邁入 2025 年，數(shù)字技術(shù)將繼續(xù)重塑制造業(yè)。根據(jù)德勒能源與工業(yè)研究中心的數(shù)據(jù)，83% 的制造商認(rèn)為數(shù)字化解決方案將在未來五年內(nèi)徹底變革產(chǎn)品的制造方式。從初創(chuàng)企業(yè)、小型加工廠到大型原始設(shè)備制造商，我們看到越來越多的企業(yè)都走上了數(shù)字化道路，他們?cè)陂_設(shè)新工廠之前對(duì)產(chǎn)品和流程進(jìn)行仿真及優(yōu)化，在工廠投入運(yùn)營(yíng)后，利用在工廠收集到的制造數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)并完善生產(chǎn)工作流程。此外，數(shù)字化轉(zhuǎn)型還能幫助這些企業(yè)在優(yōu)化生產(chǎn)的同時(shí)提升可持續(xù)性，確保在未來取得長(zhǎng)足發(fā)展。

數(shù)字主線，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支柱

今天已經(jīng)有許多公司在產(chǎn)品開發(fā)過程中采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而在制造規(guī)劃以及后續(xù)的生產(chǎn)、生產(chǎn)優(yōu)化、物流、供應(yīng)鏈以及服務(wù)管理方面的數(shù)字化往往進(jìn)展緩慢。這是一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域，也是我們需要努力攻克的方向。

數(shù)字主線是由各類產(chǎn)品構(gòu)建而成的一系列解決方案。這些產(chǎn)品必須實(shí)現(xiàn)良好的互聯(lián)互通，以發(fā)揮協(xié)同作用，讓企業(yè)可以在無需部署整個(gè)鏈條的情況下看到端到端鏈條價(jià)值。同時(shí)，數(shù)字主線非常注重靈活性，這樣企業(yè)就能根據(jù)自身特定需求定制解決方案。例如，制造商可以先選擇一種單一的解決方案，比如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM）軟件，然后再拓展到下一個(gè)層級(jí)，創(chuàng)建一個(gè)端到端的數(shù)字主線。這里需要明確的是所有這些不同的組件都將在數(shù)字主線中協(xié)同工作，從而使信息數(shù)據(jù)能夠從產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)流向工廠，然后再反向流動(dòng)，形成閉環(huán)。

圖1. 利用 AI、生成式設(shè)計(jì)、3D 打印、數(shù)控加工和人類仿真，通過無縫數(shù)字主線將制造電動(dòng)汽車分動(dòng)箱的整個(gè)流程連接起來。

位于南京的西門子數(shù)控（南京）有限公司（SNC）就是數(shù)字化的一個(gè)范例，其創(chuàng)建了全面的數(shù)字孿生模型，確保在進(jìn)行任何實(shí)際投資之前能夠先在數(shù)字世界中進(jìn)行廣泛分析。通過仿真機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）和人員之間的交互等場(chǎng)景，以優(yōu)化虛擬環(huán)境中的流程，從而降低成本，并確保工廠能夠從一開始就順利運(yùn)營(yíng)。這種方法不僅提高了運(yùn)營(yíng)效率，還降低了風(fēng)險(xiǎn)，加快了產(chǎn)品的上市時(shí)間，為公司及客戶帶來顯著效益。

能夠產(chǎn)生巨大影響的新興技術(shù)

通過將云計(jì)算、AI、工業(yè)元宇宙和大數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)融入生產(chǎn)流程，各種規(guī)模的工業(yè)企業(yè)都能夠借助實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化決策來提高效率、降低成本并加快生產(chǎn)周期，進(jìn)而提升自身的制造能力。

云技術(shù)的影響

云技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)各類規(guī)模的企業(yè)來說都十分顯著，對(duì)中小型企業(yè)更為突出。云技術(shù)讓創(chuàng)建數(shù)字孿生以及實(shí)現(xiàn)數(shù)字主線所需的先進(jìn)制造工具變得更易獲取。通過減少前期支出以及后續(xù)的維護(hù)和升級(jí)成本，軟件的總體擁有成本得以降低。中小企業(yè)可以利用云技術(shù)來運(yùn)用數(shù)字制造工具，而無需在信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施方面進(jìn)行大量投資。

圖2. 云計(jì)算允許在任何地點(diǎn)、通過任何設(shè)備訪問仿真模型，以促進(jìn)協(xié)作并輔助決策。

云計(jì)算是一種推動(dòng)力量，同時(shí)支持人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，可以優(yōu)化制造運(yùn)營(yíng)并提升產(chǎn)品質(zhì)量，通過高性能計(jì)算的實(shí)施，幫助企業(yè)更快地開展各項(xiàng)工作。

充分運(yùn)用工業(yè) AI

AI 的進(jìn)步使制造商能夠分析從工廠收集的大量數(shù)據(jù)，提供有價(jià)值的見解，有助于提高效率并減少錯(cuò)誤。通過智能助手，AI 還可以自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)，釋放企業(yè)寶貴的資源和人力，將復(fù)雜的文檔轉(zhuǎn)化為可操作的流程，加快運(yùn)營(yíng)速度并將誤差最小化。

通過使用 AI 技術(shù)，制造商可以更好地利用數(shù)字孿生來預(yù)測(cè)維護(hù)需求、減少停機(jī)時(shí)間并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。這不僅有助于提高生產(chǎn)力，還能幫助制造商實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。此外，AI 技術(shù)還能協(xié)助企業(yè)就資源利用做出明智決策，確保原材料的高效使用且具成本效益。

圖 3：AI 智能助手能夠自動(dòng)化并加速那些通常需要大量專業(yè)知識(shí)的復(fù)雜編程任務(wù)。

探索工業(yè)元宇宙

工業(yè)元宇宙代表著制造業(yè)的一種演進(jìn)，它能夠與本文所討論的所有數(shù)字技術(shù)匯聚在一起，改變制造業(yè)的未來。它能利用產(chǎn)品和生產(chǎn)的全面數(shù)字孿生，結(jié)合來自邊緣設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)傳感器的信息，打造出一個(gè)緊密結(jié)合、基于物理的數(shù)字環(huán)境，該環(huán)境能反映現(xiàn)實(shí)世界，并可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整。

通過提供增強(qiáng)的可視化、協(xié)作以及決策工具，同時(shí)借助先進(jìn)的 GPU 和 AI，工業(yè)元宇宙能夠使企業(yè)像身處現(xiàn)實(shí)世界一般體驗(yàn)數(shù)字世界，助其在實(shí)際生產(chǎn)開始前預(yù)見潛在問題并優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，進(jìn)而大幅降低成本并提高效率。

圖4. 西門子和 NVIDIA 利用基于物理的仿真模型打造工業(yè)元宇宙，模型與實(shí)際中的自動(dòng)化以及高保真可視化相連接，以促進(jìn)協(xié)作。（圖片來源：西門子和 NVIDIA）

這一沉浸式數(shù)字空間可以借助云技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，云為企業(yè)提供了存儲(chǔ)和處理元宇宙所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)所需的基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)促進(jìn)協(xié)作的加強(qiáng)，使各部門及各生態(tài)系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

隨著越來越多的企業(yè)采用這些技術(shù)，就能充分利用數(shù)字主線，并創(chuàng)建制造設(shè)施的全面數(shù)字孿生，而這種能力將成為制造業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)范式，幫助企業(yè)從更高效的協(xié)作與決策、更快的上市時(shí)間、更優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量以及更具可持續(xù)的制造實(shí)踐中受益。

【本文作者：西門子數(shù)字化工業(yè)軟件數(shù)字制造軟件高級(jí)副總裁 Zvi Feuer，除圖4外，其余均來源于西門子】

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