2022年中国数字孪生行业研究报告：数字孪生与产业深度融合推动经济数字化转型 -头豹

支机构聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。lTwinTechnologyApplicationIndustryresearch人：陈天朗2022年中国数字孪生行业研究报告数字孪生与产业深度融合，推动经济数字化转型讯飞、能科股份、广联达1©2022LeadLeoTUALUAL数字孪生是一种用于精确反应物理对象的虚拟模型，数字孪生会给研究对象配备用于收集重要性能参数的各种传感器TUALUAL数字孪生是一种用于精确反应物理对象的虚拟模型，数字孪生会给研究对象配备用于收集重要性能参数的各种传感器。传感器将产生与物理对象性能各方面的数据，将数据转发至处理系统并应用于数字副本。数字孪生产品能够更高效地辅助和设计产品，生成潜在性能结果相关的大量数据更高在新产品投入生产后，数字孪生有助于真是反映和监控系统，维持研究主题的高运行效率研究报告|2023/01数字孪生系列◼数字孪生的定义与原理通过多个重要的、相互关联的装备系统的数字映射来达到设全生命周期管理目标的仿真技术，数字孪生技术的核心点在于物理设备的模拟仿真模数字孪生通过处理加工从传感器处收集到的模拟性能参数数据，构建出精确反映物理实体在数字世界中虚拟运行的数字模型。虚拟模型可用于运行模拟、性能研究以便产生可持续改进的方案，再应用于原始对象。管理数字孪生能协助制造商决策产品生命周期如何结束，并以何种方式完成产品材料回收口数字孪生是一种通过多个重要的、相互关联的装备系统的数字映射来达到设备全生命周期管理目标的仿真技术，数字孪生技术的核心点在于物理设备的数字模拟仿真，基于物联网、传感器、模型、数据、映射、仿真等多学科技术的集成应用：数字孪生为实体对象从物理世界到数字世界的一种映射，数字孪生实现的映射不仅为对象特征的映射，也是对象运行机制的映射。同时，数字孪生是实体对象的虚拟模型，能够跨越映射对象的生命周期，并从映射对象上的传感器发送的实时数据作为模型输入参数，从而获得观察对象的预测运行状态，并且对运行状态进行监控操作。数字孪生的下游应用场景十分多样化，可以复制许多现实世界的物品，从工厂的单台设备装置到整个车间的流水线，从城市交通路口到整个城市的虚拟建模，数字孪生技术能够为映射对象监督其资产的性能，通过预测识别出潜在故障，为设备所有商提供更明智与更重要的设备生命周期维护建议。数字孪生技术具备促进研发、效率提升和周期管理等优势。通过数字孪生技术，厂商能够获得设备的实时运作数据，对模型进行完善，随后可在虚拟空间对孪生体实行虚拟运作，与创新迭代，缩短产品研发周期从而提高产品的研发进度与效率。另外，数字孪生技术能为厂商提供预测与远程监控能力，完善产品周期管理。400-072-5588©2022LeadLeo人机交互技术城市领域仿真布局交通领域主要依托BIM体系来构建结构、碰撞模拟、人机交互技术城市领域仿真布局交通领域主要依托BIM体系来构建结构、碰撞模拟、设备规划等方面的机理模型工业领域仿真模拟分类更为复杂与精和工厂的设备在自动驾驶领域，构建车辆动力学模型和交通流模型，实现自动驾驶数字支撑技术数字线程技术人工智能融入数字孪生网络通信技术数字线程技术将不同类型数据、模型格式与支撑全类数据和模型实现快速流转和无缝集成，是深度集成的基础。基于人工智能模型和机理模型共同配合将实现诊断与预测分析。为数字孪生模型提供数据驱动分析与预测的能力。低延时通信技术能保障数字孪生系统得以实现实孪生系统实现打下良好的基础，实现低延时通信。研究报告|2023/01数字孪生系列◼数字孪生的技术架构概述演进与发展，共同提升数字孪生的交互性、灵活性、精确性和实时字支撑技术是数字孪生产业的底层基础孪生产业的核心技术层孪生构建技术孪生构建技术轻量化建模及仿真模型轻量化是指通过几何数据的减面压缩，去除部分非几何信息，减少三维文件占用存储空间，实现三维模型的精度保留与操业轻量化建模及仿真几何建模及展示几何建模是指用几何概念描述物体的物理形状，且将决定数字孪生体在虚拟空间的几何准确性。几何模型是建模、仿真、渲染等处理过程的基础操作对几何建模及展示模型渲染与AI分析实时渲染与云渲染已成为改善数字孪生应用展示精度和速度的主流解决路径。实时渲染能实现边计算画面边输出显示，缺点是系统负荷能力受到限制，有模型渲染与AI分析技技术支撑层终端应用层孪生模拟层口数字孪生技术包含数字支撑技术、孪生构建技术与人机交互技术三大类，三大技术的演进与发展，共同提升数字孪生的交互性、灵活性、精确性和实时性。数字支撑技术是数字孪生产业的底层基础，可以分为数字线程、人工智能融合与实时网络通信技术，而孪生构建技术是数字孪生产业的核心技术层，是实现映射对象模拟仿真的核心驱动力，其中包括轻量化建模及仿真、几何建模及展示和模型渲染与AI分析。在顶层应用上，目前数字孪生的主要下游应用场景分别为城市领域、工业领域和交运领域：数字孪生技术的通过数字支撑技术与孪生构建技术的结合为三大下游细分领域实现人机交互的目的。而数字支撑技术可分为三大类，其中数字线城技术能够深度集成不同类型数据、模型格式，从而支撑全类数据和模型快速流转，将整个产品的生命周期的数据集成与一种数据架构。孪生构建技术将决定了数字孪生体在虚拟空间的几何准确性，从而影响数字孪生对实体模拟运行的精确度，其中几何建模是建模、仿真、渲染等处理过程的基础操作对象，并将决定数字孪生体在虚拟空间的几何准确性。400072-55884©2022LeadLeo研究报告|2023/01数字孪生系列数字孪生产业链剖析技术构成可分为四大体系，分别包括感知与标识技术、网络术、计算与服务技术及管理与支撑技术。而建立物理对象的数字化术是实现数字孪生的源头与核心技术基础IT能力计算计算机图形学大数据工业控制工业软件地理信息建筑信息物联网边缘计算AI数据库系统操作项目交付融合交互层孪生平台：决策分析交互控制：决策反馈HMI融合交互层孪生平台：决策分析交互控制：决策反馈HMI孪生引擎孪生引擎可视化数据层数据层IOT平台IMGIS环IMGIS环境仿真建模仿真CAD三维要素仿真CAE仿真软件CAD三维要素仿真数据中台测绘摄像头测绘摄像头视觉算法声学基础资源层算力基础资源层算力基础网络服务器边服务器边缘计算GPU400072-55885©2022LeadLeo硬件设备多视觉航摄仪测绘级航摄仪全谱段多模型成像光谱仪物联网测绘应用实现功能时空观大数据管理高精度实体测绘多视觉图像匹配数字孪生基础层诊断预测决策人工智能数字孪生体运行硬件设备多视觉航摄仪测绘级航摄仪全谱段多模型成像光谱仪物联网测绘应用实现功能时空观大数据管理高精度实体测绘多视觉图像匹配数字孪生基础层诊断预测决策人工智能数字孪生体运行研究报告|2023/01数字孪生系列◼数字孪生产业链剖析-基础层是技术集成，实现数字款生需要依赖诸多基础数字技术的融合创新，包括物联网传感器、物联网测绘应用、人工智能、视觉算法与5G通信技术的融合创新数字孪生平台层图表：中国智能传感器市场规模数字孪生平台层200单位：亿元160174200单位：亿元160174127数据采集端口物联网基础设备108117自动校准功耗管理数据处理0物联网传感器2016201720182019202020212022物联网传感器物联网支撑技术三维重建动作捕捉5G技术优三维重建动作捕捉5G技术优势构建数字孪生体视觉算法虚拟仿真描述诊断预测决策描述诊断预测决策G通信技术数字孪生体物理实体低延时大容量实现大规模数据实时传输大量数据产生口数字孪生的本质是技术集成，实现数字孪生需要依赖诸多基础数字技术的融合创新，包括物联网传感器、物联网测绘应用、人工智能、视觉算法与5G通信技术的融合创新，基础数字技术的蓬勃发展是数字孪生实现多场景应用的坚实基础，并成为融会贯通式的数字化基础设施：数字孪生基础层技术构成可分为四大体系，分别包括感知与标识技术、网络和通信技术、计算与服务技术及管理与支撑技术。其中，感知和标识技术是数字孪生技术的基础，负责采集物理数据，实现外部世界信息的感知和识别，FID传递与服务支撑的基础设施；管理与支撑技术保证物联网实现“运行-管理-控制”的关键，包括测量分析、网络管理和安全保障等。6©2022LeadLeo分析级描述级决策级分析级描述级决策级研究报告|2023/01数字孪生系列◼数字孪生产业链剖析-应用层模式可以分为提升孪生精度、延长孪生时间、拓展孪生空间三大类，其中数字孪生技术的应用的主流为提升孪生精度。根据工业互联网产业平台的数据显示，其应用占比高达87%延延长时间设计及制造一体化全生命周期优化4%6%拓拓展空间提提升精度同一标准孪生协同不同标准孪生协同基于AR/VR设备检验设备三维可视化联动工厂三维可视化联动供应链可视化监控设备自动化虚拟测试高危设备虚拟操作培训产品数字研发工艺流程规划模拟设备实时仿真运输产品设计智能仿真工艺流程智能仿真2%29%42%16%%5%14%3%16%2%9%15%2%9%5%口数字孪生的应用模式可以分为提升孪生精度、延长孪生时间、拓展孪生空间三大类，其中数字孪生技术的应用的主流为提升孪生精度。根据工业互联网产业平台的数据显示，其应用占比高达87%，而延长孪生时间与拓展孪生空间的应用占比目前规模较小，从侧面说明，数字孪生应用尚处于初级阶段，更多为“点状场景”能力提升的应用，而在全生命周期与复杂系统应用等方面略显不足：提升孪生精度的应用中，依次涵盖了“简单描述级”、“通用诊断级”、“自主决策级”，其中数字孪生的应用主要停留在“简单描述”和“通用诊断”阶段，两者的应用占比之和为71%，而智能决策类的应用则相对较少，自主控制类的应用占比最低。而在延长孪生时间中，制造一体化与全生命周期优化应用占比仅为10%，在拓展孪生空间应用，主要应用于孪生对象的系统应用。400-072-5588www.leadleo.400-072-55887©2022LeadLeo研究报告|2023/01数字孪生系列◼数字孪生行业核心厂商图谱M感知和标识类、数据融合与渲染类、模拟仿真推演类、交互与控制类等主要阵营厂商全景表简介交互与控制技术服务商孪数科技其核心产品——Twinverse平台是全场景、全要素，全生命周期数字孪生内容创作及运营开发平台拥有可视化渲染运行平台、三维渲染引擎、可视化数据服务平台、大屏人机交互引擎、可视化地图服务平台rth为智慧城市、工业互联网和智能驾驶行业客户提供全产业链数字孪生(DigitalTwin)解决方案预预智能运维的全生命周期网络演进，同时提供以服务客户和保障业务质量为核心的低成本试错、高质量运维和网络服务SuperMapGIS系列软件是公司自主研发的、具有完全自主知识产权的GIS基础软件产品线。公司提供面向公共安全、智慧交通、智慧交警、智慧城市、互联网等多场景化行业解决方案公司打造了一个数字孪生PaaS平台，两款SaaS产品用模拟仿真推演利用城市海量数据的管理与智能分析服务，释放数据在场景应用中的价值睿呈时代是国内领先的数字孪生技术服务商，聚焦数字孪生平台的能力输出亚信科技控股有限公司是领先的软件产品、解决方案和服务提供商世冠科技是一家专业从事工业软件系统仿真技术开发与应用的国家级高新技术企业身的DigitalTwin数字孪ook利用三维重建与人工智能技术还原物理世界感知标识SENSORO与人工智能领域BIM建模广联达围绕工程项目全生命周期，为客户提供以建设工程领域专业应用产品和解决方案地理信息建模北京图乘科技有限公司是一家立足于建筑信息化的高科技企业中海达是专业从事高精度卫星导航定位系统(GNSS)软硬件产品的研发、生产、销售400072-55888©2022LeadLeo8876543210 3.7 2.72520192020202120222023E2024E研究报告|2023/01数字孪生系列发展与工程应用起源于工业制造领域，在工业产品的概念设孪生已经被广泛应用于航空航天、电力、船舶、离散制造等行业领域应用数数字孪生在工业领域的应用##产品研发工艺规划与生产设备维护与故障预测Results生产决策原有产品设计工具为3DCAD建立的虚拟模型为静态模型，试错成本高设备生产异常数字孪生在虚拟空间对设备进行一致性模拟，实现异常设备故障诊断接受决策并执行数字孪生技术能取代传统物理实验取得实验数据的研发模式获取异常时刻车间数据传统主机厂维修流程长，且多为被动式检修，数字孪生将扭转劣势虚拟仿真优化利用数据建模得到的模型和数据分析结果实现预期功能数字孪生将设备传感器数据输入模型，对设备耗损情况进行预测数字孪生应用于制造过程的车间层，对生产过程进行仿真、评估优化传统研发设计具有研发周期长，成本高昂缺点车间生产过程感知数据物理空间现实反馈决策变化虚拟空间数字孪生虚实交互虚实交互口口数字孪生的技术发展与工程应用起源于工业制造领域，在工业产品的概念设计、详细设计、加工设计、运维服务和报废回收等全生命周期都发挥着重要作用：工业数字化、智能化已经解决了传统生产车间的各种数据信息主要依靠人工记录、统计、查询、使用和分析，导致的数据质量差、使用效率低等难题。但尚未达到实际车间与虚拟车间之间的实时交互和共融。数字孪生技术通过整合物理真实空间与虚拟空间各流程、各业务的有效数据，可实现工厂全生产要素在物理工物理工厂不断迭代优化，使工厂生产和管控达到最优400-072-5588©2022LeadLeo应用服务智能中枢基础设施应用服务智能中枢基础设施行业应用生态治理、交通管理、产业创新社区服务共性技术与应用支撑平台城市信息模拟平台城市大数据平台泛在感知和智能化设施管理平台、计算资源调度平台边缘计算、云计算、超级计算光纤网、无线宽带、卫星专网传感器、泛智能城市部件智能端：计算设施网络端：连接设施接口端：感知设施城市画像、人口画像、规划仿真应急救援应用赋能型模型赋能型数据资源层管理调度层超级应用新型测绘设施移动测绘航空摄影激光扫描研究报告|2023/01数字孪生系列策导向、企业支撑和城市建设需求共同推进数字孪生技术在智慧城市的应占比。数字孪生技术在智慧城市的技术架构主要依托信息技术基础设施实用业立立体化城市安全防线口政策导向、企业支撑和城市建设需求共同推进数字孪生技术在智慧城市的应用占比。数字孪生技术在智慧城市的技术架构主要依托信息技术基础设施实现数据的汇聚、传输以及处理，形成数据资源。随后在通用服务能力的支撑下融合智能中枢层技术，形成能够对外提供的数字孪生服务，并通过交互服务实现与上层应用场景的深度融合：《中国十四五远景规划》中明确提出探索数字孪生城市与城市数据大脑的建设，并且将加快数字化中国的建设；在企业层面，不同类型的企业也加快布局数字孪生城市建设产业，包括运营商、地理信息与测绘、BIM、建模仿真、集成商、互联网企业等；数字孪生城市化建设的功能架构，可分为以云计算、大数据、人工智能、物联网端口为代表的基础应用设施，其次是智能中枢(通用平台层)，包含各类共性技术与应用支撑平台，城市信息模拟平台、城市大数据平台等，用户可使用工具集自定义数字孪生体融合算法模型，向下接通基础层，向上支撑业400-072-5588©2022LeadLeo政策层面上，《十四五规划》中国家明确探索建设数字孪生城市，推进城市、工业、教育等各方面的数字化进程，鼓励数字孪生技术的落地企业层面，中国先后出台“中国制造2025”、政策层面上，《十四五规划》中国家明确探索建设数字孪生城市，推进城市、工业、教育等各方面的数字化进程，鼓励数字孪生技术的落地企业层面，中国先后出台“中国制造2025”、“工业互联网”等制造业国家发展实施战略，而数字孪生技术是实现智能制造浪潮的关键基础性技术支撑层面上，新一代通信技术的迅速普及，为数字孪生的快速发展提供了高效的支撑，5G物联网时代还将大幅提升各行业的数字化进程其他,10%通信,10%驱动主因教育医疗智能交运建筑降本企业降本增效智慧城市建设数字孪生市场规模研究报告|2023/01数字孪生系列◼数字孪生产业理论市场规模测算CAGR望达到30.1%，其中城市、工业和交运的数字孪生应用规模合规模测算112233教育,5%教育,5%工业,15%建筑,10%交运,20%城市,30%图表16：中国数字孪生理论市场规模预测，2022-2025E% 下 下游场景增速169.*123.9*90.6下游场景规模下游场景规模2023E2024E2025E城市交运建筑工业教育其他口中国数字孪生市场规模按照应用场景拆分，1)智慧城市类：城市全生命周期管理意识落实到城市治理的时间仍存在许多困难，通过数字孪生技术可以解决智慧城市的技术应用割裂、数据碎片化分布等难题；2)工业应用类：工业领域中，企业数字化转型需求持续提升，数字孪生技术将持续在制造业领域发挥作用，在制造业各个领域形成深层次的应用场景；3)交通领域类：交通驾驶场景复杂，交通堵、停车难、行车乱等问题越发频繁，而具备实时性、闭环型的数字孪生技术将赋能智慧交通，有望成为未来解决城市交通难题的钥匙