高效与韧性的未来工业，是如何通过数字化赋能的？

作为数字化和绿色低碳化“双转型”的践行者和引领者，施耐德电气今年将“未来工业”理念推上风口，并用“开放、高效与韧性、可持续、以人为本”这几个关键词来定义其内核。

那么，高效与韧性的“未来工业”，究竟如何实现？用数字化赋能，具体要怎么做，又能起到怎么样的效果？

近日，在施耐德电气数字化战略暨软件创新沟通会上，今年第二次到访中国的施耐德电气全球执行副总裁、首席数字官彼得·韦恺哲（Peter Weckesser）与他的中国同事一起对这个问题进行了解读。

未来工业需要数字化思维

在现有自动化技术的推动下，工业实现了如今的高水平发展，数字化转型加速成为近年来的关键词。研究发现，自2019年至2023年一季度，约八成企业提到数字化转型加速，但这并不意味仅仅使用数字化工具来改进当前的工作方式，更关乎从根本上改变商业运营方式。可以说，经历过全面数字化转型的企业将在未来工业中获得更大成功。

韦恺哲认为，未来工业需要数字化思维，软件和数据在其中扮演着重要角色。以软件为中心的自动化系统可以降低运营成本，提高灵活性，并提升工业企业的可持续发展前景。越来越多的设备开始以软件为中心，在提高性能的同时支持远程操作和服务。

依托于施耐德电气研发的基于物联网的开放式架构与平台EcoStruxure™（支持工业自动化和能源管理）、强大的创新型软件产品组合（包括模块化IIoT应用程序），以及与全球领先的AVEVA软件，施耐德电气致力于帮助客户充分利用以软件为中心的自动化系统。

关于“未来工业”， 施耐德电气副总裁、过程自动化与数智化中国区负责人丁晓红有着自己更具象的理解。她认为，未来的工厂必定是绿色化、数字化和智能化的。持续的开放式创新离不开几个要素：高宽带的网络、边缘计算和控制、尖端运动控制以及数字化全生命周期管理。其中，数字化全生命周期管理包括数字孪生和工业元宇宙、人工智能优化决策和运营，预防性运维分析和资产管理、数据管理以及数据安全。

随着“未来工业”理念的逐步推进，贯穿全生命周期的工业数字孪生也在开放的进程中日趋成熟。

三维统一的数字孪生

“数字孪生不是简单的针对某一个阶段，而是贯穿从设计建造到运营维护的全生命周期。”丁晓红提出，数字孪生的核心概念就是全生命周期。施耐德电气不仅为客户提供全生命周期的一致的客户体验，还提供统一的数据平台，不管是能源管理的数据，还是工业运营的数据，都集中在统一平台上。“基于这种数据集成，企业能够进一步对数据进行处理、分析并形成能够对生产和运营加以指导的洞察”。

数字孪生背后实际上是一个三维统一的数字孪生模型，包括工程数字孪生、工艺数字孪生、资产数字孪生。具体来说，工程数字孪生包括一体化协同设计、施工管理与数字化交付，这可以有效提升效率、减少浪费；工艺数字孪生则贯穿了设计、仿真、运营优化，通过严格机理模型与算法相结合，可以实现显著的提质增效；资产数字孪生主要将模式识别和数据分析相结合，以提高资产的可靠性。

三维统一的工业数字孪生将帮助企业带来三重价值：提高效率、节约成本、增强可靠性。

丁晓红进一步解释说，企业在生产和运营的过程中有两类优化非常重要。一类是有形的资产优化，就是现场的各种设备“铁疙瘩”（有形资产）。这类资产如何优化？答案是企业要在早期发现故障，从而让整体运行更加高效，同时实现能耗平衡；另一类是整体价值链优化。比如，设备运行起来降低员工工作强度的同时提升经济效益，这就可以利用先进控制的手段以及AI赋能实时优化方案。总之，针对客户端到端的整个价值链，施耐德电气构建相应的数字孪生模型，完整覆盖生产和运营的各个环节。

三维统一的工业数字孪生就好比是构建一个高效和可持续发展的元宇宙平台，是未来工业的必经之路。这不仅能让企业提前预知不同应用场景下的运营风险和能耗现状，而且还能够直观地预见降本增效幅度，同时能够精准地在真实工厂的运营中快速反应、改进，这无疑将显著提高未来工厂设计、建造、运维乃至优化的效率和效果。

“通过结合中国本土客户的实际应用，创新性地从技术端把不同的软件打通，或者说把全球领先的软件技术能力和硬件更好地结合起来，才能为具体的场景带来切实价值。而这背后的支撑正是施耐德电气从自动化到能源管理不同软件之间的协同，我们称之为‘One Software’。”施耐德电气副总裁、数字化服务业务中国区负责人张磊补充道。

埃森哲2022年中国企业数字化转型指数报告显示，高度不确定的经营环境凸显数字化的重要性，中国企业对转型的投资管理更加精细化，转型策略趋于务实，八成企业更加关注数字化项目的直接财务回报，同比增长28%。

随着越来越多行业标杆工厂的探索和技术落地，数字化解决方案逐渐成熟，高效与韧性不仅有了更清晰的实现路径以及贯穿全生命周期的工具，还有了更多可量化的成效。数据显示，施耐德电气提供的数字孪生解决方案可以为企业平均提高20%以上的生产效率，减少15%的能耗，以及降低30%的维护成本和停机时间。

1:1的虚拟工厂

在企业级元宇宙的构建基础之上，建设和运营未来工厂有了全新的方式——动土之前就会用数字化技术打造一个百分百仿真的模拟工厂，比如阀门、管线等所有细节和位置都一样，尺寸大小也完全相同。

“其实数字孪生或者说工业模拟的技术最早应用在航空航天，不管是故障还是工艺和设备的运行情况都需要通过模拟仿真来尝试，状态可以了才能进一步推进。”丁晓红说，以前电脑上的模拟采用的是CAD制作二维图，现在是三维，设计阶段就能看到工厂的模样，对应的工厂实际情况也就完全一致，这也就是孪生的意义。

为此，施耐德电气在为客户交付一个真实工厂的同时，都会交付一个1：1比例的虚拟工厂，这不仅仅停留在前期的设计上，还会贯穿于运营和维护及持续优化等全生命周期的各个环节。设计和建造阶段的虚拟工厂即对应着工程数字孪生，运营阶段的虚拟工厂则对应工艺数字孪生，整个运维期间针对资产则利用资产数字孪生的模型。

“灯塔工厂”就是施耐德电气数字孪生应用的绝佳案例。“灯塔工厂”被誉为世界上最先进的工厂，是数字化制造和全球化4.0示范者。作为“灯塔工厂”之一，上海华谊集团就在迄今广西单体投资最大的工业项目中，在施耐德电气的助力下打造了数据双底座驱动的数字孪生工厂。

在这座量身打造的数字工厂里，施耐德电气不仅为其建立了与现实1：1的 3D模型，还可以输入装置各式各样的工程资料，实现从需求分析、规划设计、动工实施到生产运营全过程的数字化。

除了提供这些电气设备和边缘控制系统外，施耐德电气用一系列软件的组合，为上海华谊钦州基地提供全生命周期的解决方案。在其中，这家数字工厂拥有65套数字化交付的装置、6T以上的交付数据，20多家承包方的共同协作和管理，并对超过100位操作员同时进行云端在线培训等等。

值得关注的是，在整个数字工厂的设计和建设过程中，施耐德电气的EcoStruxure一体化平台发挥了最大功用，AVEVA E3D/PDMS三维设计软件、AVEVA AIM资产信息管理平台、AVEVA PI System大数据管理平台等软件均与该平台相集成。EcoStruxure架构与平台融合了能源、自动化与软件三大领域，是施耐德电气推动能源管理和自动化领域数字化转型的基石。

为了更好地赋能运营过程，施耐德电气在云平台部署AVEVA OTS操作员仿真培训系统，上海华谊员工可以在数字工厂进行与现实几近等同的操作，由此提前熟悉设备和流程，减少工厂建成后的培训及投产周期。

借助这样的数字孪生技术，工业领域的物理世界和数字世界有效连接，上海华谊也由此实现了对产能、质量、设备、能源等高质量数据的采集和管理，让生产过程中的每一个环节都变得可观测、可预测。

施耐德电气联手淮河能源打造的潘集电厂是又一个行业数字化标杆案例。在施耐德电气专业工程团队的帮助下，潘集电厂不仅提升了工程数据信息的交付质量，还建立了全厂统一、覆盖全专业的高质量数字资产。在这座数字孪生电厂里，运维管理人员可在最多三分钟内、最快几秒钟内获得电厂4.6万多台设备、工程图纸信息及运维实时数据。

不止于此，施耐德电气利用AVEVA AIM强大的数字孪生技术，基于现场拍照和100%真实的原生数据，还在系统中1:1还原了物理的潘集电厂。这种“原生数字化交付”也让3D模型的完成度、清晰度和细腻度，都达到了行业领先水平。

数字孪生无疑是推动工业数字化转型的重要路径，让未来工业更加高效且更具韧性。在当前严峻复杂的大环境下，效率和韧性显得尤为重要，只有充分利用数字技术提升企业对能源和资源的利用效率，保持更高的韧性，才能在数字化的赋能下加速迈向更加可持续的未来工业。