赛迪白皮书《“工业互联网平台+数字仿真”发展白皮书》

赛迪研究院工业互联网系列白皮书之四 “工业互联网平台+数字仿真”发展 白皮书 （征求意见稿） 编写单位：中国电子信息产业发展研究院 2021年8月 编写成员 宋颖昌 管 桐 孙 刚 张 朝 徐 靖 王 刚 参编单位（排名不分先后） 走向智能研究院：赵敏 北京云道智造科技有限公司：杨鹏、刘高升、李晨之 安世亚太科技股份有限公司：田锋、俞瑞霞 中国商用飞机有限责任公司：张炯、陈华、王晨 中车青岛四方机车车辆股份有限公司：马利军、柳少华 青岛数智船海科技有限公司：唐滨、李宝君 中核武汉核动力运行股份有限公司：李飞、冯蔚、杨宵 苏州同元软控信息技术有限公司：黄磊、郭俊峰 武汉华工赛百数据系统有限公司：杨肖、郝秋红、陈佳 中国铁建重工集团股份有限公司：廖金军、刘文佣、王永胜 上海东峻信息科技有限公司：蒋寻涯、张德生 苏州浩辰软件股份有限公司：赵运雨、尹晓慧 前言 一、“平台+数字仿真”发展背景 当前，全球新一轮科技革命和产业变革深入推进，数字仿真软件作为工业软件皇冠上的明珠，加速与大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术融合，在数字空间对物理世界运行规律进行全方位、高精度模拟，深刻变革传统试验手段。ANSYS、西门子、达索等国际巨头企业凭借技术先发优势，打造了一批数字仿真解决方案，广泛渗透应用于经济社会各领域，不断巩固和强化制造业领先地位。 随着新一代信息技术与制造业加速融合，连接工业全要素、全产业链、全价值链的工业互联网平台成为制造业开展数字化、网络化、智能化转型升级的重要载体。工业互联网平台封装有大量的云化工业机理模型，与数字仿真软件形成互促共进的发展态势。“平台+数字仿真”成为数字仿真的重要发展趋势，进一步强化技术供给、扩展应用范围、完善产业生态，功能体系得到全方位提升，更加高效赋能制造业转型升级。 在此需要说明的是，数字仿真的起源是单机的数字仿真，近年来才逐渐衍生出“平台+数字仿真”的发展趋势。因此，第一章节，国际仿真产业呈现寡头垄断态势和国内自主仿真在探索中艰难前行两部分主要聚焦数字仿真，“平台+数字仿真”创造换道超车机遇部分主要聚焦“平台+数字仿真”。 二、本书主要内容 白皮书分为“平台+数字仿真”发展现状、“平台+数字仿真”趋势展望、“平台+数字仿真”内涵特征以及“平台+数字仿真”架构体系共四个部分。本白皮书中，“平台”是指基于工业互联网平台或工业云平台的通用研发平台， “数字仿真”是指广义的基于信息技术实现的仿真。 （一）“平台+数字仿真”发展现状 该部分主要介绍了国际、国内“平台+数字仿真”方面的发展现状以及该领域的创新探索。从整体、技术、企业、生态等维度对国际和国内数字仿真行业发展现状进行了梳理，通过对比呈现出国内外数字仿真领域的巨大差距。 （二）“平台+数字仿真”趋势展望 该部分主要给出了“平台+数字仿真”的发展趋势研判。从技术供给、应用范围、产业生态三个角度分析发展趋势。从技术供给看，呈现部署方式云化、服务形态APP化、新兴技术融合化趋势。从应用推广看，使用用户普惠化、覆盖行业多元化、应用场景复杂化将成为发展趋势。从产业生态看，开发范式自主化、开发环境开源化、开发主体协同化将成为发展趋势。 （三）“平台+数字仿真”定义内涵 该部分主要剖析了“平台+数字仿真”的定义内涵。结合专家、学者以及企业代表对仿真的定义，指明“平台+数字仿真”是基于工业互联网平台的资源、渠道和能力，构建仿真模型 进行模拟实验，开展平台化仿真服务的过程。模型解耦重构是基础，平台开放共享是核心，新型能力打造是关键。随着“平台+数字仿真”的快速兴起，将对制造业起到提效率、降成本、优流程等作用。 （四）“平台+数字仿真”架构体系 该部分主要介绍了“平台+数字仿真”架构体系，可概括为“一二二三三”，即一个基于工业互联网平台的通用研发平台，系统仿真、实物仿真两大体系，传统机理模型、数据算法模型两类模型，模拟验证、预测评估、迭代优化三大功能，以及设备、产线、工厂三大作用领域。 目 录 一、“平台+数字仿真”发展现状 ............................................................ 1 （一）国际仿真产业呈现寡头垄断态势 ........................................ 1 1.从整体看：美欧一骑绝尘，CAE技术积累深厚 .................. 1 2.从技术看：形成技术壁垒，多领域知识系统化富集 ............ 1 3.从企业看：头部厂商领跑，并购成为主要扩张路径 ............ 2 4.从生态看：商业模式成熟，习惯培养汇聚广大用户 ............ 2 （二）国内自主仿真在探索中艰难前行 ........................................ 3 1.从整体看：仿真意识薄弱，数字仿真应用程度不高 ............ 3 2.从技术看：遭遇双向挤压，尚缺乏高层次仿真产品 ............ 4 3.从企业看：市场潜力巨大，国产仿真开展多点尝试 ............ 5 4.从生态看：公共服务优化，成果转化机制逐步完善 ............ 6 （三）“平台+数字仿真”创造换道超车机遇 .................................. 7 1.平台聚焦云化架构，助力仿真技术体系升级 ........................ 7 2.平台贯穿制造过程，助力仿真应用场景培育 ........................ 8 3.平台汇聚资源要素，助力仿真生态体系构建 ........................ 8 二、“平台+数字仿真”发展趋势展望 .................................................... 9 （一）技术供给趋势：部署方式云化+服务形态APP化+技术融合化 ....................................................................................................... 9 1.部署方式云化，软硬件集成式演进 ....................................... 9 2.服务形态APP化，仿真软件加速解构重组 ........................ 10 3.新兴技术融合化，仿真软件性能持续提升 .......................... 10 （二）应用推广趋势：用户普惠化+行业多元化+场景复杂化 ... 11 1.使用用户普惠化，仿真市场规模持续增长 .......................... 11 2.覆盖行业多元化，仿真赋能广度加速拓展 .......................... 11 3.应用场景复杂化，深度模拟工业场景运行 .......................... 11 （三）产业生态趋势：开发范式自主化+开发环境开源化+开发主体协同化 ......................................................................................... 12 1.开发范式自主化，国产仿真再迎风口期 .............................. 12 2.开发环境开源化，应用开发质量有效提高 .......................... 12 3.开发主体协同化，仿真产业链条日趋完善 .......................... 13 三、“平台+数字仿真”内涵特征 .......................................................... 14 （一）“平台+数字仿真”的定义 .................................................... 14 （二）“平台+数字仿真”的内涵 .................................................... 14 1.模型解耦重构是基础 ............................................................. 15 2.平台开放共享是核心 ............................................................. 15 3.新型能力打造是关键 ............................................................. 16 （三）“平台+数字仿真”对制造业的重要作用 ............................ 16 1.基于数据闭环驱动研发设计 ................................................. 16 2.基于动态交互进行虚拟实验 ................................................. 17 3.基于要素连接开展远程服务 ................................................. 17 4.基于数字孪生发挥产品效益 ................................................. 17 四、“平台+数字仿真”架构体系 .......................................................... 18 （一）一个平台：基于工业互联网平台的通用研发平台 ........... 18 （二）两大仿真：系统仿真+实物仿真 ........................................ 19 1.系统仿真 ................................................................................ 19 2. 实物仿真 .............................................................................. 20 （三）两类模型：工业机理模型+数据算法模型 ........................ 20 1.工业机理模型......................................................................... 21 2.数据算法模型......................................................................... 21 （四）三大功能：模拟验证、预测评估、迭代优化 ................... 21 1.模拟验证 ................................................................................ 21 2.预测评估 ................................................................................ 22 3.迭代优化 ................................................................................ 22 （五）三大