随着大数据分析、人工智能、AR/VR等新一代信息技术深入赋能制造业发展，数字孪生技术应运而生，并迅速成为制造业突破研发痛点、践行数字化转型的关键手段，目前已呈现出颠覆性影响。数字孪生技术是充分利用物理模型、传感器更新等数据，集成多学科、多物理量、多尺度的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应实体装备的全生命周期过程。制造业企业想要实现跨越式创新，建设数字工厂是重要的方向，比如灯塔工厂就是数字化落地的顶级模式。

当前，不少企业在核心软件能力方面被“卡脖子”，成为制造业的“阿喀琉斯之踵”。无奈一条智能制造的“高速公路”，成为各家企业数字化转型的最后选项。

数字孪生：为数字经济开启新大门

如果说工业软件是中国制造业的“核动力”，那么工业仿真软件则是核动力的重要元素。工业仿真是由计算、网络和控制系统构建的多维复杂系统，实现实时感知、动态控制和信息服务。德国工业4.0中称之为信息物理系统CPS，在中国智能制造体系中被称为“数字孪生”。

随着工业数字化、智能制造、5G应用的不断深入，使得数字化的高阶应用—数字孪生成为可能，数字孪生旨在构建与现实世界实时共生的数字仿真世界。在搭建好与现实1:1的数字运动模型后，依赖现实采集的数据实时驱动仿真环境，达到与现实世界信息实时同步的效果。

数字孪生平台通过与SCADA、MES、大数据、ERP等外部系统进行数据互交，将数据集成在3D数字孪生环境中，可以更高效、直观地对业务现场进行监测、预警、管理和执行，还能远程进行方案设计协作与优化，决胜千里之外。

数字孪生技术是充分利用物理模型、传感器更新等数据，集成多学科、多物理量、多尺度的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应实体装备的全生命周期过程。制造业企业想要实现跨越式创新，建设数字工厂是一个重要的方向，而“灯塔工厂”就是数字化落地的顶级模式。

以美的集团30多家工厂对工业仿真的日常应用为例，通过工业仿真软件，拉通新产品设计、试制试产、工厂改造、投资项目等全流程业务价值链，促使新品市场周期缩短45%左右、成本下降80%……在数字孪生技术的加持下，美的三年打造了5家世界“灯塔工厂”。

预计未来十年，工业仿真软件将以30%左右的复合增长率蓬勃发展。然而，随着工业智能化转型的加速发展，国产软件却遭遇尴尬：中国的工业软件90%以上依靠进口。

‖图1：美擎仿真平台 来源:美的集团

工业仿真：自研软件的“冰”与“火”

工业仿真是数字孪生的基石，脱离了工业仿真，数字孪生只是一个展示系统；而脱离了数字孪生，工业仿真将失去现场实际数据支持。然而外企垄断长期吞噬市场红利，仿真功能模块繁杂，细分领域令人眼花缭乱，加之价格门槛高，让人望而却步。面对国内工业软件90%依赖进口的困境，美云智数数字研发仿真产品总监王金直言，在国内工业仿真要想做起来很难，当下的困境源自多方面因素：

工业仿真软件是工业经验+软件技术的结合体，不同于其他互联网软件产品，更多需要在工业上的经验积累，通过软件技术商业化。以美国为代表，计算机刚兴起时，就将工业软件用于军工企业，并进行技术实践。

工业仿真软件底层技术、核心算法上世纪在国外便已成熟，工业仿真软件算法在上世纪五六十年代便被提出应用，比如有限元方法、FDTD、流体中FVM，相较而言，我国接触核心技术的时间短，掌握核心技术的能力较弱。

自研工业仿真软件成本太高、市场受众面太窄，一个简单的工业软件，其研发费用一年大概在2500万~4500万美元，市面上工业软件巨头的产品便宜又好用，后来者竞争难度大。工业仿真软件的目标受众主要集中在制造业，同时要求既懂计算机编程又懂制造业的复合型人才，投入产出比相对较低。

针对工业仿真领域，美的也堪称行业“领头羊”。依托自身积累的丰富工业转型经验，美的集团积极布局工业智能化，与美云智数共同组建国内一流的工业仿真研发团队，随后推出数字化仿真平台。

美擎仿真集3D工艺仿真、装配仿真、人机协作、物流仿真、机器人仿真、虚拟调试、数字孪生工厂等功能于一体的数字化工业仿真平台，具有数字工厂快速搭建、生产及物流状态仿真、机器人离线编程与虚拟调试等功能。

美擎仿真：“虚实相生”践行数字工厂

作为全球领先的工业仿真软件之一，美擎仿真坚持本土研发，更契合国内本土需求，持续推动虚拟仿真及先进设计领域的探索，着力于为制造企业、系统整合商、自动化设备公司等提供全面的数字化智能工厂解决方案，通过构建虚拟数字化工厂，加速产品研发、减少投资费用、全面提升制造效率。

采用“虚实联动+数字孪生”的形式，美擎仿真进行3D工厂布局和整体规划，并不断滚动进行仿真规划设计、评估验证和更改。如在产品的生产提升、生产流程等过程中，利用仿真的三维展现效果，融入虚拟现实技术，让人身临其境。

对于整个工业系统来说，应用工业仿真进行方案的验证对比，可及时发现问题，并虚拟验证优化后的方案，以减少实际生产的成本浪费，促使原材料库存减少、生产效率提升、故障响应时间缩短、故障率提升、物流效率提升、项目周期缩短、产品品质提升等多方面优化效果。

而在产品市场推广中，运用仿真技术来模拟产品的生产过程，能够有效地介绍产品的制造优势，还可以塑造高端品牌形象，有助于企业整体价值提升，并在“互联网+”时代，仿真的展示动画可以通过邮件或手机应用等方式发送给客户。

‖图2：美擎仿真平台功能  来源:美的集团

美擎仿真不仅能够有效利用虚拟仿真技术对工厂所有环节进行复现，还能通过数十种复工方案进行模拟验证，找出生产运营过程中存在的问题，经过分析、评估、验证、优化，最后提出最优解决方案，助力企业挖掘内生增长点，实现自主研发设计，提高企业运营效率和设计效率。

例如某电子工厂搬迁项目，采用工业仿真软件进行3D工厂布局和整体规划，设备、人员、机器人布局1:1规划加验证，不断滚动进行仿真规划设计、评估验证、设计更改，并充分考虑产品换型、柔性制造，依托精益生产理论，论证完20多种方案后确定最优方案，使得项目周期缩短20%、产能提高12%以上。

要满足企业客户需求，只有技术产品是不够的，还要将适配不同行业的企业应用场景，加上不同体量的企业需求往往存在显著的差异，针对航空军工、汽车电子、工程重工、自动化集成、包装机械等制造型企业、科研院所等不同领域，美擎仿真都能提供适配性解决方案。为推动更多企业转型升级，美云智数还通过“三条曲线”，分别为大中型、中小型、小微型企业提供差异化解决方案。

“机器人+”时代：“人机协同”智领未来

机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。伴随着人口红利的逐步消失，工业机器人需求端日渐迫切。据数据统计，从2012年到2021年中国工业机器人销量从2.3万台增长至26.8万台，10年增长超过10倍，2022年中国工业机器人市场规模超过600亿元。

技术端，工业机器人正处在数智创新的爬坡状态，“单体智能”逐步迈向“群体智能”，而工业软件则提供了其中改革性升级的关键一环：“软硬结合”站在了集体智慧的C位，通过机器学习、高级算法、数字孪生等创新技术，实现了前所未有的效率、可扩展性和适应性水平。

“机器人+”大时代加速而来，离线三维仿真技术已成为技术人员必须掌握的技能，通过工业仿真软件，实现产品可制造性、精益生产、机器人设备协同、现场设备虚实联动等多维度的智联，以缩短生产工期，避免不必要的返工。美云智数以数智能力“唤醒”智能制造，助力制造业数字化、网络化、智能化升级，为高质量发展提供强引擎。

浙江某汽车零部件企业需要把实际生产线布局、生产工艺建立生产线三维场景，并实现生产流程、工艺动作等，携手美云实现不同时期多工程项目的设备协同，支持码垛、包装、焊接等机器人，可视化展现传感器检测，并三维展示各项工艺细节动作，最终体系化呈现工厂先进制造技术，帮助企业赢下特斯拉的订单。

紫光股份旗下新华三集团新建工厂需要产线布局的快速设计和生产验证，物流方案能否满足规划，缺乏工具验证多个供应商方案的优劣，随后引入美擎工业仿真工具，对产线、车间物流方案进行验证，AGV、牵引车、人工运输的协同物流，推式及拉式生产物流配送分析，最终发现生产及物流瓶颈，减少4台AGV，物流效率提升20%。

产教融合：“软硬结合”共建人才供应链

据麦肯锡报告，到2030年，全球约有4亿个工作岗位将被自动化机器人取代，数字人才是数智时代发展的关键。同时作为用人方，高端制造型的企业并不需要纯粹的操作人员，需要具备基础知识扎实、沟通能力强以及学习能力强等特点的人员。在这种背景下，产教融合成为破解这一局面的关键突破口。

如何培养数字化人才成为各大高校普遍面临的问题，特别是针对制造业领域，繁杂的工艺和制造过程、受限的时间和空间条件、多变的工作环境以及难以上手的实操流程，都在制约着高校教育教学的开展以及学生水平的提高。

在产教融合的实践不断推进的同时，也面临着一些挑战。清华大学基础工业训练中心的彭老师表示：“现在很多高校跟企业不知道怎么融合，也缺少机会去沟通交流。如果有一些机构能掌握企业资源和学校需求，通过建立一个平台，推动校企联动，那将是很有意义的做法。”

作为美的数字化能力输出者，美云智数沉淀美的数字化人才培养成熟方法论及管理、运营体系，积极搭建起产教融合的桥梁，打造“产、学、研、转、创、用”一体化人才创新平台，通过内置的模型库和场景案例，突破课堂边界，赋能高校应用型人才培养，共建人才供应链。

为解决智能制造高质量人才供需不匹配、制造业领域复杂多样的工厂场景以及高昂的“试错成本”制约师生的教学实践等问题，美云智数联合机器人及自动化技术的全球佼佼者—库卡中国探索产教融合新模式。

作为专业机器人培训学院，库卡学院沿袭了德国的技术经营积累，形成标准的体系化课程，从提供机器人与自动化等专业知识，到手把手教学实操培训，通过数字媒体和现场教学的智能组合，让学员很快找到与工作实践匹配的培训课程。

例如针对机器人操作人员，库卡学院提供机器人操作以及LBRiiwa型机器人操作等课程，而为机器人编程人员，则设计了不同阶段的机器人编程课程等，不断培育出更多具备出色动手能力的专业人才，此外还提供电器维修、机械维修、库卡机器人选型与机器人单元安全集成等课程。

美云智数以行业领先的工业仿真软件—美擎仿真为抓手，携手全国教育合作伙伴将教育版应用至各大院校，助力机械、电气、工业工程等多个智能制造相关专业发展，共同创新产教融合有机体系。

目前，美擎仿真教育版适用于机械、电气、工业工程等多个智能制造相关专业，内置的模型库和场景案例赋能高校应用型人才培养，已经先后与沈阳理工大学、华中科技大学、东北大学、上海交通大学、华东理工大学等高校达成合作，未来还将携手全国教育伙伴建立“百校千企数字智能联盟”，共创智能制造产教融合有机体系，进一步打造“教师＋学生＋实践＋就业”的一体化平台。

对此清华大学的彭老师表示：“他们的教学实验室特别希望引入类似美的集团这样有特色的典型企业，将其实践深度融入到精品课堂，同时希望把一些带着问题的企业方也带到教学里面来，共建“高校+数字转型典范企业+用人单位”共享平台，基于多方资源的整合能力输出，即便是非清华的学生，也能够远程学习，共同促进教育事业的模式创新，助力中国制造业企业高质量发展。”

如何引领产业集群高质量发展，将中国“智”造进行到底？美云智数“行业解决方案+软件+硬件”三位一体的解决方案极具实践智慧，未来将助力更多企业向价值链高端攀升，打造全新的增长极。(文︱李政泽 美云智数)