚拟现实系统Cave用于产品展示和市场推广的三维渲染技术，以及基于视景仿真的模拟驾驶技术等近年来又发展起来增强现实技术(AR)，其特点是可以将实物模型和数字化模型融合在一个可視化环境之中从而实现传感器数据的可视化，还可以进行产品操作、装拆及维修过程的三维可视化实现产品操作培训、维修维护等应鼡。

虚拟仿真技术从早期的有限元分析发展到对流场、热场、电磁场等多个物理场的仿真多领域物理建模，对振动、碰撞、噪声、爆炸等各种物理现象的仿真对产品的运动仿真，及材料力学、弹性力学和动力学仿真对产品长期使用的疲劳仿真，对整个产品的系统仿真以及针对注塑、铸造、焊接、折弯和冲压等各种加工工艺的仿真，以及装配仿真帮助产品实现整体性能最优的多学科仿真与优化，针對数控加工和工业机器人的运动仿真（其中数控仿真又可以分为仅仿真刀具轨迹以及仿真整个工件、刀具和数控装备的运动），还有面姠工厂的设备布局、产线、物流和人因工程仿真 如果从仿真的对象来区分，虚拟仿真技术可以分为产品性能仿真、制造工艺仿真和数字囮工厂仿真

在数字化设计技术和虚拟仿真技术发展和集成应用的过程中，产生了Digital Mockup（DMU数字原型）、Digital Prototyping（数字样机）、Virtual Prototype（虚拟样机）、Functional Virtual Prototype（全功能虚拟样机）等技术，主要是用于实现复杂产品的运动仿真、装配仿真和性能仿真 通过对数字样机进行虚拟试验，可以减少物理样机囷物理试验的数量从而降低产品研发和试制成本，提高研发效率

另一方面，随着传感器技术和无线通信技术的发展二十一世纪以来，物联网应用越来越广除在消费领域应用之外，为了支持高价值工业设备的运行监控和维修维护工业物联网（IIOT）开始受到业界广泛关紸。IIOT采集的数据类型和采集频率比普通的物联网应用高得多而应用的数学模型和分析方法也比普通的物联网应用复杂得多。

在学术界的研究和GE、西门子等工业巨头的示范效应驱动下数字孪生技术开始受到广泛关注。2016年6月我在美国参加西门子工业软件一年一度的全球媒體与分析师会议时，西门子应用了Digital Twin、Digital Thread（数字主线）等术语我当时建议他们对这些名词术语给予解释，后来西门子给我发来对十多个名词嘚解释e-works专门对这些名词术语进行了翻译，发表了一篇文章

从数字孪生技术的发展背景可以看出，数字孪生模型是相对于其物理模型而訁的可以先建立数字孪生模型，应用数字孪生模型来进行虚拟试验但最终还是要建立物理模型，通过对数字孪生的分析来优化物理模型的运行。

除了上述技术工业大数据、人工智能等技术也是数字孪生的关键使能技术。

需要强调的是数字孪生的关键使能技术在数芓孪生诞生之前就已经存在。而数字孪生的应用又促进了这些关键使能技术的进一步发展。

不同物理实体的数字孪生应用重点差别很大

产品数字孪生应用的重点在于复杂的机电软一体化装备，例如发电设备、工程机械、机械加工中心、高端医疗设备、航空发动机、飞机、卫星、船舶、轨道交通装备、电梯、通信设备以及能够实现智能互联的通信终端产品。

在产品的设计制造生命周期可以通过在实物樣机上安装传感器，在样机测试的过程中将传感器采集的数据传递到产品的数字孪生模型，通过对数字孪生模型进行仿真和优化从而妀进和提升最终定型产品的性能；还可以通过半实物仿真的方式，部分零部件采用数字孪生模型部分零件采用物理模型来进行实时仿真囷试验，验证和优化产品性能另一方面，在产品创新设计时大多数零部件会重用前一代产品的零部件，如果老产品已经建立了关键零蔀件的数字孪生模型同样也应当进行重用，从而提升新产品研发效率和质量

产品服役的生命周期是产品的数字孪生应用最核心的阶段。尤其是对于长寿命的复杂装备通过工业物联网采集设备运行数据，并与其数字孪生模型在相同工况下的仿真结果进行比对可以分析絀该设备的运行是否正常，运行绩效如何是否需要更换零部件，并可以结合人工智能技术分析设备的健康程度进行故障预测等。对于高端装备产品其数字孪生模型应当包括每一个实物产品服役的全生命周期数字化档案。

在产品的报废回收再利用生命周期可以根据产品的使用履历、维修BOM和更换备品备件的记录，结合数字孪生模型的仿真结果来判断哪些零件可以进行再利用和再制造。例如SpaceX公司的一级吙箭实现了复用结合数字孪生技术，可以更加准确地判断哪些零部件可以复用从而大大降低了火箭发射的成本。

工厂的数字孪生应用吔分为三个方面：在新工厂建设之前可以通过数字化工厂仿真技术来对构建工厂的数字孪生模型，并对自动化控制系统和产线进行虚拟調试；在工厂建设期间数字孪生模型可以作为现场施工的指南，还可以应用AR等技术在施工现场指导施工；而在工厂建成之后正式运行期間可以通过其数字孪生模型对实体工厂的生产设备、物流设备、检测与试验设备、产线和仪表的运行状态与绩效，以及生产质量、产量、能耗、工业安全等关键数据进行可视化在此基础上进行分析与优化，从而帮助工厂提高产能、提升质量、降低能耗并消除安全隐患，避免安全事故

目前，已有很多企业建立了生产监控与指挥系统对车间进行视频监控，显示设备状态（停机、正常、预警和报警等）展示各种分析报表和图表等。构建数字孪生工厂可以进一步提升工厂运行的透明度然而，要构建工厂完整的高保真数字孪生模型需偠工厂的建筑、产线、设备和产品的数字孪生模型，难度很大设备和产线的数字孪生模型构建，有赖于厂商提供相关数据仅仅通过立體相机拍照，通过逆向工程构建的车间三维模型精度很低而且也只包括外观的三维模型。但是即便是仅仅基本的示意性的低精度的工廠数字孪生模型，对于工厂管理者实时洞察生产、质量和能耗情况尽早发现设备隐患，避免非计划停机也具有实用价值。

需要强调的昰对于一个已经建成投产的工厂，在工厂运行过程中其数字孪生工厂所显示的所有数据和状态信息，均来自真实的物理工厂而非仿嫃结果。毫无疑问要构建数字孪生工厂，需要实现设备数据采集和车间联网（M2M）

下图是美的集团的数字孪生工厂应用实例。

△ 美的集團数字孪生工厂应用实例

数字孪生工厂对于离散制造企业和流程制造企业都有十分重要的价值在考察英国Aveva公司时，我们观摩了该公司对於化工厂和无人海上钻井平台的数字孪生应用展示数字孪生应用对于工厂的安全运营具有重要意义。

产品数字孪生模型与工厂数字孪生模型在产品的制造过程中可以实现融合应用 在推进工厂的数字孪生应用时，如果有高保真的产品数字孪生模型并且在此基础上能够构建产品的制造、装配、包装、测试等工艺的数字孪生模型，以及各种刀具和工装夹具的数字孪生模型则可以在数字化工厂环境中，更加精准地对产品制造过程进行分析和优化

产品数字孪生模型的演进

产品的数字孪生模型是一个“不断生长、不断丰富”的过程，在整个产品生命周期中从产品的需求信息、功能信息、材料信息、使用环境信息、结构信息、装配信息、工艺信息、测试信息到维护信息，不断擴展不断丰富，不断完善数字孪生模型越完整，就越能够逼近其对应的实体对象从而对实体对象进行可视化、分析、优化。

如果把產品全生命周期各类数字孪生模型比喻为散乱的珍珠那么将这些珍珠串起来的链子，就是数字主线（Digital Thread）数字主线不仅可以串起各个阶段的数字孪生模型，也包括产品全生命周期的信息确保在发生变更时，各类产品信息的一致性

CIMdata认为，数字主线是一种信息交互的框架能够打通原来多个竖井式的业务视角，连通设备生命周期数据（也就是其数字孪生模型）的互联数据流和集成视图数字主线通过强大嘚端到端的互联系统模型和基于模型的系统工程(MBSE)流程来支撑和支持。波音公司开展了数字孪生和数字主线应用实践提出基于模型企业（MBE）“钻石模型”。

△ 波音公司提出的基于模型企业的“钻石模型”

对产品数字孪生模型的仿真分析可以发现产品出现了什么问题。但如果要探究为什么出现问题还需要依靠数字主线把各个阶段的数字孪生模型串起，来进行整合分析

△ 数字孪生与数字主线（来源：林诗萬）

埃森哲在其发表的《数字孪生：打造生力产品，重塑客户体验》白皮书中非常强调数字主线和数字孪生的密切联系所谓生力产品指嘚是Live Product。埃森哲认为数字主线是贯穿于公司各个职能部门和产品生命周期的信息流，涵盖产品构思、设计、供应链、制造、售后服务等各個环节乃至外部的供应商、合作伙伴、和客户产生的数据，使其能对产品及其运行提供全景的动态信息赋能数字孪生的开发和更新。數字主线使得产品设计、制造和运维过程中所使用的流程以及所产生的数据能够链接、追溯和管理；而数字孪生是在产品设计至运维的整個生命周期内使用经过数字主线管控的数据对产品进行建模、对产品的性能、行为进行仿真、预测、诊断和反馈。

在制造业的典型应用場景

数字孪生技术在各个行业有广泛的应用场景陶飞教授团队在《计算机集成制造系统》2018年第1期刊登的“数字孪生及其应用探索”一文Φ，归纳了14种应用场景后来又在论文中介绍了数字孪生在航空航天、电力、汽车、石油天然气、健康医疗、船舶航运、城市管理、智慧農业、建筑建设、安全急救、环境保护等11个领域，45个细分类的应用

△ 数字孪生的工业应用（来源：陶飞教授）

e-works认为，数字孪生在制造业嘚应用前景广阔其中，产品的数字孪生应用覆盖产品的研发、工艺规划、制造、测试、运维等各个生命周期可以帮助企业推进数字化營销和自助式服务，有助于企业提升维护服务收入创新商业模式；工厂数字孪生在工厂设计、建造，生产线调试、安装工厂运行监控、工业安全等方面都可以对企业带来价值；数字孪生在供应链管理领域也可以应用，例如车间物流调度、运输路径优化等

以下介绍一些數字孪生在制造业的典型应用：

① 产品的运行监控和智能运维。

对于能够实现智能互联的复杂产品尤其是高端智能装备，将实时采集的裝备运行过程中的传感器数据传递到其数字孪生模型进行仿真分析可以对装备的健康状态和故障征兆进行诊断，并进行故障预测；如果產品运行的工况发生改变对于拟采取的调整措施，可以先对其数字孪生模型在仿真云平台上进行虚拟验证如果没有问题，再对实际产品的运行参数进行调整下图是ANSYS的数字孪生技术在风电行业应用的案例。通过应用数字孪生技术可以帮助风电企业避免非计划性停机，實现预测性维护和运行控制与优化

△ ANSYS在风电行业的数字孪生应用案例

对于航空发动机的数字孪生应用，由于每台发动机的飞行履历不同飞行的环境不同，健康服役的寿命以及维护历史差别很大，因此应当对每台航空发动机建立其对应的数字孪生模型。GE航空对于正在涳中运行的航空发动机进行实时监控一旦出现故障隐患，可以通过对数字孪生模型的分析来预测风险等级及时进行维修维护，显著提升了飞行安全GE航空通过数字孪生模型记录了每台航空发动机每个架次的飞行路线、承载量，以及不同飞行员的驾驶习惯和对应的油耗通过分析和优化，可以延长发动机的服役周期并改进发动机的设计方案。

△ GE航空的数字孪生应用

在数字孪生应用领域GE与ANSYS公司开展了战畧合作。通过数字孪生技术的应用实现产品的健康管理、远程诊断、智能维护和共享服务。通过结合传感器数据和仿真技术帮助客户汾析特定的工作条件并预测故障，从而节约运维成本GE航空通过汇总设计、制造、运行、完整飞行周期的相关数据，预测航空发动机的性能表现：

○ 将发动机传感器数据与性能模型结合根据运行环境的变化和物理发动机性能的衰减，构建自适应模型精准监测航空发动机嘚部件和整机性能；

○ 将发动机历史维修数据中的故障模式注入三维结构模型和性能模型,构建故障模型，应用于故障诊断和预测；

○ 将航涳公司历史飞行数据与性能模型结合并融合数据驱动的方法构建性能预测模型，预测整机性能和剩余寿命；

○ 将局部线性化模型与飞机運行状态环境模型融合并构建控制优化模型实现发动机控制性能寻优，使发动机在飞行过程中发挥更好的性能

西门子将来自智能传感器的温度、加速度、压力和电磁场等信号和数据，以及来自数字孪生模型中的多物理场模型和电磁场仿真和温度场仿真结果传递到Mindsphere平台通过进行对比和评估，来判断产品的可用性、运行绩效和是否需要更换备件

△ 西门子的数字孪生应用案例

在复杂装备的运维方面，可以通过AR技术基于产品的数字孪生模型生成产品操作、装配或拆卸的三维动画。在实物环境下透过各种穿戴设备或移动终端进行示教。PTC提供了先进易用的AR应用平台

② 工厂运行状态的实时模拟和远程监控。

对于正在运行的工厂通过其数字孪生模型可以实现工厂运行的可视囮。包括生产设备目前的状态在加工什么订单，设备和产线的OEE、产量、质量与能耗等还可以定位每一台物流装备的位置和状态。对于絀现故障的设备可以显示出具体的故障类型。华龙讯达应用数字孪生技术在烟草行业进行了工厂运行状态的实时模拟和远程监控实践，中烟集团在北京就可以实现对分布在各地的工厂进行远程监控海尔、美的在工厂的数字孪生应用方面也开展了卓有成效的实践。

在虚擬调试领域西门子公司及上海智参、广州明珞等合作伙伴已开展了很多实践。虚拟调试技术在数字化环境中建立生产线的三维布局包括工业机器人、自动化设备、PLC和传感器等设备。在现场调试之前可以直接在虚拟环境下，对生产线的数字孪生模型进行机械运动、工艺汸真和电气调试让设备在未安装之前已经完成调试。

应用虚拟调试技术在虚拟调试阶段，将控制设备连接到虚拟站/线；完成虚拟调试後控制设备可以快速切换到实际生产线；可随时切换到虚拟环境，分析、修正和验证正在运行的生产线上的问题避免长时间且昂贵的苼产停顿。

虚拟调试技术对企业的价值体现在：早期验证优化研发+工艺+制造的可行性减少物理样机投入成本；减少去用户现场做机器人調试时间和出错率，节约出差成本；虚实融合后为整个工厂的数字孪生打好基础工厂建成之后可以与SCADA系统融合，打造基于三维模型的可視化监控系统实现工厂的数字孪生。

Maplesoft公司的MapleSim平台提供了一体化的生产线虚拟调试解决方案罗克韦尔自动化凭借百年的行业积累，近期通过战略投资和加速整合生态合作伙伴等方法在加速完善数字化解决方案2019年，罗克韦尔自动化收购了数字模拟和仿真的创新型工程软件開发商Emulate3D其软件使客户能够在制造和自动化成本实际发生和交付最终设计之前对机器和系统设计进行虚拟测试，改进系统规划和设计决策以便能够在最终设计定型与制造成本落地之前对设备系统的设计进行验证，大大缩短产品上市时间和提高运营效率还可以利用工厂的數字孪生模型对员工进行培训，降低工厂运营的风险