为什么数字孪生关系到整个物联网的发展

本周，中美的未来科技角力，围绕华为CFO被捕一事，幕后较量再次升温。就像飞机在超越声速之时，需要克服音爆的冲击一样，挑战和超越传统强国的科技优势，从中国制造转型为中国“智造”，正在经历这个从巨大的防燥防爆中破茧而出的瞬间。华为事件之外，我们忽视了什么，有哪些盲区值得我们关注，有哪些科技短板隐藏着巨大机会，是本文希望探索的话题。

这是我在【物女心经】专栏写的第103篇文章。

物联网尚未爆发，却提先遭受了“音爆”。

音爆，是当飞机突破音速时，产生的一种声学现象。在飞机达到声速的瞬间，飞机追上向前传播的声波，形成类似驻波的情况，声波发生干涉自激，所以如同爆炸一般。

本周，中美的未来科技角力，围绕华为CFO被捕一事，幕后较量再次升温。就像飞机在超越声速之时，需要克服音爆的冲击一样，挑战和超越传统强国的科技优势，从中国制造转型为中国“智造”，正在经历这个从巨大的防燥防爆中破茧而出的瞬间。

华为事件之外，我们忽视了什么，有哪些盲区值得我们关注，有哪些科技短板隐藏着巨大机会，是本文希望探索的话题。

日前，工业软件公司Aras获得了高盛7000万美元的投资，这一事件却并未引起足够的重视。如今我们已经进入软件定义一切的时代，物联网认知物理世界的第一步，便是将物理世界数字化，也就是为各种硬件抽象出来其数字孪生。这家名为Aras的公司所生产的软件工具，正是数字孪生的重要使能产品。因此在本文中我将尝试讨论：

为什么这家在国内少有耳闻的工业软件公司，会获得高盛7000万美元的投资？

数字孪生在未来将会如何演进？

数字孪生是物联网的底层逻辑

在分析这桩投资所蕴含的意义之前，我们先来看看数字孪生（Digital Twin）。

也许有人认为，数字孪生只存在于工业领域，这其实是一种错误认知。数字孪生并不局限于特定的行业或者领域，而是贯穿整个物联网的基础逻辑。

就像基因刻载了生命的大数据，保存着生命在孕育、生长、繁殖过程中的重要信息，数字孪生犹如设备的“基因”，在数字空间构建了一套表征该设备在设计、研发、工作、迭代过程中的虚拟实体。

数字孪生具有很强的延展性，有些数字孪生只是对单个传感器或设备的建模和指代，有些数字孪生则是整个智能系统的代言人，展示了系统中的拓扑结构、能源分配和设备实时情况。物理世界中的设备与数字世界中的“孪生”，两者的关联不是单向和静态的，而是时时对应、并贯穿整个产品生命周期的始终。

数字孪生带来的不仅仅是更便捷的创新实验、更低廉的试错成本、更精细的测量、更可靠的预测和更易于复制的经验，它还升级了人们对于“模型世界”的认知，打开了通过数字世界改造物理世界的窗口。缺少了数字孪生在数字世界中构建的设备“基因”，物联网就缺失了通过数字世界认知和改造物理世界的底层逻辑，可以说，数字孪生处于物联网启蒙的“咽喉”地位。

意大利豪车品牌玛莎拉蒂生产出了全新一代的Ghibli跑车，通过数字孪生的理念，玛莎拉蒂对软件里的数字化模型进行设计和测试，缩短了30%的新款车型设计开发时间，将跑车上市的时间缩短了16个月，同时Ghibli跑车的产量提升了3倍，却又保持了不变的品质。

看到了数字孪生的广阔前景，Gartner在最新发布的2018技术成熟度曲线中，将数字孪生置于波峰位置。Gartner认为数字孪生利用物理模型、传感器采集、运行历史等数据，在虚拟空间中完成了对现实的映射，实现对物联网技术的升级。

作为数字孪生的必备管理工具之一，PLM（Product Lifecycle Management）产品生命周期管理软件发挥着重要作用。PLM中包含CAD计算机辅助设计、PDM产品数据管理、SPDM模拟过程数据管理、CAPP计算机辅助工艺流程规划等环节，涉及一个产品从设计管理、物料管理、工艺管理、生产管理、维护维修的整个流程。

PLM成为投资的热门领域

前文提到的工业软件公司Aras，核心产品就是PLM软件。Aras是微软在PLM领域唯一的一家金牌合作伙伴，其产品也是全球首款获得了美国构型管理协会（Institute for Process Excellence）四星认证的开放式企业级PLM，与西门子Teamcenter比肩。在获得高盛的7000万美元投资之前，Aras还获得了银湖资本的4000万美元投资。因此在一年内，Aras获得的投资数额超过1亿美元。

高盛考核被投企业的指标之一，是几乎肉眼可见产生回报的能力，获得高盛的投资意味着Aras的“印钞”本领非同一般。在具体的商业模式上，Aras并没有照搬“前辈”的惯性思维，而是另辟蹊径。

Aras采用同类企业中绝无仅有的打法：它的基础模块免费、不限制用户点数，通过增值服务和套件收费，利用PLM软件用户粘性较强的优势，逐步积累了开发者生态和用户群体的网络效应，因而最终从西门子、达索、PTC等一众强大的竞争对手中脱颖而出。

与传统PLM动辄数百万、上千万的初始资金投入形成反差，Aras的软件仅需十几万成本便可起步，从而满足了中小企业对于产品生命周期管理的需求。成功的商业模式使得Aras成为PLM领域发展最快的公司之一，连续3年Aras的平均增长率都在60-65%之间，客户群体亦逐步从中小企业转向通用汽车、宝马、空中客车等大型企业。

其实Aras只是缩影之一，拉远放大来看，以之为代表，与数字孪生密切相关的PLM，正在成为投资的热门领域。Arena、Propel、Jama Software都是在过去两年中吸引了大量投资的PLM软件公司。

如果我们将视角进行横向细化，从不同行业来看，PLM又有各种变身。

比如在芯片领域，EDA（Electronic Design Automation）软件，可以通过计算机创建的“数字孪生”不断试错，以较低的成本设计出合格的芯片产品。目前我国进口额最多的产品不是原油而是芯片，国内EDA设计工具的欠缺已经成为制约中国芯片行业崛起的“七寸命门”，如果缺少了EDA这一必备工具，上千亿的芯片都不过是硅土。

在建筑领域，BIM（Building Information Modeling）软件是建筑物在设计和建造过程中，创建和使用“数字孪生”的工具。BIM建模对于工程师、建筑师、设计师和施工人员来说是一个改变游戏规则的工具，让各种物理空间在设计和建造的过程中，可以采用通用的思维模式，同时为尝试无人酒店、绿色建筑等新型运营模式打下基础。

虽然PLM乃至数字孪生如此重要，但是相关的核心软件，却是中国的一大短板。这与我们长期以来，认为硬件是核心的产业链思维有关，国内企业普遍不重视软件这一人类知识的数字化成果，但这个观念到了“不得不”扭转的关键时刻。

整个世界逐步被软件定义。一方面，全球各大传统硬件巨头，比如苹果、西门子、波音，都已化身为由软件驱动的科技公司。另一方面，随着传统软件逐步云化，以SaaS应用的形式对外输出，版权意识愈发规范。如果构建“数字孪生”的核心软件这个短板不能补上，中国在物联网时代，可想而知仍将处于被动位置。

数字孪生的未来之路

最后，我们再来谈谈数字孪生的未来之路。数字孪生以产品为主线，贯穿了产品生命周期中的不同阶段，它在生命周期的不同阶段引入不同的要素，形成了不同阶段的表现形态，具体包括设计阶段、制造阶段，以及服务阶段的数字孪生。

（图片源自西门子）

既然数字孪生是为物体植入“基因”，那么这种基因就可以脱离人类的意志，通过计算机自动创建。因此，数字孪生的创建和管理过程，正在逐渐由人工智能来掌舵。

11月29日，PTC作为物联网领域的风向标之一，宣布收购Frustum，为其CAD产品引入人工智能和衍生设计（Generative Design）能力。

这里对“衍生设计”略作解释，它是一种模仿自然的进化设计方法。传统的产品设计是：

全新的衍生设计，则是计算机和设计师一同创造。工程师将设计目标以及材料、制造方法和成本限制等参数，输入到生成设计软件中。与拓扑优化不同，该软件探索解决方案的所有可能排列，快速生成设计备选方案。它能测试并从每次迭代中学习哪些有效，哪些无效。即：

除了建筑结构、平面视觉、消费电子产品等领域，衍生设计还被服装、珠宝、工业等领域所采用。Under Armour用它设计新款跑鞋，航空巨头空中客车用它设计放生机舱的隔离结构。

同时，随着数字孪生的不断发展，我们与物理世界的互动关系也可能会发生变化。在这种变化的进程中，区块链或将起到重要作用。

以SAP为代表的企业，正在尝试将区块链与PLM、资产管理等软件相结合，解决合同与数据分散导致的沟通和管理成本过高、以及创意与应用在不同公司之间流转的问题。

Gartner预测，到2021年有50%的大型企业都会使用数字孪生。数字孪生意味着企业将要开始实现一种全新的商业逻辑：产业价值的“数字”交付——无论交付物是一件智能设备或产品，还是一座数字工厂，亦或是一条数字化产线。

首当其冲的是，谁被授权独立应付这份新任务？一家轮胎制造商，在为用户交付轮胎的时候，必须同时交付一套数字化双胞胎和支撑软件。这意味着，在轮胎的合同里面，将会出现软件交付和数字交付。这是一次商业的变革，拓展了企业传统信息化的边界。

数字孪生，未来的发展空间巨大，而我们尚处于变局的原点。目前很多企业都在尝试利用数字孪生促进产品全生命周期管理，越来越多的案例就发生在我们身边，美国的湾流宇航公司Gulfstream Aerospace Corporation已经取得了丰富经验和良好效果。

最后，衷心感谢西门子工业物联网产品专家李恒在成文过程中对我的大力支持。2019年，物联网智库有意举办“物联网+？”巡回研讨会，“？=工业软件”是其中的重要选项，现招募演讲者，欢迎联系智库小伙伴报名。

本文小结：

1.数字孪生不局限于特定的行业或者领域，而是贯穿整个物联网的基础逻辑。它犹如设备的“基因”，在数字空间构建了一套表征设备在设计、研发、制造、迭代过程中的虚拟实体。

2.数字孪生的必备管理工具之一，新型PLM产品生命周期管理软件正在成为投资与布局的热点领域。

3.如果构建“数字孪生”的核心软件这个短板不能补上，中国在物联网时代，很可能仍将处于被动位置。