《工業設備數字孿生白皮書》系列解讀

背  景

2021年10月15日，國家工業信息安全發展研究中心在第二屆兩化融合暨數字化轉型大會上發布《工業設備數字孿生白皮書》。白皮書由國家工信安全中心和山東大學主編，中國船級社、中車四方股份等33家單位參編完成。白皮書系統地介紹了數字孿生的起源、發展和工業應用現狀，從實施要素維度提出工業設備數字孿生的總體框架模型，并針對工業設備數字孿生實施中面臨的痛點問題，研究提出工業設備數字孿生系統實施成熟度評估模型，為評估工業設備數字孿生系統的實施準備和實施成效提供了方法論，并圍繞數字孿生在不同行業應用場景提供了風電設備、工程裝備、數控機床等11類設備、32個數字孿生典型案例。

一、工業設備數字孿生技術應用場景

工業設備構建的數字孿生系統應用可以貫穿工業設備的整個生命周期，解決工業設備在設計、制造、調試、運行、維護、報廢、營銷階段的問題，從而提升設備從設計到報廢過程的智能化水平。

圖1 工業設備生命周期

二、 工業設備數字孿生技術應用價值模式

工業設備數字孿生技術創造的價值功能，除了滿足企業已經存在的需求外，還將帶動新需求，拓寬企業視野，打破市場邊界，衍生新興產業。當前，工業設備數字孿生技術應用應以價值實現為最終目的，我們從價值本質和應用對象兩個視角出發，總結工業設備數字孿生技術應用價值。

（1）價值本質視角

當前工業設備數字孿生技術對企業的四個價值本質體現在：提質、降本、創收、增效。緊緊圍繞價值本質數字孿生技術為企業創造價值，賦予企業價值理念。

圖 2 數字孿生應用本質視角價值模式

（2）應用對象視角

實施工業設備數字孿生系統可在不同方面為工業設備生產商、用戶帶來不同方面的價值收益。

圖 3 數字孿生應用對象視角價值模式

三、工業設備數字孿生應用成熟度

（1）工業設備數字孿生應用成熟度評估模型

工業設備數字孿生應用成熟度評估模型旨在評估工業設備數字孿生系統實施后的實施深度和成效。以應用需求為導向，根據評估模型中基礎設施、技術實施、實施管理和應用成效四個方面評估。

圖4 工業設備數字孿生應用成熟度評估模型

（2）工業設備數字孿生應用成熟度等級

通過對企業實施工業設備數字孿生的成效進行評估，將工業設備數字孿生應用成熟度分為五個等級，分別是規劃級、基本級、進階級、智能級和自治級。

圖5 數字孿生應用成熟度等級

需要注意的是：

j工業設備數字孿生應用成熟度是工業設備數字孿生實施深度的綜合判定，聚焦到某個單點的評估并不一定是完全滿足對應層級的指證。

k企業在實施數字孿生過程中層級是可跨越的，不一定要循序漸進，可根據企業自身的基礎和戰略制定符合自身的實施路徑。

l數字孿生技術的實施應以滿足企業自身應用需求為目標，成熟度等級是企業評估自身現狀、項目成效、差距分析的參考依據，并不代表絕對優劣，企業應用該模型時可以根據自身情況進行擴展或裁剪。

四、工業設備數字孿生系統實施條件成熟度評估

工業設備生產商和工業設備用戶是工業設備數字孿生系統主要的實施對象，數字孿生系統開發商則是實施的主體，三方需共同合作評估數字孿生系統落地應用的自身條件。本書制定了面向工業設備生產商數字孿生服務能力評估模型、面向工業設備用戶的數字孿生實施基礎評估模型以及數字孿生系統開發商的服務能力評估模型等三個評估模型，適用于評價工業設備數字孿生實施準備工作，幫助企業明確數字孿生實施路線，分析診斷實施基礎差距，從而進一步明確實施路徑。

（1）工業設備生產商數字孿生服務能力評估模型

工業生產商評估模型旨在評估工業設備生產商提供數字孿生服務的基礎能力。以應用需求為導向，分別從基本能力、技術能力和管理能力3個維度進行評估。

圖6 工業設備生產商數字孿生服務能力評估模型

（2）工業設備用戶數字孿生實施基礎評估模型

工業設備用戶評估模型旨在面向既有生產線的升級改造或新上生產線/工業設備時的評估，評估用戶數字孿生實施成熟度。以應用需求為導向，與工業設備生產商和數字孿生系統開發商協作，從管理能力、基礎設施和技術能力3個維度進行評估。

圖7 工業設備用戶數字孿生實施基礎評估模型

（3）工業設備數字孿生系統開發商服務能力評估模型

數字孿生服務商評估模型主要面向工業設備生產商與用戶的應用需求評估，從基本能力、技術能力、管理能力和交付能力4個維度對服務商數字孿生的實施能力進行評估。

圖8 工業設備數字孿生系統開發商服務能力評估模型