通向工业4.0之路： “数字化双胞胎”

2011年的汉诺威工业博览会上，德国工业4.0被正式提出。从概念、国家战略、产学研政探索到现在，历经七年，德国工业4.0这一愿景正照进现实。

2018年4月27日，为期5天的汉诺威工业博览会闭幕，吸引了来自75个国家和地区的5000多家参展商。

今年工博会以“融合的工业——互联协作”为主题，已是第6年与“工业4.0”的发展保持一致。长期观察德国工业的蔚蓝工业CEO柏隽向21世纪经济报道表示：“汉诺威工博会越来越融合，参展企业不光是制造企业，还有IBM、Oracle、谷歌、微软等IT巨头。制造业、解决方案服务商都在转型，做硬件的来做软件，做软件的向硬件转型， 软硬件都有的话，向数据采集、分析和人工智能等转型。”

4月22日的开幕式上，德国总理默克尔称其乐观地看待工业的数字化，相信德国将通过连接和自动化突破任何挑战，就像以前的工业革命一样。尽管德国就业市场和中小工业企业的创新能力创下纪录，未来几年德国政府仍将加大对研究和发展的投资。

从此次展会来看，德国企业正实践其摸索出的迈向工业4.0的道路：由AI、仿真等支撑的“数字化双胞胎”（digital twin）技术，来自航空航天、汽车、食品饮料、电子和设备制造以及化工、纤维和油气等行业的应用，数据驱动型商业模式的诞生等等。

与此同时，德国工业4.0的中枢机构——2015年成立的德国工业4.0平台已成立RAMI＋标准、研究与创新、网络安全、法律框架、教育和培训等工作组。该平台近期还成立了“数字商业模式”工作组，以研究数据和平台经济的关键操作原则。

“数字化双胞胎”成共识

德国企业正在逐步实践早前对工业4.0的设想，寻找到通向工业4.0的必备技术——“数字化双胞胎”。

记者在汉诺威工博会上发现，西门子、SAP、德国电信等一批德企都展示了基于“数字化双胞胎”的解决方案。这些方案的侧重点、实践程度都不同。

“数字化双胞胎”被视为智能制造系统的基础，最早用于航空航天飞行器的健康维护与保障。

从产品设计、生产规划、生产工程、生产制造直至服务的各个环节打造一致的、无缝的数据平台，形成虚拟企业和现实企业镜像，这就是数字化双胞胎。它具有模块化、可大可小、保真性和连接性的特点，可以从测试、开发、工艺及运维等角度，打破现实与虚拟之间的藩篱，实现产品全生命周期内生产、管理、链接的高度数字化及模块化。

SAP是最早一批向工业4.0转型的德国企业，2012、2013年就开始推动这一概念，目前正从软件许可向采用订阅制的云业务转型。

例如该公司联合其合作伙伴推出水瓶定制生产体验，让观众能感受到“数字化双胞胎”的魅力。只需在订单界面选好瓶盖与瓶身颜色，输入姓名，不到5分钟，一个个性定制的水瓶就能交到你手中。

这背后的理念是“数字化工程设计解决方案”。这一过程从CAD绘图制成组件的初始虚拟原型开始，接下来是制造和系统运行。在整个生命周期，“数字化双胞胎”随时不断地掌握最新信息。

在协作环境中，参与开发过程的所有员工可以随时互相交换信息，即使在早期阶段也可以精确计算成本，用3D打印生成部件原型。产品交付给客户后，“数字化双胞胎”仍是售后的关键要素。机器的虚拟模型可供制造商和运营商在共享平台上使用，他们就可以据此提供宝贵见解。改进建议或新产品创意可直接发送给产品开发团队，后者可在影响分析和功能需求纪录的基础上创建未来需求。

SAP中国研究院的产品专家王志秀向21世纪经济报道记者表示，可以将这套解决方案看成是ERP套件SAP HANA的升级。“以前，SAP提供的很多最佳业务实践是根据我们的经验和行业的实践来的，有了‘数字化双胞胎’信息链条后，客户运行业务可以从自己价值链上获取的信息去优化与其相关的业务链条。”

而工业集团西门子的“数字化双胞胎”，就是其2013年提出的“工业4.0”所定义的端到端的过程。

西门子股份公司管理委员会成员何睿祺表示，数字化双胞胎包括“产品数字化双胞胎”、“生产工艺流程数字化双胞胎”和“性能数字化双胞胎”，完整真实再现整个企业。企业在实际投入生产之前即能在虚拟环境中优化、仿真和测试，而在生产过程中也可同步优化整个企业流程，最终打造高效的柔性生产、实现快速创新上市。

这一概念已成现实。多乐士（Dulux）已经使用西门子的数字解决方案建设了第一个数字化颜料厂。通过“数字化双胞胎”， 工厂操作员可以有针对性的模拟、测试， 并在调试之前优化他们的过程， 提高在实际运行过程中的效率和生产力。

“化工领域出现了和其他消费品一样的趋势，生产量在不断变小。”何睿祺说，“以前这家公司一种颜色的涂料会同时生产5000升，但现在顾客的单次需求在变小，同时对指定颜色的要求却在增长。”

西门子帮助多乐士对系统进行数字化改造，整个生产变得更加灵活，可以小批量备料和生产，比如生产100升的颜料，并符合相应质量要求。

而且，若干年后，还可以满足客户再购买100升同样颜色的颜料的需求，因为数据、配方、生产流程都被系统妥善保存起来，企业因此可以应对客户各种复杂的产品要求。这种小批量灵活生产将吸引更多客户，企业也完全可以应对市场的新需求。

据悉，西门子“数字化双胞胎”技术已应用于航空航天、汽车、食品饮料、电子和设备制造以及化工、纤维和油气等行业。

数字商业模式新阶段

回顾过去7年，德国工业4.0有几个时间节点不容忽视，2011年被提出，2013年被升级为国家战略，2015年则开始成为企业新的业务增长点。

作为企业管理软件解决方案提供商的SAP，在2012年-2014年的云业务转型早期，营收成长近乎停滞。但2015年，该公司有一半的营收已经来自非ERP软件。

SAP于4月24日公布的2018年第一季度业绩报告显示，云业务新订单增长14%达到2.45亿欧元，营收增长18%至10.7亿欧元，约为传统的软件服务业务的1/3，总营收的20.3%。

SAP于4月24日公布的2018年第一季度业绩报告显示，云业务营收首次突破10亿欧元，增长18%至10.7亿欧元，约为总营收的20.3%。

作为德国工业4.0企业“排头兵”的西门子，2015年提出了“迈向工业4.0 - 引领数字化企业进程”的主题，由此确定了“工业4.0”的框架，正式开始了关于“工业4.0”具体路径的研究。

在4月23日的新闻发布会上，何睿祺解释称：“2013年以前，我们就已经开始设想，从设计到最终投产的、端到端的流程在实际生产中会是什么样。但那时我们还没有形成一个明确的技术路线，究竟需要哪些组件以及技术储备来达到‘工业4.0’这一目标，当时也没有相应的并购计划。基于以上几点，我们在2014年没有提起‘工业4.0’。”

也是在2015年，西门子的数字化工厂集团在财报里有了一席之地。2017年第四季度（西门子财报中的2018财年第一季度），西门子数字化工厂集团订单增长31%，营收增长17%至30.13亿欧元。

而2018年的新变化则是，3年前提出的“数据驱动型商业模式”的种子已萌芽。“数字化管理和‘数字化双胞胎’技术除了使工厂生产更加灵活，还改变了工厂的商业模式。”何睿祺告诉21世纪经济报道记者。

“Heller是一家机床制造商，他们不向客户出售机器，而是让客户按使用付费（Pay-per-Use）。”何睿祺解释称，Heller的机器与西门子基于云的物联网操作系统Mindsphere连接，应用“数字化双胞胎”技术，从而可以估计机器零件的损坏时间，通过模拟就可以在研发实验室里了解机器的相应性能。

“我已经有了‘数字化双胞胎’，这样我就可以持续地与世界上的其他终端客户就实际应用程序进行对比。如此，我们就可以有针对性地对设备提供定制服务。”何睿祺表示。

不过，目前仅个别企业试行这种新商业模式。埃森哲发现，截止到目前，不少企业的举措仍集中在数字化的“第一阶段”，即通过设备和运营的数字化来提高效率。鲜有企业涉足“第二阶段”，即利用产品、营销和销售的数字化，推动新型商业模式和新增长。埃森哲近期研究表明，虽然八成的行业高管都期望借助数字技术提升效率与增长，但进行相应投资的比例仅为13%。

鉴于数字经济颠覆了2C（个人）行业的商业模式，可以想见不久的将来，2B（企业）行业也将迎来全新的数字商业模式。

近期，工业4.0平台就成立了“数字商业模式”工作组，以把握数字商业模式的操作原则，将其归类，并用实例加以说明，最终给出政策和经济建议。

埃森哲董事总经理Svenja Falk目前担任德国工业4.0平台的数字商业模式工作组主席。她表示：“对于德国经济，数字商业模式不可避免。毕竟，从长远来看，仅靠提高效率无法获得竞争力。与经济学家、学者、协会和社会合作伙伴一起，我们正寻求制定提案，研究行业如何从数字试验阶段向价值创造创新阶段转变。”

埃森哲认为，未来，随着越来越多的企业逐渐步入数字化第二阶段，投资数字化推动新商业模式，或通过努力搭建产业物联网平台、推出数字服务，智能企业的数量会快速增长。

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