西门子的发展变迁与工业数字孪生

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细究西门子这家公司，经历了两次世界大战以及两次工业革命。西门子所经营的业务经过多次变化，造过洗衣机，也造过飞机和手榴弹，如今蜕变成为一家数字化赋能的企业，唯一不变的是其历经174年在多个垂类行业沉淀的知识、经验与技术。

本期文章前半部分浓缩了西门子174年的发展历史，后半部分着重描述西门子当前的核心业务，即西门子数字化工业集团的产品与服务，以及西门子对未来十年关于数字孪生技术的展望。

作者｜Tim Jiang

编辑｜Tim Jiang

  封面｜Simens AG

西门子1847年成立于德国，至今174年历史，先后经历了电气化、自动化以及数字化的3次转型。当前，西门子业务遍及全球200+国家与地区，在全世界拥有600+家工厂、研发中心和办事处。

来源：西门子，西门子工业2.0向工业4.0发展路径；

当前西门子业务涉及数字化工业、智能基础设施、交通、Advanta、医疗、金融和家电等。

在数字化技术领域，西门子处于行业龙头地位，也是全球唯一一家在「产品开发、制造以及工厂管理」整条制造链路上提供三个数字孪生创建与互通的公司。

01

工业 2.0：全球电气工程 NO.1

1847年，Siemens和Halske在德国创立电报制造公司（下称“西门子”），起初这家公司仅10人规模，在柏林后院的一栋建筑中开始运营，初期的产品是一款指针式电报。随后的几年时间里，西门子陆续拿到了欧洲电报线路、俄罗斯远距离电报网络和英国“伦敦至印度”电报线等重大跨国项目，这些项目也奠定了西门子早期在电报行业的龙头地位，后续相关订单络绎不绝。

来源：西门子，指针式电报；

1855年西门子不断拓宽业务，主要发力于电气领域。早期在法拉第的工作基础之上，西门子建造了一台发电机，经过10年的开发与测试，终于在1875年准备好批量生产与上市，这也标志着人类开始进入电气化的新时代。随后几十年，西门子陆续建立了德国第一座用电照明的私人住宅、世界第一条由外部电源供电的电气化铁路，以及完成从家族企业向股份企业的转型。

进入20世纪，西门子先后经历了两次世界大战，这两次大战期间，也让西门子逐渐呈现出越挫越勇的状态。其中，西门子在1925年初步涉足电子医疗设备，并开始生产收音机、电视机和电子显微镜，并在1939年成为当时全球最大的电气工程公司。

一战于1918年结束，二战于1945年结束。根据西门子官方统计，两次大战后分别对公司资本造成40%和80%的损失，前者包括资本、国际专利以及境外子公司与相关办事处的直接损失，后者则包括德国境内在内的设备与物资的损失，一半源于战争期间的损毁，一半被战后作为赔偿交割给苏联，而盟军则没收了其全球80%的有形资产。

此外，在两次大战后，西门子都先后遭遇经营范围的限制，第一次为法律限制西门子仅限于发展电气工程业务，第二次则为短期贸易限制，主要是海外贸易业务以及相关技术研发如微电子等。

来源：西门子，SIMATIC组建；

1950年后，西门子开始专注于加强传统核心领域与投资新兴业务。1954年，西门子开始涉足数据处理市场；1959年，也就是在贸易限制放开后的第2年，西门子推出了第一个晶体管控制系统SIMATIC，从而为工业电子自动化的到来奠定了基础。

02

工业 3.0：涅槃重生，发力 OT与 IT

1960年德国战后经济快速恢复，以洗衣机、电冰箱、收音机和电视机为代表的家电产品成为驱动经济恢复的主要品类之一，而这也是西门子早期就深耕的领域。

1957年，西门子合并了旗下家用电子和电器业务。正所谓有人的地方就有江湖，火热的家电市场吸引了意大利和日本的竞争对手，优胜劣汰之下行业集中度进一步提升，面对这样的情况西门子和博世展开了合作，并在1967年将各自旗下的家电业务合并。

来源：西门子，西门子洗衣机广告；

1960年，西门子的工业数控系统在市场上出现，这一代的西门子数控系统以继电器控制为基础；1964年，西门子为其数控系统注册品牌SINUMERIK。1973年，西门子研制出第一台可编程逻辑控制器(PLC)，并于1975年在其推出的数控系统中将PLC集成到控制器；1996年，在过程控制领域，西门子将操作界面、工业现场总线、监控系统、工业网络及控调技术等优势融为一体。

在信息自动化领域，西门子也进行了同样的布局。1980年，西门子推出第一台数字电话交换机，1988年推出数字公共电话交换系统；1996年向中国市场推出中国本土生产的西门子手机；1997年推出了第一款彩屏GSM便携式电话；1999年，西门子将半导体业务分离出来，也就是今天大家熟知的英飞凌。

除了剥离半导体，同时西门子也剥离了旗下的通信业务。1999年至2004年，西门子信息通讯网络部门和信息通讯移动部门的营收均未出现明显增长，且部分年份出现亏损，随后西门子在2004年将两个部门重组为通信业务集团，并于2006年后逐步剥离给西门子和外部投资集团。

2007年，西门子将旗下威迪欧汽车电子出售给德国大陆集团；2008年8月，西门子又将旗下家庭及办公电信设备部门80.2%的股份出售。2013年，西门子又将旗下全资子公司欧司朗（当前为全球第二大照明厂商）分拆上市并逐步出清。

2014年，西门子又将早期和博世合资的博西家电的50%股份出售给博世集团，成为博世集团子公司，而西门子家用电器品牌的生产和销售仍然由博西家电代理，博西家电在2013年为欧洲最大的家电生产商。

03

工业4.0：电气化、自动化、数字化

2013年，在德国汉诺威工业博览会上，德国联邦教研部与联邦经济技术部提出了“工业4.0”概念来描绘制造业的未来愿景，提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统（CPS）为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。

这也正符合经过了一系列卖卖卖瘦身的西门子发展愿景，莫非是是互为因果？对于西门子而言，出售成熟和低毛利的硬件业务，专注于电气化、自动化和数字化战略才是头等大事。

2014年5月，西门子对外发布了“2020年公司愿景”，但是仅过了3年愿景就实现了...以致于西门子随后又发布了“2020年+公司愿景”。

来源：公开网络，西门子组织架构变化；

2018年8月，西门子宣布调整公司架构，取消先前的业务集团层级，调整后西门子“运营公司”的组织架构包括：天然气与发电、智能基础设施和数字化工业。该次调整中，数字化工业成为其业绩增长的主力军。由于西门子能源集团与医疗集团都已纷纷拆分上市，因此西门子内部主要的业务更多的聚焦在其数字化工业集团，其它业务包括智能基础设施以及交通等等。

来源：eWorks，西门子集团当前业务架构；

西门子数字化工业集团主要为离散和过程工业自动化提供全面的产品组合和系统解决方案，在全球拥有约 78000 名员工。在西门子数字化工业集团下又进一步分为六大业务部门：软件（工业）部门、工业自动化部门、运动控制部门、过程自动化部门以及客户服务部门。

来源：西门子，西门子数字化工业集团6大业务部门；

西门子数字化工业集团业务贯穿产品设计、产品开发、产品生产和售后服务的整个环节。其产品主要包括用于工业自动化的系统和软件、数控系统、电动机、驱动器和变频器、用于机床的集成自动化系统、 传感器、射频系统以及产品生命周期和数据驱动的管理软件等，适用范围广泛，下游客户遍及汽车工业、机械制造工业、制药与化学工业，食品饮料以及电子半导体工业等。

04

工业软件：开启西门子数字化之路

从2007年开始，西门子通过收购UGS大举进军工业软件领域（UGS是一家成立于1969年的老牌工业软件厂商，旗下产品包括NX、Solid Edge、Teamcenter）。细心的童鞋应该在上篇文章中会发现，2007年前后也正是SpaceX开始使用这家公司提供的NX与Teamcenter工业软件来进行产品开发。

来源：西门子，数字孪生业务发展历程；

随后，西门子将UGS更名为Siemens PLM Software，搭建了从CAD到PLM的研发软件能力。2012年，西门子继续收购全球领先的CAE厂商LMS，启动在仿真领域的布局。之后数年公司又将 Camstar（MES）、Mentor Graphics（EDA）、CD-adapco（CAE）等企业收入囊中。

来源：eWorks，西门子MindSphere工业云平台核心能力；

工业互联网是西门子这一阶段的布局重点，2015年西门子推出了MindSphere工业云平台，目标依托于工业互联网平台，连接旗下工业硬件并向外输出工业软件能力。

来源：西门子，河钢集团案例展示；

例如，2016年河钢集团开始采用西门子MindSphere的解决方案，建立了一套轧机数字孪生方案，通过实时采集设备运行过程中的关键作业参数，在MindSphere平台进行数据分析，从而指导下一步生产，制定最优的维护计划，以及故障预测。

来源：西门子，宏观环境盘点与2020+愿景；

Simcenter是西门子研发的数字孪生开发平台，是一个灵活、开放和可扩展的仿真和测试解决方案组合，支持客户在数字化转型中的各类创新活动。

来源：西门子，Simcenter介绍；

知名药企葛兰素史通过Simcenter建立了疫苗研发和生产的数字孪生，来加速新冠疫苗的上市；光刻机巨头ASML的工程师则通过Simcenter仿真优化晶圆工艺。

来源：西门子，ASML晶圆处理工艺仿真；

2018年，西门子的管理层悉数了未来的技术、经济、社会等宏观趋势，以及微观的各类社会场景，制定了“公司愿景2020+”，一方面通过精简业务保持专注，一方面又更加专注于在各自行业市场的发展。

来源：西门子，2020+愿景阶段规划；

2019年，Siemens PLM Software 更名为Siemens Digital Industry Software。从下图西门子的官方解释，数字工业业务覆盖了离散工业（Discrete Industry）和过程工业（Process Industry）两端，贯穿了从产品设计、流程设计/规划、工程化、生产执行/运营以及末端服务。

来源：西门子，贯穿全价值链的端到端数字化；

此外，西门子的这套数字化解决方案依托于其百多年在不同领域的沉淀，当前已从轻工业覆盖到重工业，以及底层的公用基础设施。

来源：西门子，西门子数字工业部门覆盖行业；

05

2030年：数字孪生将无处不在

2020年腾讯年刊中曾提及互联网未来的趋势和转变，谈到了“大洗牌”与“全真互联网”。

来源：腾讯，全真互联；

抛开“元宇宙”这一资本热词，从其本质理解，即虚（信息和服务）和实（人、物和制造）的相互连接互通。

根据西门子官方的解释：数字孪生通常指的是对实体资产的虚拟复制，可以是产品和机器，也可以是流程甚至处在整个生命周期中的工厂。

来源：西门子，数字化工厂4大价值链；

数字孪生包含的内容分为很多种，不限于设计概念、技术需求、成本分析、技术描述（如CAD模型）、计算数据以及后期维护所需的测量数据和维护信息。

来源：西门子，数字孪生说明；

从流程上看，其带来的效益主要分为两个部分：一方面节省了以往的现场工作时间，转而将需要现场工作的实物调试数字化，节省了实物成本、浪费以及精确性；另一方面，改变了原有工程化阶段机械、电气、自动化线性的研发过程，转变为并行过程，同时加入了虚拟仿真的调试，为传统实物制造模式带来变革。

来源：西门子，数字孪生带来的流程变化；

这也侧面减少了生产商在现场工厂作业的人员分配，转而需要在工程研发环节配备更多的人才。

西门子采访了世界各地的专家，包括产业界、学术界和研究机构，浓缩成了以下10个观点：

（1）未来10年，几乎每一种工业或技术产品都将配备数字孪生，实现对整个生命周期的详细模拟与管理；

（2）数字孪生具有在不同价值链之间起到桥梁作用的潜力，例如构建数字化工厂的核心系统，从企业层的PLM、SCM和ERP，再到管理层的WMS、MES/MON，以及操作层的DCS/SCADA，再到最后控制层的PLC和HMI等等，这将创造一个完整的生态系统；

（3）随着更强的计算能力与硬件架构的出现，更先进的仿真算法将会出现并随之普及；

（4）当前研发设计中运用的仿真技术、机器学习和AI技术之间将会进一步协同，以此来分析、理解、预测和优化一系列复杂系统中的问题；

（5）目前为止还没有真正为数字孪生开发的标准，原因是数字孪生还在不同既定的范式与路径下发展，例如航空或汽车等，而标准的落地将会促进数字孪生更有效的应用；

（6）数字孪生将是高度动态的，目前已经部分存在于航空航天与汽车工业领域，到2030年将会被应用在更多的领域；

来源：西门子，汽车领域应用；

（7）数字孪生将达到高度可信。今天我们通过地图导航来辅助车路规划，因为方便、可靠和可信赖，对于工业系统的设计与研发而言，仿真模型起着相同的作用，更远的将来更多的模拟将来自数字孪生技术；

（8）数字孪生将被部署到任何地方，从终端设备和边端传感器，再到云端大脑。此外，当一款产品到达生命周期末尾时，通过数字孪生可以评估其各项数据来决策如何回收、重复利用以及对下一代产品的迭代；

（9）数字孪生将促使交互更加身临其境。到2030年，大部分数字孪生技术也将通过AR/VR来应用，人的触觉、视觉、声音和动作等感官开始被应用到交互中，在情绪感知上除了通过AI来理解用户意图和情绪，更先进的技术还比如脑机接口；

（10）数字孪生将进一步增强人们在设计和工程领域的创造力，包括原先不是某个领域的工程师或者技术人员也可以在数字孪生技术的帮助下发挥创造力。

——END——

[1]西门子官网；

[3]Simulation & Digital Twin.Simens;

[5]揭秘西门子如何打造最全面的研发数字孪生 – Simcenter.APS研究；

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