来源：华夏幸福产业研究院

作者：华夏幸福产业研究院研究员顾强、于泽军

产品虚拟化：物理产品→数字产品

随着工业软件与XR（VR，AR，MR）等技术的发展，工业产品逐渐从物理产品向数字产品迁移，产品也从实体化向虚拟化发展。在数字世界中，镜像刻画一个一模一样的物理世界，即所谓的数字孪生技术。

在疫情的影响下，物理世界的实体化产品由于无法开工而难以生产，但与之对应的数字世界里的虚拟化产品却不受干扰。在物理世界中，哪些产品或者哪些环节可以由数字世界所替代，实现虚拟化的生产？数字孪生技术包含着哪些内容？产新君认为，主要包含三个方面：产品设计数字化、产品工艺数字化、产线规划数字化（图1）。

图1：产品虚拟化含义：产品、工艺、产线

图片来源：华夏幸福产业研究院分析

(1)产品设计数字化

产品设计数字化针对的是生产什么产品，是将物理世界的产品在数字世界中打造一个数字样机，具有相同的模型、尺寸和材料属性，并在数字世界中进行设计、检测、装配，以及仿真。

通过数字世界里的设计和装配展示，来检验产品的整体外观、机构运动并优化细节，替代了传统工业生产中的物理样机。同时利用数字世界里的虚拟检测和产品仿真技术，可以测试产品的质量和功能，将物理世界中的中间产品试验在数字世界中虚拟实现。产品设计数字化不仅节约了产品的设计成本，同时缩短了产品的上市周期，提高了工业产品的制造效率。

图2：飞机发动机数字化产品

图片来源：波音官网

(2)产品工艺数字化

产品工艺数字化针对的是如何生产产品，是将产品生产过程中涉及到的机器、工艺方法、工艺流程等元素迁移到数字世界之中，模拟一条虚拟化的数字生产线。

利用虚拟的数字生产线对机器人、人机协作、装配工艺以及工艺流程等要素进行仿真测试，检验在实际生产中所需求的资源数量及可能遇到的工艺问题，并对工艺流程、工艺方法进行优化，最终形成一份生产工艺可行性报告，指导物理世界中的产品制造。

产品工艺数字化可优化产品工艺流程和方法，提高产品的生产质量，降低产品迭代优化过程中的时间和成本。

图3： 瓶装水数字化生产工艺

图片来源：V科技奇趣

(3)产线规划数字化

产线规划数字化解决的是工厂和产量等问题，是生产车间的规划和优化，打造一个虚拟的数字化工厂，对工厂设备及布局、产品生产全流程、物流输送方式以及产线产能等方面进行评估，结合实际生产的需求，对产线进行改进，选择合适的物流策略，合理规划工厂布局。

可以说，产线规划数字化对建设一条新的生产线、扩建新的车间以及厂房选址具有实际的意义。

产线性能和产能评估对市场动态需求应对，提前做出商业判断和决策具有重要的价值。

图4：ABB数字化工厂

图片来源：ABB官网

协作网络化：线下→线上

2月10日，腾讯方面透露，企业微信节后迎来最强大一波开工，后台服务量上涨10余倍，服务了在线教育、医疗服务、工业企业等超过50个行业，并且针对不同行业的特性进行深耕和定制化的能力输出。

(1)线上交流、线上交易、线上服务已经成为一种新常态。

随着云平台技术的不断成熟，工业生产中客户定制、用户交互、迭代研发、数字营销、模块采购、智慧供应链、智慧物流、智慧服务等各个环节均可围绕云平台在线展开，形成一个互联互通的线上交易闭环（图5）。

图5：工业生产服务全流程线上化协作

图片来源：华夏幸福产业研究院整理

海尔的COSMOPlat工业互联网平台是工业4.0时代全球首个大规模客户定制化工厂产线落地解决方案：

1.产品设计方面：利用交互定制平台实现客户线上自主定制、协同开发，不仅满足了用户的个性化需求，也充分调动了客户和研发设计资源的优化配置；

2.上下游供应方面：搭建了模块商资源平台，解决柔性生产过程中所面临的瓶颈，实现了供应商、用户和海尔多方透明化协作；

3.企业车间生产方面：深化PLM、ERP等工业软件系统，打通人机、机物、机机的信息通道，实现物联网和服联网的融合相通，对产品进行全生命周期全数字化管理；

4.产品交付与服务方面：通过智慧物流平台和智慧服务平台，实现产品快速配送，用户满意度及时反馈等服务。

随着机器人、物联网、云计算、人工智能等技术的发展，工业企业的生产技术在不断地升级更新，但更重要的是工业制造的方式在悄悄地变革。生产制造已经不再是传统的“商-产-供-销-客”一线式模式，而是商产供销客等各要素集成于一体的线上协作模式（图6）。

图6：工业制造中各参与对象之间合作模式的变革

图片来源：华夏幸福产业研究院整理

(2)生产技术是企业的硬性基础，生产方式是企业的软性灵魂。

制造无人化：有人工厂→黑灯工厂

中国制造虽然在全球享有盛誉，但“大而不强”也一直是中国制造业的心痛。

“不强”主要体现在高端产品的制造能力和制造自动化的先进水平两个方面。中国制造业以中小企业为主，制造水平低端化是目前中国制造业中的一个突出问题。

据IDC发布的《2018中国企业数字化发展报告》显示，目前我国工业企业完全数字化的比例约为6%，拥有高水平数字化的企业占比为21%，即高水平数字化以上的企业占比不足1/3。

52%的企业处于部分数字化状态，还有21%的企业是完全非数字化的。报告表明，我国约有2/3的企业需要进行数字化改造，从低端生产转型升级为高端制造。

从工业行业细分来看，企业市场规模最大、智能化水平最高的两个行业，一个是汽车行业，另一个是3C行业。我国50%以上的工业机器人应用于这两个领域，金属制造、塑料及化学品、食品饮料等行业的工业机器人占比分别为15%，8%，7%，其他领域仅占比9%（图7）。

图7：我国制造业整体自动化水平分析

图片来源：IDC，中国电子学会，华夏幸福产业研究院分析

工业机器人的应用代表着行业制造的自动化水平，也充分展示了企业在市场中的竞争力。以Tesla为例：据马斯克介绍，上海Tesla工厂“外星无畏舰”Model 3的生产线自动化水平达到95%，覆盖汽车冲压、焊接、涂装、总装全流程（图8），是当代汽车行业中自动化水平最高的生产线，设计产能达到周产量10000辆，而国产Model3仅30万元的定价更是重新定义了新能源汽车乃至整个汽车行业的格局。

图8：上海特斯拉高度自动化工厂

图片来源：Tesla官网、华夏幸福产业研究院整理

Tesla用公司股价（半年时间，股价上涨4-5倍）向汽车同业展示，高度自动化的生产竞争优势到底有多大，也为其他制造业同仁指明了制造业转型升级的道路。正如Tesla的疯狂嘲讽标语一样：

（在技术升级转型的道路上）你们加油吧。

图9：特斯拉股价和宣传标语

图片来源：Wind，Tesla公众号

比自动化生产更高阶的生产方式是实现制造生产过程的无人化，也就是所谓的“黑灯工厂”。

工信部钢铁企业智能制造示范试点和工业互联网应用试点项目