2026西门子数字化工业软件在人形机器人行业中的应用白皮书-西门子

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西门子数字化工业软件 西门子人工智能和数字孪生技术 点燃人形机器人产业 从实验室快速走向商业化落地 以全链路数字孪生压缩研制周期 以工程级数据协同提升质效水平 Restricted | © Siemens 2026 2 目录 从“类人”赋能到“超人”跃迁，工业软件重塑机器人产业底层基因 3 产业跃迁：AI + 数字孪生重构人形机器人研发链路，破解规模化落地困局 4 西门子解决之道：AI+数字孪生赋能研制全流程 5 数字主线领航・人形机器人研制转型旗舰引擎 6 四维协同・AI 赋能 —— 西门子人形机器人数字化研发体系 10 场景锚定・数智领航：人形机器人研制迭代突破实践 11 结束语 13 Restricted | © Siemens 2026 3 从“类人”赋能到“超人”跃迁， 工业软件重塑机器人产业底层基因 2025 年，人形机器人行业正式迈入 “量产攻坚” 的关键阶段，全球头部企业密集推进千台级量 产计划，国内政策持续加码，市场需求从工业 场景向 C 端服务场景快速延伸。然而，行业仍 面临多学科协同壁垒、核心部件加工精度不 足、虚实场景脱节、供应链协同低效等多重挑 战，制约了产业化进程与规模扩张。 作为全球工业数字化领域的领导者，西门子工 业软件以 AI 与数字孪生技术为核心引擎，依托 超过 200 亿欧元并购整合形成的数字化企业套 件，及在 PLM（产品生命周期管理）、精密制 造等领域的数十年技术沉淀，将汽车、航空航 天等高端制造业的成熟数字化经验迁移至人形 机器人行业。通过创新性推出的数字主线，深 度融合 AI 的智能决策与数字孪生的全流程仿真 能力，构建 “研发 - 生产 - 供应链 - 服务” 全链 路数字化解决方案，以技术双驱破解产业化困 局，加速人形机器人从实验室原型走向规模化 落地。 Restricted | © Siemens 2026 4 产业跃迁：AI + 数字孪生重构人形机器人 研发链路，破解规模化落地困局 直面研发痛点：解码人形机器人五大核心 挑战与突破路径 人形机器人行业的研发面临智能控制与认知决 策、能源管理与续航能力、运动控制与稳定性、 硬件开发与测试瓶颈、数据获取与训练效率五 大核心挑战。 智能控制与认知决策：听懂指令却做错动作， 突发情况反应慢，存在安全隐患。 能源管理与续航能力：能耗高、续航短，频繁 充电，无法满足长时间连续工作需求。 运动控制与稳定性：复杂地面易摔倒，高频动 作易故障，难以适配真实非结构化场景。 硬件开发与测试瓶颈：核心部件依赖进口，定 制化多、良率低，规模化生产难。 数据获取与训练效率：真实场景数据采集贵， 仿真数据复用率低，训练成本高。 Restricted | © Siemens 2026 5 西门子解决之道： AI+数字孪生赋能研制全流程 西门子凭借 AI 与数字孪生技术的深度融合，为 人形机器人研制打造了端到端的数字化赋能体 系，贯穿从设计、训练、测试到量产的全流程， 精准破解行业核心痛点。 在研发设计阶段，基于 Process Simulate 与 MCD 机电一体化设计工具，构建高保真数字孪 生模型，可直接导入 NX 数据复刻机器人整机 与产线环境。通过 AI 驱动的运动学仿真，快速 优化关节联动逻辑与机身结构，结合人体工程 学分析工具，提前规避动作卡顿、重心失衡等 问题，让设计方案在虚拟环境中完成 90% 以上 的验证。 数据训练环节，依托 Sim2Real 数据闭环能力， 在虚拟场景中自动生成千亿级带标注动作数据 集，效率较真实采集提升千倍。AI 算法持续优 化仿真与真实环境的映射精度，通过少量真实 数据校准，即可实现技能高效迁移，大幅降低 训练成本与周期，破解数据稀缺难题。 测试验证阶段，虚拟调试技术发挥关键作用， 无需物理样机即可完成 PLC 程序与控制系统的 全流程调试，将实际调试时间缩短 80%。AI 驱 动的预测性维护模型，可提前预判核心部件故 障风险，同时在虚拟空间复现极端工况与边缘 案例，保障机器人稳定性与安全性。 量产落地阶段，借鉴安贝格工厂的数字化实践 及工易魔方 3D AI 试验场，通过数字孪生打通 研发、生产、运维数据链路。AI 动态优化生产 节拍与能源配置，提升核心部件良率，同时支 持产线柔性调整，适配不同型号机器人的规模 化制造需求。 从虚拟设计到真实落地，西门子以 “数据驱动 + 虚实融合” 的技术路径，实现人形机器人研制周 期缩短、成本降低、可靠性提升的多重价值， 为行业规模化发展筑牢数字化根基。 Restricted | © Siemens 2026 6 数字主线领航・人形机器人研制转型旗舰引擎 围绕人形机器人关节自由度、步态稳定性、电机驱动等核心痛点，西门子创新性推出四条 AI 赋能数字 主线，深度落地 “数据驱动、全链协同” 研发理念： 端到端数据管理中心数字主线----打通数据各个管理环节实现数据管理对齐：基于 Teamcenter 以 “单 一数据源贯通 + 全流程智能协同” 为核心，深度整合需求、设计、仿真、工艺、试验调试及售后维护 维修全生命周期环节，依托西门子工业软件的 MBSE（基于模型的系统工程）架构与数字孪生技术底 座，实现数据从源头到终端的无缝流转与全局对齐。 机、电、软协同研发数字主线 ——AI 驱动多工具链数据精准对齐：依托 AI 智能关联算法打破机械结 构、电气控制、软件算法间的传统数据孤岛，通过构建统一数据语义模型，自动关联关节动力学仿真 模型、电机驱动参数、传感器配置数据与运动控制程序代码，实现跨学科数据的实时同步与一致性校 验。该数字主线贯穿步态规划设计、多物理场耦合仿真、原型样机验证全流程，打通 “需求定义 - 模型 搭建 - 仿真分析 - 试验迭代” 一体化协同链路，借助 AI 实时监测跨域数据交互逻辑，提前识别机械结 构与控制算法适配冲突、电气参数与软件程序兼容问题等潜在风险，从源头规避研发后期数据冲突与 返工成本，大幅提升多学科研发协同效率与产品设计可靠性，为高端人形机器人快速迭代提供核心技 术支撑。 Restricted | © Siemens 2026 7 性能数字主线 ——AI 赋能虚拟仿真与真实能力闭环对齐：聚焦人形机器人关节刚度、续航时长、负 载适配性等核心性能指标，依托 AI 算法构建全生命周期动态管控模型。通过实时融合虚拟仿真数据 与实物测试结果，智能迭代仿真参数、校准动力学模型，动态优化步态稳定性、运动控制精度及极端 场景适应性，使仿真更准，更真实。同时，基于 AI 持续挖掘性能瓶颈与仿真参数优化空间，形成 “仿 真预测 - 实物验证 - 迭代升级” 的闭环链路，确保产品在工业作业、消费服务等多元场景下稳定达成性 能要求，加速核心性能达标与产品成熟落地。 试验测试闭环数字主线 —— 以 AI 驱动设计、仿真、试验全流程精准对齐：依托 AI 算法智能推演复杂 应用场景，自动生成极端工况（如极限负载运行、复杂地形作业、高低温环境适配等）下的高覆盖度 测试场景，及传统测试难以触及的边缘案例，构建 “虚拟仿真测试 - 物理样机验证 - 数据双向流通” 的 虚实融合测试体系。该数字主线深度贯通 “设计需求 - 仿真预测 - 试验验证 - 迭代优化” 全链路闭环协 同，大幅降低物理样机试制与反复试错的时间成本及资源投入，显著提升试验测试效率与数据可信 度，加速人形机器人核心技术（尤其是运动控制算法）的成熟与产业化落地进程。 Restricted | © Siemens 2026 8 智能制造数字主线 —— 打通设计、工艺、制造全数据链路：依托工易魔方 3D 试验场数字孪生底座， 深度耦合人形机器人设计 BOM 与工艺规划数据，智能生成柔性化装配线布局方案，在虚拟空间中完 成装配流程仿真、节拍优化与干涉校验，实现无感验证与提前纠偏；通过 AI 算法驱动生产装配全流 程精准执行，实时监测关键工序装配精度、关节协同响应速度及零部件适配状态，融合视觉检测技术 与全流程数据追溯体系，构建 “检测 - 分析 - 反馈 - 优化” 的质量检验闭环，从源头保障量产阶段产品 性能一致性与交付稳定性，为高效规模化生产筑牢数据根基。 Restricted | © Siemens 2026 9 AI 驱动的运营管理数字主线 —— 驱动排产、执行、质量闭环生产：以西门子 Opcenter 为核心，深度 融合 AI 算法与制造执行全流程，构建智能闭环生产体系。依托实时生产数据与数字孪生模型，AI 精 准预测订单、产能及物料波动，自动生成最优排产方案并动态适配变更；执行环节通过 AI 驱动设备互 联与数据采集，智能调整生产任务、资源调度及工艺参数，联动仓储物流实现物料精准配送；借助 AI 视觉检测、参数预警及质量数据分析，实时识别风险、追溯根因并触发优化指令，形成全链路闭环， 大幅提升生产效率、交付准时率与合格率，为人形机器人规模化生产提供柔性智能的制造执行解决方 案。 Restricted | © Siemens 2026 10 四维协同・AI 赋能 —— 西门子人形机器人 数字化研发体系 西 门 子 依 托 Designcenter 、 Simcenter 、 Teamcenter、Opcenter 的深度互联，构建闭环 式数字化流程，无缝覆盖人形机器人全研发周 期与量产环节。 Designcenter 设计中心：AI 赋能人形机器人全 设计流程：智能生成步态规划场景方案与概念 验证，优化 EE 电机驱动、减速器电气设计及关 节自由度核心零部件参数化模块化组合；实时 匹配机电运动学参数、规避协同冲突，AI 拓扑 优化 3D 打印路径与轻量化结构，覆盖需求定 义至详细设计全阶段。 Simcenter 仿真中心：AI 重构仿真链路：驱动 1D 动力学系统与 3D 多物理场（力学 / 热学 / 电 磁学）耦合仿真，智能优化关节刚度、步态稳 定性等参数，自主迭代设计；深度分析样机试 验数据，建立性能预测模型，形成仿真 - 试验 闭环，缩短研发周期 40% 以上。 Opcenter 运行中心：AI 加持量产与运维：优化 小批及量化阶段工艺规划，通过数字孪生实现 产线柔性化调整，动态适配不同型号机器人生 产，提升量产良率；AI 驱动远程关节健康监测 与预测性维护，精准预判电机、减速器寿命， 降低停机风险。 Teamcenter 协同中心：AI 构建智能协同底座： 智能分类管理研发全流程数据、建立知识图谱， 预警机电软控多学科协同冲突；辅助软件开发 数据追溯与硬件适配风险识别，优化三维在线 协同流程，支撑跨领域高效协作。 本报告来源于三个皮匠报告站（www.sgpjbg.com）,由用户Id:87791下载,文档Id:1146877,下载日期:2026-03-03 Restricted | © Siemens 2026 11 场景锚定・数智领航：人形机器人研制迭代 突破实践 在人形机器人行业向规模化落地冲刺的关键阶 段，场景适配性、多学科协同效率、量产一致 性成为核心瓶颈。西门子依托全栈工业软件生 态与 AI 技术深度融合，以场景为锚点构建数字 主线，通过 NX、Capital、Simcenter 等核心工 具链的协同联动，打通从设计、仿真、协同到 制造的全流程，为行业研制迭代注入突破性动 力。 场景驱动的核心逻辑，在于让软件工具链精准 匹配人形机器人 “复杂结构设计、多系统协同、 柔性生产” 等核心场景需求。NX 三维结构设计 工具凭借参数化建模能力，适配人形机器人关 节模组、机身框架等核心部件的场景化设计， AI 算法辅助优化轻量化结构与材料选型，确保 工业搬运、消费服务等不同场景下的负载与续 航平衡。Capital 线缆线束设计工具则针对机器 人内部密集布线场景，通过 AI 自动生成最优布 线方案，规避运动干涉风险，保障关节灵活运 转。Polarion 作为软件全生命周期管理平台， 实现运动控制算法、智能决策程序的场景化迭 代管理，确保软件功能与真实应用场景精准对 齐。 在核心场景落地实践中，AI 与仿真工具的融合 成为效率突破的关键。Amesim 1D 系统设计与 仿真工具针对步态稳定性、能源管理等场景， 构建动力学模型，AI 驱动参数迭代优化，提前 预判不同地面工况下的运动风险。Simcenter 3D 三维仿真进一步耦合力学、电磁学等多物理 场，通过 AI 生成极端场景仿真案例，精准验证 关节刚度、电机驱动性能，将物理样机测试成 本 降 低 60% 。 工 厂 规 划 与 仿 真 场 景 中 ， Tecnomatix 搭建虚拟装配线，AI 优化减速器、 伺服电机等核心部件的装配流程，实现多型号 机器人的柔性生产规划；Opcenter 制造运营管 Restricted | © Siemens 2026 12 理系统则打通设计与生产数据，通过 AI 动态调 整生产节拍，保障量产阶段的装配精度与质量 一致性。 全周期协同与数据驱动，让研制迭代实现质的 飞跃。Teamcenter 企业级协同平台作为数字主 线核心载体，整合 NX 的结构数据、Capital 的 线束信息、Simcenter 的仿真结果，AI 算法自 动关联多学科数据，打破设计、仿真、制造的 数据孤岛，实现跨团队三维在线协同。通过 Mendix 制造数据展示与分析工具实时采集生产 过程数据，Insight Hub 通过 AI 算法深度挖掘数 据价值，生成设备运维预警、工艺优化建议， 形成 “设计 - 生产 - 反馈” 的闭环迭代。从消费端 的家庭服务场景到工业端的车间搬运场景，西 门子软件生态以场景为导向，通过 AI 赋能的数 字主线，将人形机器人研制周期缩短 40% 以上， 量产良率提升至 95% 以上。 西门子以场景为锚定方向，以数智技术为破局 利器，通过全栈工业软件的协同联动与 AI 深度 赋能，不仅系统性解决了人形机器人多学科协 同效率低、场景适配精准度不足、量产质量一 致性难把控等行业核心痛点，更构建了可复制、 可迭代、可扩展的数字化研制体系。这一体系 既适配当前工业、消费、医疗等主流应用场景 的研制需求，也为未来人形机器人向太空探索、 灾害救援等特殊场景延伸提供了柔性化技术支 撑。未来，随着数字主线与 AI 大模型、数字孪 生、工业物联网等技术的持续深化融合，西门 子将进一步推动人形机器人行业从 “技术可行” 向 “商业可行” 跨越，加速从定制化研发向规模 化量产转型，开启 “场景定义产品、数智驱动创 新、生态协同共赢” 的全新发展阶段，为全球人 形机器人产业的高质量发展注入持续动能。 Restricted | © Siemens 2026 13 结束语 在人形机器人行业从技术探索迈向规模化量产 的关键跨越期，西门子凭借 AI 与数字孪生双擎 驱动的核心优势，以及在工业数字化领域数十 年的深耕积淀，正以行业领导者的姿态重塑产 业发展格局。作为全球工业软件的领航者，西 门子将通过成熟数字化经验和 Xcelerator 解决 方案构建起覆盖 “研发 - 生产 - 供应链 - 服务” 全链路的数字化体系，以全栈技术能力破解行 业多学科协同壁垒、场景适配不足、量产效率 偏低等核心痛点，为产业高质量发展筑牢数字 根基。 如今，西门子 Xcelerator 解决方案已成为国内 外人形机器人领军企业的共同选择：全球头部 科技企业借助其数字孪生技术，将机器人研制 周期缩短 40% 以上，实现千台级量产规划落 地；国内头部智能制造企业通过 AI 驱动的仿真 与协同平台，破解核心部件定制化生产良率难 题，量产良率提升至 95% 以上；国际知名机器 人厂商依托四维协同研发体系，实现运动控制 算法快速迭代，极端场景稳定性验证成本降低 60%；国内新兴人形机器人企业则借助西门子 供应链协同能力，打通跨领域数据链路，加速 从实验室原型到商业化产品的转化。 从虚拟设计的高保真仿真到量产阶段的柔性制 造，从 AI 驱动的高效训练到全生命周期的智能 运维，西门子以技术创新持续赋能行业提质增 效。未来，西门子将继续深化 AI 与数字孪生技 术的融合应用，以更开放的生态、更精准的解 决方案，陪伴全球人形机器人企业穿越量产攻 坚期，共同推动行业从 “类人” 赋能走向 “超人” 跃迁，让具身智能真正走进工业生产与日常生 活的每一个场景，书写数智驱动产业变革的全 新篇章。