2022年数字孪生报告

2022年数字孪生报告 产品设计与生产工程的数字化转型成熟度检验 2022年数字孪生报告 执行摘要 毫无疑问：数字化转型（DX）现今已成为制造商的一种趋势。每一个数字化转型都有独特的价值和潜力。 LifecycleInsights公司发布的《2021年数字化转型投资回报率研究》考察了各种数字化转型措施如何帮助制造商实现其业务的真正价值。研究表明，有针对性的数字化转型计划具有显著的投资回报率。最具进步性的公司平均每年采取了12.5项投资举措，而最不具进步性的公司每年平均只采取了3.5项举措。这些投资在许多方面得到了回报。最具进步性的公司更有可能达到了或超越了其项目的利润率目标。而他们实现这些目标需要的原型更少且库存时间也更短。 为了深入了解现今的数字化转型举措，LifecycleInsights开展了2022年数字孪生研究。这项研究的调查对象来自汽车、航空航天、电子、工业机械、医疗器械、能源和消费品行业。研究揭示了最具进步性的公司和最不具进步性的同行之间的显著差异。 本报告将向大家分享这项研究的结果，并对更成熟的数字孪生和数字主线以及两者之间更成熟的集成所带来的价值提供了新的见解。本报告分为四个部分： •调查对象基准设定：本节详细介绍用于将调查对象分组的基准方法，并比 较了其数字孪生和数字主线的数字化成熟度。 •产品设计的数字化成熟度：本节分享了更为具体的调查结果，详述了在产品设计和流程方面，最具进步性和最不具进步性的公司的数字化成熟度差异。 •生产工程的数字化成熟度：本节探讨了在与生产工程相关的工艺设计和流程方面，最具进步性和最不具进步性的公司的数字化成熟度差异。 •从数字化成熟度中实现价值：本节解释了为什么更高水平的数字化成熟度会为产品设计和生产工程组织提供价值。 如今，许多制造商都在推行数字化转型计划，但并非所有人都从这类工作中获得了价值。本报告就如何从此类投资中获益提供了有力的见解。 目录 执行摘要2 调查对象基准设定5 调查对象分组5 跨组比较产品和生产工程成熟度6 产品设计的数字化成熟度8 产品数字孪生：标准化与集中化9 设计数字主线：自动化与规范化11 连接产品设计的数字孪生和数字主线14 要点15 生产工程的数字化成熟度17 生产数字孪生：标准化与集中化18 生产工程数字主线：自动化与规范化19 连接生产数字孪生与数字主线22 要点24 从数字化成熟度中实现价值25 单一数据源和企业内数据访问26 加速产品开发27 提高生产力和效率，实现更好的责任管理和质量27 要点29 总结和建议30 附录32 2022年数字孪生报告 调查对象基准设定 2021年数字化转型投资回报率研究的结果显示，许多公司正在改变其产品和生产工程中的工具和流程，以实现更高效的生产和更高的盈利能力。为了探索这些方法的成熟度，LifecycleInsights开展了2022年数字孪生研究。这项基准研究将调查对象分成几组，以揭示他们在数字孪生、数字主线和集成成熟度方面的差异。本节阐述了： •这项研究如何对调查对象进行分类并分析小组表现；和 •如何跨组比较产品设计和生产工程的数字化成熟度。 调查对象分组 询问调查对象他们在产品和生产工程领域的战术举措。根据回答为他们计分。统计得分，创建三个不同维度的总体成熟度得分：数字孪生成熟度、数字主线成熟度和集成成熟度。随后，LifecycleInsights根据成熟度得分将调查对象分为三组：最不具进步性的公司、中等进步性的公司和最具进步性的公司。 这些称谓——最不具进步性、中等进步性和最具进步性——反映了公司在追求技术主导型计划时的成熟度。在这些技术主导型计划的帮助下，组织可以通过各种方式改进其运营方式并实现价值。一些公司希望通过控制产品成本来保护利润率。对其他公司来说，重点在于在更短的时间内交付产品。不管预期结果如何，数字化转型投资回报率研究结果表明，那些启动更多数字化转型计划的公司表现更好。 跨组比较产品和生产工程成熟度 这项分析的主要目的是将调查对象分按相似特征和特点进行分组。这些小组之间的差异揭示了他们对数字孪生、数字主线和集成成熟度的见解。成熟度高的组织使用先进的数字解决方案，为其数字孪生提供单一数据源，并为其数字主线提供集成方法。他们还使用标准化技术将这些实体连接在一起。 产品设计成熟度比较 最具进步性 中等进步性最不具进步性 数字主线成熟度 集成成熟度 数字孪生成熟度 图1：数字主线、数字孪生以及两种参数集成所显示的产品设计成熟度。 最具进步性的产品设计组织的数字孪生成熟度平均得分为2.9，而最不具进步性的组织的平均得分为1.2。二者的数字主线成熟度得分分别为3.6和1.6。集成成熟度得分分别为3.7和2.0。 生产工程成熟度比较 最具进步性 中等进步性最不具进步性 数字主线成熟度 集成成熟度 数字孪生成熟度 图2：数字主线、数字孪生以及两种参数集成所显示的生产工程成熟度。 就数字孪生成熟度而言，最具进步性的生产工程公司的平均得分为3.9，而最不具进步性的公司的平均得分为1.7。二者的数字主线成熟度得分分别为3.5和1.7。集成成熟度得分分别为3.7和2.0。 2022年数字孪生报告 产品设计的数字化成熟度 如今，智能、互联产品的设计是一项挑战。开发机械硬件、电子设备、配电系统和软件的工程师必须协调合作，以实现无缝结合。通过桥接孤岛，确保卓越协作和加快数字化转型部署，数字孪生、数字主线以及两者的集成就可以实现价值。 本节研究了数字孪生、数字主线以及它们的集成在产品设计领域的成熟度。研究发现，进步性公司通过提高这三个领域的数字化成熟度来实现价值。这些公司成功减少了开发时间、提高了效率且创造了数据透明度。本节阐述了： •标准化与集中化对数字孪生成熟度的作用； •自动化与规范化如何提高数字主线成熟度；和 •为什么连接产品数字孪生和设计主线是优化设计流程的关键。 产品数字孪生：标准化与集中化 在不同的开发阶段，工程师使用数字孪生来开发和测试产品。产品的数字孪生包括定义、模型和仿真，它们详细说明了产品各个方面的形式、适合度和功能：每一个系统、每一个组件和每一个项目。在产品设计中，这些数字化表征可能包括产品的机械硬件、配电系统、电子板系统和嵌入式软件。工程师使用数字孪生来开发和测试产品（包括数字模型和实物）。 使用标准解决方案创建产品设计可交付成果的组织 电子和电路板 机载或嵌入式软件 产品外数据转移 （物联网） 最不具进步性 中等进步性 最具进步性 配电系统 机械硬件 图3：最具进步性的公司更有可能采用标准解决方案来创建跨多个领域的数字可交付成果。 在评估一家公司的产品数字孪生举措的成熟度时，2022年数字孪生研究会考虑以下几点。首先，LifecycleInsights调查了组织使用标准化工具创建产品数字化表征的程度。标准化是指使用相同的工具来创建可交付成果。机械硬件设计的标准化意味着公司的每个设计人员都使用相同的CAD解决方案来创建所有的机械设计。 研究表明，标准化并不是一成不变的。许多公司会将物联网和机械硬件的工具标准化。但这种标准化水平在电子和嵌入式软件设计中不太明显。对于配电系统，公司倾向于使用来自不同解决方案提供商的多种解决方案。 使用高级解决方案管理产品设计和可交付成果的组织 机载或嵌入式软件 产品外数据转移 （物联网） 最不具进步性 中等进步性 最具进步性 电子和电路板 配电系统 机械硬件 图4：最具进步性的公司更有可能采用高级解决方案来管理跨多个领域的数字可交付成果。 在评估数字化成熟度时，这项研究还评估了公司如何利用高级解决方案，如产品数据管理（PDM）、产品生命周期管理（PLM）和应用生命周期管理（ALM）来管理其数字化表征。 在最具进步性的公司中，至少有63%的公司使用现代化数据管理解决方案（包括产品数据管理、产品生命周期管理和应用生命周期管理系统）来管理产品设计的所有数字化表征。在最不具进步性的公司中，只有不到30%的公司能做到这一点。此外，最具进步性的公司使用一个或多个标准化解决方案（包括产品数据管理、产品生命周期管理或应用生命周期管理系统）执行产品设计流程的可能性至少要比最不具进步性的同行高出三倍。 在产品设计中创建和管理可交付成果方面，更高水平的标准化会带来显著的好处。创建设计可交付成果的标准化解决方案可使团队间的共享变得更加容易。单一数据源提供了跨团队、组织、公司甚至供应链的数字化定义访问途径。两者都使得最具进步性的公司能从其数字化转型举措中实现更多的价值。本报告“从数字化成熟度中实现价值”一节中对此提供了更深入的见解。 数字主线设计：自动化与规范化 数字主线成熟度是产品设计的一个关键概念。数字主线是一个离散、相互关联并可追踪的任务和活动序列。数字化和自动化活动的范围差异很大。但是每个数字主线都为用户提供了一种快速、直观的方式来浏览所有的记录系统。 一些数字主线完全在工程中执行，而其他的数字主线可能只在制造中运行。有些数字主线可能工程和制造业都有涉及。同样，有些数字主线可能只关注产品或生产，而另一些数字主线则两者都会关注。此外，额外的数字主线可以连接所有运营和服务产品，以及其他关键的产品开发领域。在产品设计中，数字主线影响和驱动着工程师设计和验证产品的方式。 作为研究的一部分，LifecycleInsights评估了产品设计中数字主线成熟度的两个方面：用于创建数字主线的工具和技术，以及用于执行和管理这些工具和技术的标准。 评估的第一个领域是公司使用标准化流程的程度。团队、部门或整个公司可以采用同一个标准来执行产品设计中的任务和活动。或者，他们可能不会使用任何标准，而是使用特别的方法来执行这些流程。 按照标准执行产品设计流程的组织 概念设计与开发 系统设计和架构开发 详细的设计 原型设计和测试 设计审查和发布 变更管理 最不具进步性 中等进步性 最具进步性 图5：绝大多数最具进步性的公司都采用标准流程进行产品设计，相比之下，只有大约一半最不具进步性的公司采用标准流程。 总的来说，超过90%的最具进步性的公司会根据既定的标准执行其绝大多数设计流程。相比之下，在最不具进步性的公司中，只有大约52%的公司能做到这一点。 流程标准化并不是一家公司数字主线成熟度的唯一指标。第二个评估维度是公司采用标准解决方案实现流程自动化并执行相应流程的程度。公司可以在不同的领域使用不同类型的解决方案，例如产品数据管理、产品生命周期管理和应用生命周期管理系统。或者他们可以使用电子邮件、文档和电子表格。又或者，公司可能不会使用任何特定的工具或技术来执行他们的产品设计流程。 使用标准解决方案执行产品设计流程的组织 详细的设计 最不具进步性 最具进步性 中等进步性 变更管理 设计审查和发布 原型设计和测试 系统设计和架构 开发 概念设计与开发 图6：最具进步性的公司更有可能使用标准化的解决方案来实现产品设计流程自动化并执行其产品设计流程。 研究揭示了使用解决方案执行流程中的两个关键发现。首先，在最具进步性的公司中，几乎一半的公司使用了单一的解决方案来执行各种产品设计流程。其次，在最不具进步性的公司中，只有10-16%的公司使用单一的解决方案来执行它们的产品设计流程。 由于熟练度和重复性，使用标准解决方案执行通用流程的组织成功提高了效率。这类组织可以利用工具实现流程自动化并实施定义明确的活动和节点，在开发流程的早期发现问题。进步性公司在这些方面有较高的数字主线成熟度，并正在从其中实现价值。 本报告“从数字化成熟度中实现价值”一节为大家更深入地阐述了这些公司是如何执行数字化成熟度产品设计流程的。 连接产品设计的数字孪生和数字主线 在产品设计流程中，工程师和其他利益相关者必须执行各种任务。例如，管理人员可能需要签发设计成果。为了有效地执行这项任务，管理人员需要获得概念设计、设计图以及可能的仿真结果。 鉴于产品及其相应数字化定义的复杂性，为