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数字孪生产业概述

基于数据整合与深入剖析的机制，数字孪生实现了在数字空间中构建真实对象的数字化模型。在实体化信息被传输至虚拟世界后，它将通过模拟、验证、预测及有效地控制物理实体在整个生命周期中的所有行为，以此对优化决策起到积极推动作用，进一步提升运作效率。最终，实现虚拟实体向物理实体反馈赋能的高级阶段。

当前，在中国数字孪生城市市场上，主要的技术供应商可分为基础设施解决方案供应商、高层次解决方案提供商以及优质的集成服务商三大类别。其中，平台级别作为数字孪生城市市场的核心支柱，涵盖了诸如仿真推演、图文并茂展示、交互式操控、城市信息化建模等一系列相关市场板块。尽管现阶段该市场的整体规模相对较小，但其发展速度却保持着较高水平。

行业发展历程

在追溯数字孪生应用的演进历史过程中，我们可以发现，直到21世纪以前，计算机辅助设计（CAD）以及计算机辅助工程分析（CAE）等一系列尖端技术的横空出世，以及诸如系统工程这样的先进预设理论的诞生，共同为数字孪生技术的构建提供了坚实的科技基础。事实上，这一创新理念最为源远流长的起点在于航空航天以及武装力量领域，然而近几年来，伴随其在各行各业的广泛推广与应用，我们开始逐渐看到它在城市治理、工业生产、交通运输等诸多领域崭露头角。同时，针对数字孪生的相关学术研究活动也正以惊人的速度呈指数级增长。

图表：数字孪生发展历程

资料来源：智研瞻产业研究院整理

产业优势

以汽车产品研发流程中的重要环节——设计阶段为例，数字孪生技术可以有效解决数据延迟以及溯源困难等问题；而在虚拟仿真阶段，它则能够突破传统的分布式仿真方法的局限，实现系统性的协同验证；到了原型机测试阶段，数字孪生还能规避物理实验所带来的故障风险并大幅降低研发成本。从整体来看，遵循相同试验标准的前提下，利用数字孪生技术可有效地节省约20%的开发周期及高达40%-45%的研发费用，而其独特的多维度、多领域虚拟验证手段，使其成为当前研发数字化过程中至关重要的核心技术之一。

实时可追溯的数据档案

对于姿态、VH等关键要素，我们需要在初期阶段进行深入的考察和研究，以便于我们能够更精确地细化模型参数。同样重要的是，我们可以实时地记录模型的数据，并且从尺寸较小的油泥模型着手构建详细的数据档案。这样做有助于我们将汽车的外观细节尽可能地精细化，甚至可以精细到零部件的级别。此外，若能进一步细化实验结果，将会大大提升工程团队的工作效率。在早期阶段，我们完全可以邀请工程师团队参与设计讨论，他们可以对制造工艺、风阻系数、油耗以及车辆的姿态表现等多个角度进行初步评估、试验并提供反馈意见。这些宝贵且实用的信息，可以为工程团队以及决策管理层提供有力的参考依据。

系统性的设计、仿真与集成

通过系统化且协同一致的数字化解决方案，一些重大的装配环节以及初级加工方案可以在较早的阶段得以明确，从而有效降低可能出现问题的概率。我们联合运用CAE、CAD以及数字孪生的技术手段，对产品的动力特性、热力学特征、零部件强度水平，疲劳性能以及耐用寿命等多种角度进行深入的研究和评估，以便能够有条不紊地确立各个子系统中零部件的尺寸形状和具体设计方案等关键信息。进而，我们还会以全面而深入的视角，采用系统化且协同一致的方法来完成对于整个设计过程以及仿真的实时监控工作。

最优的样机试验方案

为了能够尽可能地降低物理样机制造所产生的成本，同时也能有效缩短实验验证环节所需的周期，提升实验过程中的操作效率及其经济效益。我们利用数字样机来进行虚拟的实验测试，透过实施相关的分析工作、多元化的仿真技术以及硬件在环的操作模式，力求将产品的实际表现调控到合理的范围之内，进而制定出最理想的物理实验计划。这样既能最大限度地降低物理样机实验的次数、缩减实验所需的时间，又能有效降低在试验现场发生故障的潜在风险。

图表：数字孪生对于研发效率的提升

资料来源：智研瞻产业研究院整理

产业现状

随着我们所构建的数字基建不断地深化完善，数字栾生技术将会取得更为深远且广泛的发展应用。值得我们关注的是，数字孪生技术已经被众多国家所重视和投入研发，例如中国、美国、韩国、日本以及德国等国家均在此方面有所成就。具体来看，在中国，各行各业正在尝试拥抱数字孪生技术，无数的企业与机构都在积极投身于此项领域的实际操作中。而中国各级政府则通过制定并颁发的各类数字孪生政策法规，进一步加速了该技术的创新步伐。另一方面，美国作为全球最早从事数字孪生技术研发的国家之一，其所积累的专利技术的数量和质量也位居世界前列，而且他们的研究重点主要集中在军事和民用两大领域。

据调查，2023年全球数字孪生市场区域分布占比如下：

图表：2023年全球数字孪生市场区域分布占比

数据来源：智研瞻产业研究院整理

统计数据显示，2018年中国数字孪生行业市场规模80.23亿元，2023年中国数字孪生行业市场规模371.43亿元。2018-2023年中国数字孪生行业市场规模如下：

图表：2018-2023年中国数字孪生行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院整理

行业发展趋势

（一）技术发展趋势

针对这项被尊崇为当今技术热点的数字孪生技术，我们可以看到其主要涵盖了七大核心突破:位置敏感信息的建模、数据的实时同步更新、强化数据可靠性的方法、高效的信息分析能力、智慧的决策制定支持、友好易用的信息访问界面以及严实可靠的信息安全防护措施。尽管在此之前已经取得了众多瞩目的成果，但是莫要说满足，甚至连追赶快速发展潮流都显得力不从心。而这一切迅速发展的背后，是多种因素的相互作用，包括模拟技术、新式数据输入来源、设备间的互操作性达到新高度、直观可视的展示方式、优质设备平台等。随着新一代新原材料技术、先进制造技术、信息技术等新型科技的共同发展，这些要素还将持续得到强化与精炼。因此，探索到改进、优化再到健全完善，数字孪生技术的发展将始终相伴而行。

（二）标准化的趋势

伴随着全球范围内如ISO/IEC JTC1、IEC、ISO、IEEE、全国信息技术标准化技术委员会以及国家智能制造标准化总体组等标准化机构或组织对数字孪生标准化方面的广泛关注与积极推进，诸如《智能制造虚拟工厂信息模型》（20182047-T-339）《智能制造虚拟工厂参考架构》（20182046-T-339）、《数字孪生应用案例》（ISO/IEC JTC1 AWI 5719）、《数字孪生概念与术语》（ISO/IEC JTC1 AWI 5618）等诸多关于数字孪生相关的国际、国内各阶段标准已经得以规划设计或者正在进行深入探讨与研究。在不久的将来，数字孪生领域的关键技术标准、基础共性有望持续创新发展，依托于正在研发中的数字孪生概念框架等标准，集中关注关键的标准化需求，逐步构建出基本的数字孪生标准体系，同时孕育具有代表性的行业应用数字孪生标准，以期构建出国际标准、国家标准、行业标准以及团体标准各方面互相促进并形成联动的良好态势。

（三）应用的趋势

长期以来，利用虚拟模式以改进流程、产品或服务的设想并非是新鲜事物。然而，得益于现代数字化仿真平台和工具具备的更为复杂且强大的仿真与建模功能、卓越的互操作性以及物联网传感器和电力系统可视性的支持，企业逐渐洞悉了创造更具动态感、更精细的数字化仿真模型已然成为可能之所在。当前，愈发多的企业，尤其是那些已然开始向“产品 + 服务”转型的企业，正全面普及应用数字孪生技术。尽管数字孪生的大规模应用场景仍相对较少，并且所涉足的行业范围尚待进一步扩展，然而面对的挑战依旧存在，例如企业内部以及行业内部的数据采集能力参差不齐，底层关键数据未能得到有效感知；同时，已采集的数据闲置程度颇高，导致数据潜在价值无法充分发挥。综上所诉，只有通过上层向下层数据的有效流通，实现整个生态系统中所有系统和数据的整合，才有可能真正释放数字孪生技术的巨大潜能。

图表：中国数字孪生行业发展趋势

资料来源：智研瞻产业研究院整理