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数字孪生助力制造领域数字化转型发展

摘要：党的二十大报告提出“高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任

务”。建设现代化产业体系是加快构建新发展格局，着力推动高质量发展的重要任务之

一。建设现代化产业体系要推进新型工业化，推动制造业高端化、智能化、绿色化发展。

要贯彻和落实党的二十大关于“完整、准确、全面贯彻新发展理念”的要求和部署，就要

坚持不懈地发展数字经济、推进数字化转型、坚持智能制造，全面建设现代化产业体系，

促进高质量发展。数字孪生作为数字经济的最高阶段形式，是智能制造、数字化转型发展

的重要趋势。“十四五”期间，数字孪生将成为重点技术方向。

关键词：制造领域；数字孪生技术；数字化转型

1.数字孪生技术概述

数字孪生定义比较复杂，简单地说，就是把现实世界映射到虚拟世界，通过感知、计

算等实现虚实融合、认知预判。也就是说，数字孪生是在虚拟环境中构建现实场景，模拟

生活生产中的运营逻辑。而按照《白皮书》给出的定义，数字孪生是对物理实体的数字化

表达，以历史数据、实时数据为基础，融合几何、机理、数据驱动等多种数字模型，实现

对物理对象的映射呈现、分析优化、诊断预测以及闭环控制。数字孪生技术在基础设施建

设、产品制造、运维服务等领域具有广阔的应用前景，世界主要国家大力推进数字孪生技

术在制造领域的应用和推广，并取得了重大突破。

数字孪生有两大关键点：一是物理实体和虚拟模型之间的双向连接；二是双向连接必

须基于实时数据，物联网技术被认为是数字孪生必不可缺的使能技术。早期的数字孪生普

遍是单体的数字孪生，需要的仅仅是物联网技术，对于工业互联网平台并非强需求。当前

的数字孪生应用已经呈现出网络化的特征，应用对象从单个系统演变为系统之系统，在网

络化的背景下，工业互联网平台的作用开始被逐渐放大，以下四个方面的能力成为构建数
字孪生的必备能力。第一是协议兼容性问题。第二是建模难度问题。第三是实时性问题。

第四是计算规模问题。

2.制造企业智能制造创新与数字化转型的背景

2010年以来，信息化、网络化、数字化技术在全球范围内掀起了汹涌浪潮，以智能

制造、大数据、云计算、物联网、人工智能和5G等新一代信息技术为核心的新一轮科技

革命和产业革命正在加速发展，数字化转型成为大势所趋。各个国家在智能制造与数字化

转型中做出多重战略和大胆变革。新一届欧盟委员会提出“适应数字化时代”，通过量子

技术、人工智能、区块链等数字化技术，推进数字化转型，并随着数字化转型影响，欧盟

增加首席数字官、数据科学家等新职位。法国在数字化转型过程中独具特色，从开始进入

数字化时代之初慎之又慎，到后来大胆拥抱数字化，并做出很多重要举措。德国通过“工

业4.0”全球推广数字化技术，以西门子产品三维设计与数字化管理技术为核心，为数字

化转型打开应用局面。美国的先进制造、日本的精益生产无不说明智能制造与数字化转型

已经成为不可阻挡的全球化趋势。

制造企业在新技术的冲击下，肩负着高质量发展的使命，迫切需要通过智能制造创新

与数字化转型打造高质量可持续发展优势。然而，离散型制造企业具有产品多品种、小批

量、流程多变、技术跨专业、工艺跨组织等特点，其原有的生产组织活动中存在很多问

题，较为突出的是离散型装备制造企业大都是科研与批产混线，生产组织、生产计划复杂

多变，没有数字化生产管控技术应用就无法做到产品的实时透明、精准管控。在企业原有

的生产管控体系下，物料需求与生产计划协调性不强、备料不准确，导致生产不顺畅。由

于信息不及时、信息不准确造成产品质量问题多、生产过程各项风险预测能力弱等问题，
迫切需求装备制造企业能够快速适应新技术、新局势的发展，企业必须通过智能制造创新

方法来迅速反应与快速变革，打造制造企业快速、高质量发展的可持续竞争优势。

3.机械制造数字化转型中的关键技术分析

3.1工厂的数字孪生

工厂的数字孪生，基于设计、厂房和基础设施创建，主要用于测试、模拟和试运行。

生产类资产或设备的数字孪生，用于设计、模拟启动和持续运转，设定和优化基础参数，

模拟和运作生产类资产及设备，旨在预防性维护和增强现实应用。产品的数字孪生是对产

品数字化的具体呈现，将工厂设计和生命周期管理结合，推广到工厂运营中，这是研发的

主要组成内容，推进产品的模拟和测试，促使产品开发利用。

3.2互联工厂

工厂集成各种互联技术，将资源、设施、工具及产品等高效连接，强调和突出控制及

优化流程，运用ERP系统，致力于综合规划。

3.3模块化生产类资产及设备

围绕生产类资产及设备，创建灵活化、模块化、区块化的方式，与传统的生产线有机

结合，运用人工智能、互联网、区块链、云计