头豹：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-

1©2022 LeadLeowww.leadleo.com报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。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企业标签：科大讯飞、能科股份、广联达行研赋能产业创新发展China Digital Twin Technology Application Industry research中国デジタルツイン技術アプリケーションの産業調査撰写人：陈天朗 2©2022 LeadLeowww.leadleo.com©2020 LeadLeowww.leadleo.com碳中和系列研究报告| 2022/02研究报告| 2023/01研究目的本报告为数字孪生系列：数字孪生的特性及优势，各厂商产品特性、业务布局、行业应用等方面进行分析，并对其产业链、服务类型，综合评定。并对相关应用进行全景前瞻等方面的梳理，对此行业发展趋势做出分析。研究区域范围：中国研究周期：2022年研究对象：中国数字孪生行业数字孪生为实体对象从物理实际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。01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。0203数字孪生系统主要由基础支撑层、数据互动曾、模拟构建层与仿真分析层、共性应用层和和行业应用层组成。基础支撑层由应用基础设备组成，而数据互动层包含数据采集、数据传输和数据处理等内容。模型构建与仿真分析层包括数据建模、数据仿真和控制；共性应用层则包含描述、诊断、预测、决策四个方面。此研究将会回答的关键问题：①数字孪生产业特性有什么？②数字孪生行业的商业逻辑是怎样的？③数字孪生行业的竞争格局况如何？04根据，头豹研究院测算，2025年中国数字孪生市场规模有望达到484.5亿元，3年期CAGR有望达到30.1%根据，头豹研究院测算，2025年中国数字孪生市场规模有望达到484.5亿元，3年期CAGR有望达到30.1%，其中城市、工业和交运的数字孪生应用规模合计占比高达70%，市场规模分别为169.6亿元、96.9亿元、72.7亿元。数字孪生系统主要由基础支撑层、数据互动曾、模拟构建层与仿真分析层、共性应用层和和行业应用层组成。基础支撑层由应用基础设备组成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 3©2022 LeadLeowww.leadleo.com数字孪生系列研究报告| 2023/01www.leadleo.com400-072-5588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◼数字孪生的定义与原理图表1：数字孪生的定义与原理❑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。来源：OFweekEE、科技情报网、头豹研究院数字孪生的定义虚拟模型模拟仿真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。数字孪生的原理促进研发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效率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周期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REALITYVIRTUALREALITYVIRTUAL 4©2022 LeadLeowww.leadleo.com数字孪生系列研究报告| 2023/01www.leadleo.com400-072-5588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孪生产业的核心技术层◼数字孪生的技术架构概述图表2：数字孪生技术体系人机交互技术孪生构建技术轻量化建模及仿真几何建模及展示模型渲染与AI分析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来源：腾讯科技白皮书、科技情报网、头豹研究院❑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。技术支撑层孪生模拟层终端应用层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象，呈多类技术路径。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作流畅。无需安装各类专业软件即可打开孪生模型。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，有时会牺牲画面效果。低延时通信技术能保障数字孪生系统得以实现实时孪生，为数字孪生系统实现打下良好的基础，实现低延时通信。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。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。城市领域工业领域交通领域主要依托BIM体系来构建结构、碰撞模拟、设备规划等方面的机理模型仿真模拟分类更为复杂与精细，面向产线和工厂的设备仿真布局在自动驾驶领域，构建车辆动力学模型和交通流模型，实现自动驾驶 5©2022 LeadLeowww.leadleo.com数字孪生系列研究报告| 2023/01www.leadleo.com400-072-5588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。而建立物理对象的数字化建模技术是实现数字孪生的源头与核心技术◼数字孪生产业链剖析图表4：数字孪生产业链全景图基础IT能力项目交付融合交互层数据层基础资源层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数据库系统操作孪生平台：决策分析交互控制：决策反馈可视化孪生引擎HMI建模仿真要素仿真CAD三维CAE仿真软件环境仿真BIMGISIOT平台数据中台摄像头测绘声学视觉算法基础网络算力GPU服务器边缘计算来源：FutureBridge、IDC、公司官网、头豹研究院 6©2022 LeadLeowww.leadleo.com数字孪生系列研究报告| 2023/01www.leadleo.com400-072-5588数字孪生的本质是技术集成，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◼数字孪生产业链剖析-基础层图表5：数字孪生产业链剖析-基础层数字孪生基础层物联网传感器物联网测绘应用人工智能视觉算法5G通信技术数字孪生物联网支撑技术1081171271371481601740501001502002016201720182019202020212022E图表：中国智能传感器市场规模单位：亿元数据采集端口物联网基础设备自动校准信息分析功耗管理数据处理来源：信通院、IDC、公司官网、头豹研究院多视觉图像匹配时空观大数据管理高精度实体测绘多视觉航摄仪测绘级航摄仪全谱段多模型成像光谱仪实现功能硬件设备决策诊断预测数字孪生体运行提供支撑运作动作捕捉三维重建映射连接物理实体虚拟仿真构建数字孪生体大容量高速率低延时5G技术优势描述诊断预测决策物理实体数字孪生体大量数据产生实现大规模数据实时传输❑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，包括多种发展成熟度差异性很大的技术，如传感器、RFID、二维码等；而网络通信技术是数字孪生信息传递与服务支撑