根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，截至2021年底中國風電并網(wǎng)裝機容量突破3億千瓦大關，較2016年底實現(xiàn)翻番，是2020年底歐盟風電總裝機的1.4倍、美國的2.6倍，已連續(xù)12年穩(wěn)居全球第一。中國風電整機裝備產(chǎn)量占全球一半以上，穩(wěn)居全球風機制造第一大國。而隨著2021年國家不再給予風電項目補貼、實行平價上網(wǎng)，中國風電設備制造企業(yè)面臨著新一輪競爭力升級的挑戰(zhàn)。

在另一方面，2020年中國政府正式對世界承諾“雙碳目標”引發(fā)了能源互聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)。通過互聯(lián)網(wǎng)直接接通需求端，能源互聯(lián)網(wǎng)正在為能源產(chǎn)業(yè)建立新商業(yè)模式，從而在平價市場中建立新的競爭優(yōu)勢。當能源互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)與風電設備制造產(chǎn)業(yè)升級相“碰撞”，一個由用戶端需求倒推設備端研發(fā)升級變革的產(chǎn)業(yè)升級大幕將拉開。

致力于數(shù)物融合的PTC公司資深技術專家呂振遠表示，在能源互聯(lián)網(wǎng)領域有一對風電“雙子星”——同為風電行業(yè)龍頭企業(yè)的GE與VESTAS，一個走在探索能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式的前沿，一個不斷深入風電設備數(shù)字化研發(fā)與生產(chǎn)制造，二者結合為中國風電設備制造企業(yè)研發(fā)數(shù)字化轉型樹立了標桿。

風電能源互聯(lián)網(wǎng)”雙子星”

智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)對于能源產(chǎn)業(yè)的意義，相當于智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對于工業(yè)的意義。能源互聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)為平臺將能源產(chǎn)業(yè)的參與者與用戶聚合在一起，形成了從用戶端需求反向倒推能源供給端變革的商業(yè)模式，特別在電力平價上網(wǎng)的“催化”下，加快了“以用戶為中心”新能源商業(yè)模式的建立。PTC公司資深技術專家呂振遠認為：GE與VESTAS作為風電能源互聯(lián)網(wǎng)“雙子星”，為“以用戶為中心”的風電能源商業(yè)模式建立了一個范式。

先來看GE。眾所周知，GE是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的先驅。早在2012年11月，當時GE董事長杰夫·伊梅爾特發(fā)表的一篇文章，稱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命即將到來，由此開啟了全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，GE也率先推出了Predix Cloud工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。作為全球可再生能源巨頭，GE在風電行業(yè)一直處于龍頭企業(yè)地位，多次蟬聯(lián)美國市場第一以及全球市場前三的市場地位。GE也一直追求通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術等推動風電行業(yè)的前沿進展。

早在2015年，GE就推出了風電產(chǎn)業(yè)的下一波變革：數(shù)字化風場。GE認為，每一個風場都是獨特的，就像DNA或指紋一樣，因此利用物聯(lián)網(wǎng)機器捕獲風場與地形地貌以及風況互動的數(shù)據(jù)，能夠為每一個風場建立數(shù)字孿生，再利用風場的數(shù)字孿生反向設計風機的每一片風葉，從而可以最大化整個風場的效益。當時，GE預計數(shù)字化風場解決方案將為風場帶來20%的電力產(chǎn)能增量，為風機的生命周期額外創(chuàng)造1億美元收入。

GE數(shù)字化風場解決方案基于Predix平臺，其核心為數(shù)字孿生技術，通過為風場的資產(chǎn)、風機甚至整個風場構建數(shù)字孿生模型，以優(yōu)化風場運營、提高風電產(chǎn)能以及降低風機維修成本。自2015年發(fā)展到今天，GE從已經(jīng)建成和運營的數(shù)字化風場項目中持續(xù)獲得天氣、風機零部件、運維服務報告及風場性能表現(xiàn)等數(shù)據(jù)，由此建立了風場最佳實踐和風況預測模型等，將這些模型和數(shù)據(jù)與GE新一代數(shù)字化風電應用軟件相結合，幫助風場運營人員優(yōu)化預測運維服務策略、提高風機可靠性與可用性、提升年度風電產(chǎn)能，幫助風電企業(yè)更好的創(chuàng)收。

而丹麥風力發(fā)電機制造商VESTAS是全球排名第一的風電設備制造商。自1945年成立以來，VESTAS一直致力于通過技術創(chuàng)新，不斷降低能源成本。數(shù)字化風機研發(fā)與生產(chǎn)制造一直是VESTAS關注的焦點，也是VESTAS不斷降低能源成本的重要路徑。與GE從數(shù)字化風場反向設計風機及生產(chǎn)制造不同，VESTAS作為專門從事風機生產(chǎn)制造的企業(yè)，圍繞“以用戶為中心”理念不斷調整其產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)制造的流程。2019年，VESTAS推出了EnVentus平臺作為風機模塊化設計和生產(chǎn)制造的平臺，率先在風機行業(yè)領域推進了平臺化模塊化的實踐，為下一輪“以用戶為中心”創(chuàng)新打下了堅實的基礎。

呂振遠強調，GE和VESTAS從能源互聯(lián)網(wǎng)的“兩端”推進了“以用戶為中心”的風電能源商業(yè)模式——數(shù)字化風場和數(shù)字化風機研發(fā)與生產(chǎn)制造，而且這兩家企業(yè)在這兩個領域各自進行了深入的研究和實踐，為中國風電設備制造商提供了很好的參考。

與“雙子星”一起數(shù)字化創(chuàng)新

未來五年，中國風電行業(yè)整體市場空間巨大，隨著碳達峰目標的實施進入關鍵窗口期，風電年均新增裝機容量將持續(xù)上升。而隨著中國電力市場化交易日趨成熟，市場呈現(xiàn)多樣化交易模式，雖然電力市場的發(fā)展空間更為廣闊，但市場競爭也進一步加劇。同時，風機大型化趨勢對于提升風機企業(yè)整體運營效率、降低成本、優(yōu)化運維服務，有著重要的意義。幾大趨勢相互影響，中國風電行業(yè)將迎來數(shù)字化創(chuàng)新的新時期。

作為GE與VESTAS數(shù)字化轉型的戰(zhàn)略合作伙伴，PTC深入?yún)⑴c了GE數(shù)字化風場以及VESTAS研發(fā)與生產(chǎn)制造數(shù)字化。PTC與GE Digital作為工業(yè)軟件的龍頭企業(yè)，雙方一直保持的緊密而深入的合作關系。2016年，雙方就宣布將各自的旗艦型軟件產(chǎn)品——ThingWorx與Predix相結合，為雙方共同的客戶提供使用ThingWorx開發(fā)且可以運行在Predix平臺上的應用軟件，即“ThingWorx for Predix”技術產(chǎn)品組合。

ThingWorx是全球領先的物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生和數(shù)字主線平臺，Predix是全球領先的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，ThingWorx與Predix的結合為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用打開了新的空間。通過與GE的聯(lián)合研發(fā)，PTC對ThingWorx技術平臺組件進行了優(yōu)化并與Predix緊密集成，包括PTC ThingWorx、工業(yè)自動化通信軟件PTC Kepware和增強現(xiàn)實軟件PTC Vuforia等。而GE則將自己的Brilliant Manufacturing Suite與PTC物聯(lián)網(wǎng)制造解決方案相結合，為客戶提供智慧工廠和智能制造解決方案。

GE數(shù)字化風場就是基于ThingWorx和Predix聯(lián)合技術平臺而開發(fā)的解決方案，實現(xiàn)了為風機等構建數(shù)字孿生模型、對風場資產(chǎn)建立關聯(lián)知識圖譜，以及輕松構建風機設備可視化、風機遠程實時監(jiān)控、風機健康診斷、風機運營管理、風機維修管理等APP。在GE與PTC兩大工業(yè)軟件技術平臺之上，風電行業(yè)開啟了數(shù)字化風場的數(shù)字化創(chuàng)新之旅。GE數(shù)字化風場解決方案可適用于十余種風機廠商的產(chǎn)品，可為客戶自有風機場實現(xiàn)數(shù)字化，例如為歐洲一家大型能源公司部署了GE資產(chǎn)性能管理軟件及其自有27個風電場的預測性維護，實現(xiàn)了每MW每年2000美元的價值。

而PTC與VESTAS的合作則更為悠久。VESTAS在建設其下一代數(shù)字化制造工廠的時候就選擇了PTC ThingWorx Operator Advisor實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的數(shù)字化，將為工人準備的每一份制造生產(chǎn)說明進行了數(shù)字化，這樣工人在執(zhí)行生產(chǎn)計劃時就無需拿著數(shù)百頁的制造說明手冊，同時VESTAS也增加了每個工廠可以生產(chǎn)風機設備的多樣化能力。VESTAS一直期望打通從CAD圖到生產(chǎn)制造車間的數(shù)字化方案，傳統(tǒng)方式都是基于紙質圖紙和各種說明手冊，而PTC的解決方案不僅打通了從設計到車間的全流程數(shù)字化，還為車間的每一位工人提供了按角色的數(shù)字工單及含有豐富CAD和視頻信息的交互式指南，極大提升了生產(chǎn)效率。

具體來看，PTC基于產(chǎn)品生命周期平臺Windchill和ThingWorx為VESTAS構建了以BOM為核心的產(chǎn)品數(shù)字主線，從市場需求端的需求變更入手，為風機設備設計新的系統(tǒng)和功能后推送到設計EBOM，再從設計EBOM推向仿真/ 試驗BOM、制造MBOM、服務SBOM、運營OBOM，最終提供基于產(chǎn)品配置的交互式技術手冊。基于BOM的產(chǎn)品配置和變型管理，解決了VESTAS的各類BOM互不關聯(lián)、現(xiàn)場產(chǎn)品配置與產(chǎn)品設計配置不一致等問題，保持從產(chǎn)品需求到現(xiàn)場每一臺風機的可追溯性。

呂振遠強調，在中國風電行業(yè)全面進入平價上網(wǎng)階段后，以GE和VESTAS為代表的風電能源互聯(lián)網(wǎng)“雙子星”范式，為中國風電設備制造企業(yè)“以用戶為中心”的數(shù)字化轉型指引了大方向，通過與用戶一起設計、執(zhí)行和完成項目的全生命周期，基于物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字主線、數(shù)字孿生等技術平臺和應用，圍繞用戶需求打造價值鏈，風電設備制造企業(yè)將重塑產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新體系。

基于數(shù)字主線和數(shù)字孿生的創(chuàng)新研發(fā)方案

中國雙碳承諾和能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)爆發(fā)，為風電行業(yè)帶來了發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，為了應對能源互聯(lián)網(wǎng)中場的種種挑戰(zhàn)，風電設備制造企業(yè)需要積極擁抱數(shù)字化轉型，以期應用數(shù)字化全新手段在新時代占得先機。數(shù)字化體系建設既是從0到1的革新，更是從1到100的漫長之旅。

借鑒CMM成熟度模型，結合風電設備制造企業(yè)數(shù)字化建設現(xiàn)狀，企業(yè)數(shù)字化成熟度分為4個層級：Level 1——信息化，即利用信息系統(tǒng)(如PLM、ERP、MES等)記錄業(yè)務過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，主要解決信息的數(shù)字化問題，支撐特定領域的業(yè)務應用，關注特定業(yè)務環(huán)節(jié)和流程在線化和優(yōu)化，以提高效率;Level 2——局部數(shù)字化，即已經(jīng)認識到數(shù)字化戰(zhàn)略應融入業(yè)務戰(zhàn)略，制定了數(shù)字化藍圖及推廣路線，并對核心業(yè)務流程進行數(shù)字化改造，如面向設計、制造、服務一體化的模塊化設計、數(shù)字化工廠等，但從產(chǎn)品全壽期角度來看，數(shù)據(jù)、流程仍存在斷點;Level 3——企業(yè)級數(shù)字主線，即在企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)的基礎上，利用數(shù)字化技術驅動企業(yè)業(yè)務模式和商業(yè)模式的創(chuàng)新，主要解決業(yè)務的數(shù)字化問題，關注產(chǎn)品全壽期、全價值鏈的互聯(lián)互通，驅動產(chǎn)業(yè)鏈上下游和整個生態(tài)創(chuàng)新;Level 4——數(shù)字孿生，即在企業(yè)級數(shù)字主線基礎上，利用新一代數(shù)字化技術賦能企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化，將數(shù)字產(chǎn)品與物理世界連接起來，幫助企業(yè)更好地設計、制造、運行和維護產(chǎn)品。

中國風電行業(yè)作為一個相對年輕的產(chǎn)業(yè)，多數(shù)企業(yè)仍處于Level 1，少數(shù)頭部企業(yè)達到了Level 2，但離Level 3與Level 4仍有相當距離。對于當前大多風電設備制造企業(yè)來說，建立打通價值鏈的數(shù)字主線平臺，基于數(shù)字主線平臺打通營銷、研發(fā)、供應、制造、銷售、服務等產(chǎn)品數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)精益化、高質量、高效率和有利潤的企業(yè)運營，是當下數(shù)字化轉型的重點。PTC資深技術專家呂振遠向中國風電設備制造企業(yè)推薦PTC數(shù)字主線、數(shù)字孿生平臺及三大研發(fā)解決方案，以助力風電企業(yè)深刻變革研發(fā)體系，加速走向Level 3及Level 4。

首先是產(chǎn)品平臺化、模塊化設計方案，對應企業(yè)數(shù)字化成熟度模型中的Level 2。平臺化、模塊化是基于統(tǒng)一平臺、共享模塊理念進行產(chǎn)品開發(fā)的方法，屬于企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及技術開發(fā)的核心能力。契合風機大型化趨勢，PTC的平臺化、模塊化解決方案支持風電企業(yè)構建基于模塊化的產(chǎn)品配置管理體系，實現(xiàn)風機產(chǎn)品平臺型譜規(guī)劃、產(chǎn)品通用架構分解、模塊化設計、BOM及DMU的一體化管理。另外，通過BOM多視圖及配置規(guī)則的傳遞，實現(xiàn)基于模塊化的設計、工藝和服務。風機產(chǎn)品的平臺化、模塊化可以保證產(chǎn)品外部多樣性的同時，降低內部配置多樣性，幫助風機制造企業(yè)加快產(chǎn)品開發(fā)、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質量、快速滿足客戶需求，從而提高企業(yè)的競爭力。

第二是訂單端到端配置管理方案，對應企業(yè)數(shù)字化成熟度模型中的Level 3。在風機產(chǎn)品核心業(yè)務流程中，除了IPD(集成產(chǎn)品開發(fā))業(yè)務流程外，還有LTC(商機到回款)業(yè)務流程。PTC訂單端到端配置管理方案，通過數(shù)字主線，集成相關業(yè)務系統(tǒng)，打通風機從需求到產(chǎn)前的全過程數(shù)字鏈路，消除訂單配置過程中企業(yè)面臨信息孤島和組織壁壘，保證了銷售、設計、工藝、制造配置數(shù)據(jù)的一致性，有利于縮短產(chǎn)前技術準備周期并提高產(chǎn)品質量，實現(xiàn)業(yè)務模式創(chuàng)新。風機制造企業(yè)還可將業(yè)務從訂單配置、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造向打包運輸、現(xiàn)場吊裝和運營維護延伸，實現(xiàn)集成產(chǎn)品開發(fā)、商機到回款、集成供應鏈、財務四算和問題閉環(huán)等業(yè)務流程端到端全打通，通過跨系統(tǒng)業(yè)務編排、構建基于角色的端到端應用，提升業(yè)務運作效率，為構建數(shù)字化企業(yè)打下堅實的基礎。

最后是數(shù)字孿生驅動研發(fā)創(chuàng)新方案，對應企業(yè)數(shù)字化成熟度模型中的Level 4。通過數(shù)字主線，可打通全壽期產(chǎn)品數(shù)字鏈路，解決數(shù)據(jù)互聯(lián)互通問題，助力風機制造企業(yè)實現(xiàn)業(yè)務數(shù)字化;而通過數(shù)字孿生，則可提升產(chǎn)品數(shù)字化和智能化水平，實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新研發(fā)。PTC數(shù)字孿生解決方案，在貫穿產(chǎn)品全壽期價值鏈的端到端數(shù)字鏈路的基礎上，構建面向風機產(chǎn)品的數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)了數(shù)字風機和物理風機的融合。依托產(chǎn)品的數(shù)字孿生模型，基于數(shù)字孿生平臺，PTC為風機制造企業(yè)構建面向數(shù)字化研發(fā)的應用，覆蓋的業(yè)務場景包括數(shù)據(jù)驅動的產(chǎn)品優(yōu)化、數(shù)據(jù)驅動的可靠性設計、數(shù)據(jù)驅動的仿真、質量根因分析、互聯(lián)的試驗、變更端到端管理等，提高產(chǎn)品質量和研發(fā)效率，驅動研發(fā)創(chuàng)新。

整體來說：我們今天正處于百年大變局中，人類走向低碳社會以及能源互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)，帶來了風電行業(yè)的全面重塑與重構。而中國風電行業(yè)領導者們必須立刻行動起來，將數(shù)字主線、數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術納入到今天的數(shù)字化轉型中，從而在激烈的風電行業(yè)競爭中建立起新的領導力和競爭力，走上兼具經(jīng)濟效益和社會效益的高質量發(fā)展之路。