迈入 2025 年，数字技术将继续重塑制造业。根据德勒能源与工业研究中心的数据，83% 的制造商认为数字化解决方案将在未来五年内彻底变革产品的制造方式。从初创企业、小型加工厂到大型原始设备制造商，我们看到越来越多的企业都走上了数字化道路，他们在开设新工厂之前对产品和流程进行仿真及优化，在工厂投入运营后，利用在工厂收集到的制造数据来预测并完善生产工作流程。此外，数字化转型还能帮助这些企业在优化生产的同时提升可持续性，确保在未来取得长足发展。
数字主线，数字化转型的支柱
今天已经有许多公司在产品开发过程中采用计算机辅助设计（CAD）工具来进行产品设计，而在制造规划以及后续的生产、生产优化、物流、供应链以及服务管理方面的数字化往往进展缓慢。这是一个需要重点关注的领域，也是我们需要努力攻克的方向。
数字主线是由各类产品构建而成的一系列解决方案。这些产品必须实现良好的互联互通，以发挥协同作用，让企业可以在无需部署整个链条的情况下看到端到端链条价值。同时，数字主线非常注重灵活性，这样企业就能根据自身特定需求定制解决方案。例如，制造商可以先选择一种单一的解决方案，比如计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）软件，然后再拓展到下一个层级，创建一个端到端的数字主线。这里需要明确的是所有这些不同的组件都将在数字主线中协同工作，从而使信息数据能够从产品开发环节流向工厂，然后再反向流动，形成闭环。
图1. 利用 AI、生成式设计、3D 打印、数控加工和人类仿真，通过无缝数字主线将制造电动汽车分动箱的整个流程连接起来。
位于南京的西门子数控（南京）有限公司（SNC）就是数字化的一个范例，其创建了全面的数字孪生模型，确保在进行任何实际投资之前能够先在数字世界中进行广泛分析。通过仿真机器人、自动导引车（AGV）和人员之间的交互等场景，以优化虚拟环境中的流程，从而降低成本，并确保工厂能够从一开始就顺利运营。这种方法不仅提高了运营效率，还降低了风险，加快了产品的上市时间，为公司及客户带来显著效益。
能够产生巨大影响的新兴技术
通过将云计算、AI、工业元宇宙和大数据分析等关键数字技术融入生产流程，各种规模的工业企业都能够借助实时监控和自动化决策来提高效率、降低成本并加快生产周期，进而提升自身的制造能力。
云技术的影响
云技术的优势对各类规模的企业来说都十分显著，对中小型企业更为突出。云技术让创建数字孪生以及实现数字主线所需的先进制造工具变得更易获取。通过减少前期支出以及后续的维护和升级成本，软件的总体拥有成本得以降低。中小企业可以利用云技术来运用数字制造工具，而无需在信息技术基础设施方面进行大量投资。
图2. 云计算允许在任何地点、通过任何设备访问仿真模型，以促进协作并辅助决策。
云计算是一种推动力量，同时支持人工智能（AI）和机器学习应用，可以优化制造运营并提升产品质量，通过高性能计算的实施，帮助企业更快地开展各项工作。
充分运用工业 AI
AI 的进步使制造商能够分析从工厂收集的大量数据，提供有价值的见解，有助于提高效率并减少错误。通过智能助手，AI 还可以自动执行复杂任务，释放企业宝贵的资源和人力，将复杂的文档转化为可操作的流程，加快运营速度并将误差最小化。
通过使用 AI 技术，制造商可以更好地利用数字孪生来预测维护需求、减少停机时间并延长设备的使用寿命。这不仅有助于提高生产力，还能帮助制造商实现可持续发展目标。此外，AI 技术还能协助企业就资源利用做出明智决策，确保原材料的高效使用且具成本效益。
图 3：AI 智能助手能够自动化并加速那些通常需要大量专业知识的复杂编程任务。
探索工业元宇宙
工业元宇宙代表着制造业的一种演进，它能够与本文所讨论的所有数字技术汇聚在一起，改变制造业的未来。它能利用产品和生产的全面数字孪生，结合来自边缘设备和物联网传感器的信息，打造出一个紧密结合、基于物理的数字环境，该环境能反映现实世界，并可进行实时监控和调整。
通过提供增强的可视化、协作以及决策工具，同时借助先进的 GPU 和 AI，工业元宇宙能够使企业像身处现实世界一般体验数字世界，助其在实际生产开始前预见潜在问题并优化运营，进而大幅降低成本并提高效率。
图4. 西门子和 NVIDIA 利用基于物理的仿真模型打造工业元宇宙，模型与实际中的自动化以及高保真可视化相连接，以促进协作。（图片来源：西门子和 NVIDIA）
这一沉浸式数字空间可以借助云技术得以实现，云为企业提供了存储和处理元宇宙所产生的海量数据所需的基础设施，同时促进协作的加强，使各部门及各生态系统之间能够实现数据共享。
随着越来越多的企业采用这些技术，就能充分利用数字主线，并创建制造设施的全面数字孪生，而这种能力将成为制造业的标准范式，帮助企业从更高效的协作与决策、更快的上市时间、更优的产品质量以及更具可持续的制造实践中受益。
【本文作者：西门子数字化工业软件数字制造软件高级副总裁 Zvi Feuer，除图4外，其余均来源于西门子】
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