工業(yè)元宇宙

工業(yè)元宇宙是結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)構(gòu)建的復(fù)雜先進(jìn)的新數(shù)字化工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，它具有高度沉浸式的交互體驗(yàn)，將市場(chǎng)需求和生產(chǎn)效率結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)資源的優(yōu)化配置，推動(dòng)工業(yè)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型1。2022年8月26日，由中國(guó)仿真學(xué)會(huì)主辦的首屆世界元宇宙大會(huì)在京舉行，中國(guó)工程院院士李伯虎在題為《工業(yè)元宇宙模式、技術(shù)與應(yīng)用初探》的主題演講中指出——“工業(yè)元宇宙可以加速形成虛實(shí)互動(dòng)的智能制造新模式，提升工業(yè)價(jià)值創(chuàng)造，重構(gòu)數(shù)字工業(yè)發(fā)展新生態(tài)，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)向未來(lái)高級(jí)形態(tài)發(fā)展2?！?/p>

工業(yè)元宇宙具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，涵蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)維管理、技能培訓(xùn)、產(chǎn)品測(cè)試等多個(gè)方面。例如，在研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)可以建立物理對(duì)象的虛擬映射，模擬零部件的運(yùn)動(dòng)方式；在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，3D引擎技術(shù)可以優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等。通過(guò)將現(xiàn)實(shí)工業(yè)環(huán)境中的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷銷售、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)和場(chǎng)景在虛擬空間實(shí)現(xiàn)全面部署，工業(yè)元宇宙打通了虛擬空間和現(xiàn)實(shí)空間，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)的改進(jìn)和優(yōu)化，形成全新的制造和服務(wù)體系，達(dá)到降低成本、提高生產(chǎn)效率、高效協(xié)同的效果，促進(jìn)工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展3。

內(nèi)涵定義

中國(guó)工程院院士李伯虎在世界元宇宙大會(huì)上給出的基本內(nèi)涵定義為：工業(yè)元宇宙是指在新發(fā)展理念指引下，在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，借助新時(shí)代各類新技術(shù)群跨界融合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域中“人、虛擬空間與現(xiàn)實(shí)空間”虛實(shí)映射/交互/融合、以虛促實(shí)、以虛強(qiáng)實(shí)的工業(yè)全要素鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈和全價(jià)值鏈三鏈智慧、協(xié)同、開(kāi)放、服務(wù)、互聯(lián)的復(fù)雜數(shù)字工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。這一定義指出，工業(yè)元宇宙涉及到新一代人工智能技術(shù)、新技術(shù)群的跨界融合，以及工業(yè)領(lǐng)域中人、虛擬空間與現(xiàn)實(shí)空間的虛實(shí)映射、交互和融合。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，工業(yè)元宇宙就是利用數(shù)字技術(shù)，將工業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)字化、智能化，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的深度融合，以提高效率和創(chuàng)新能力。

此外，業(yè)內(nèi)另一種定義認(rèn)為：工業(yè)元宇宙是以XR、數(shù)字孿生為代表的新型信息通信技術(shù)與實(shí)體工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的新型工業(yè)生態(tài)。通過(guò)XR、AI、loT、云計(jì)算、數(shù)字孿生等技術(shù)，打通人、機(jī)、物、系統(tǒng)等領(lǐng)域的無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)與現(xiàn)實(shí)工業(yè)結(jié)合，促進(jìn)實(shí)體工業(yè)高效發(fā)展。

工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心于 2023年12月發(fā)布了《2023工業(yè)元宇宙白皮書(shū)》1，對(duì)工業(yè)元宇宙的三層內(nèi)涵作出如下闡釋：

（1）是虛實(shí)共生、綜合集成的新型工業(yè)數(shù)字空間，是工業(yè)現(xiàn)實(shí)物理空間與其虛擬平行空間的合集，通過(guò)對(duì)工業(yè)實(shí)體及生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化映射、模擬，構(gòu)建而成的新型數(shù)字化應(yīng)用環(huán)境。

案例：柯尼卡美能達(dá)利用AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)售后遠(yuǎn)程化

日本印刷品牌柯尼卡美能達(dá)面對(duì)龐大的用戶群體，特別是需要24小時(shí)不斷打印輸出的客戶企業(yè)，通過(guò)引入AR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)售后遠(yuǎn)程化，提升售后服務(wù)的響應(yīng)速度和服務(wù)質(zhì)量。

（2）是虛實(shí)協(xié)同、全沉浸式的新型工業(yè)智慧互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中新型數(shù)字化工業(yè)系統(tǒng)，人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器實(shí)體與數(shù)字虛擬體的全面智慧互聯(lián)和互操作，使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)體空間向虛體空間延伸、時(shí)空一致向預(yù)測(cè)性時(shí)間延伸和價(jià)值延伸。

案例：上汽通用基于AI深度學(xué)習(xí)、AR等技術(shù)打造《雪佛蘭AR車輛手冊(cè)》

上汽通用利用AI深度學(xué)習(xí)、AR等技術(shù)，打造了《雪佛蘭AR車輛手冊(cè)》，用戶通過(guò)手機(jī)掃描車內(nèi)圖標(biāo)，即可顯示對(duì)應(yīng)功能、功能描述、動(dòng)畫演示、視頻介紹等，實(shí)現(xiàn)AR實(shí)時(shí)交互，有效減少用戶使用負(fù)擔(dān)。

（3）是數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展的新型工業(yè)經(jīng)濟(jì)載體，對(duì)工業(yè)過(guò)程和場(chǎng)景的虛擬空間全面部署，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)映射、虛實(shí)交互、虛實(shí)融合、以虛強(qiáng)實(shí)、以虛促實(shí)，促進(jìn)數(shù)/實(shí)融合的工業(yè)高質(zhì)量新發(fā)展。

案例：北美紙制品生產(chǎn)企業(yè)Kruger引入AR技術(shù)，為員工在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供“在職指導(dǎo)”

Kruger工廠的員工在AR技術(shù)的幫助下進(jìn)行設(shè)備操作，系統(tǒng)集成了Power App和Dynamics 365 Supply Chain Management，現(xiàn)場(chǎng)員工佩戴AR眼鏡即可快速訪問(wèn)工作清單與步驟說(shuō)明等數(shù)字信息，提升質(zhì)量控制與交付能力。

體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

行業(yè)對(duì)工業(yè)元宇宙的技術(shù)架構(gòu)給出了多種定義，如《2023工業(yè)元宇宙白皮書(shū)》1提到的“六個(gè)層次”模型和《2022年元宇宙系列白皮書(shū)：中國(guó)工業(yè)元宇宙發(fā)展洞見(jiàn)》6提出的“五大板塊”模型等，這些層次共同構(gòu)成了一個(gè)完整的工業(yè)元宇宙平臺(tái)，能夠支持包括工業(yè)制造、城市規(guī)劃與管理、建筑工程與施工、交通能源等多個(gè)行業(yè)的應(yīng)用。參照前者給出的工業(yè)元宇宙體系架構(gòu)，自上而下主要包括六個(gè)層次，依次為：基礎(chǔ)層、感知層、通信層、邊緣層、云端層和應(yīng)用層，如下圖所示。

![]( "圖2 工業(yè)元宇宙的體系架構(gòu)")

（1）基礎(chǔ)層：包含六要素——人員、設(shè)備、組織/管理、數(shù)據(jù)/知識(shí)、材料、資金，為工業(yè)元宇宙中虛擬資源的封裝與池化提供最底層的實(shí)體支撐。

（2）感知層：對(duì)基礎(chǔ)層的工業(yè)六要素進(jìn)行感知與接入。

（3）通信層：依托物聯(lián)網(wǎng)、天地一體網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)，將六要素的各類信息進(jìn)行高效化傳輸，融合處理成為工業(yè)元宇宙中的虛擬化對(duì)象。

（4）邊緣層：對(duì)虛擬后的六要素信息進(jìn)行處理，為工業(yè)元宇宙中工業(yè)數(shù)據(jù)的智能化處理與實(shí)時(shí)傳輸提供各類邊緣側(cè)服務(wù)。

（5）云端層：負(fù)責(zé)集中管理、智能分析、資源優(yōu)化，是工業(yè)元宇宙的智慧大腦。

（6）應(yīng)用層：面向整個(gè)工業(yè)元宇宙中的用戶實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)生命周期的創(chuàng)新型應(yīng)用。

技術(shù)架構(gòu)中涉及到的主要關(guān)鍵技術(shù)7，包括數(shù)字孿生、3D 引擎及空間計(jì)算、AI、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等：

（1）數(shù)字孿生技術(shù)：跨企業(yè)、跨行業(yè)的數(shù)字孿生技術(shù)、架構(gòu)和模型等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)成熟且落地，從產(chǎn)品到設(shè)備、產(chǎn)線、工廠實(shí)現(xiàn)全要素?cái)?shù)字孿生，且與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。

案例：

空中客車公司利用數(shù)字孿生技術(shù)提高自動(dòng)化程度并減少交貨時(shí)間。特別是在碳纖維增強(qiáng)基復(fù)合材料（carbon fibre-reinforced polymer, CFRP）機(jī)身結(jié)構(gòu)的組裝過(guò)程中，由于CFRP組件的特性，要求在組裝過(guò)程中剩余應(yīng)力不得超過(guò)特定值。為了達(dá)到減小剩余應(yīng)力的目的，空客開(kāi)發(fā)了應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)的大型配件裝配系統(tǒng)，對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制以減少剩余應(yīng)力。該系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型具有實(shí)時(shí)同步的特點(diǎn)，能夠全面、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)反映物理對(duì)象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等，與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全要素?cái)?shù)字孿生。

（2）3D引擎和虛擬化技術(shù)：作為工業(yè)元宇宙的典型技術(shù)，VR/AR/MR和全息投影技術(shù)在工業(yè)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)規(guī)模化落地以及物理世界和孿生世界的雙開(kāi)發(fā)方面，實(shí)現(xiàn)多種主體的互動(dòng)與協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性、正確性的生產(chǎn)，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足客戶的完美性要求。

案例：

沃爾沃與Varjo Technologies合作，使用Unity引擎創(chuàng)建了整個(gè)汽車工廠園區(qū)的數(shù)字孿生。工程師和設(shè)計(jì)師可以通過(guò)交互式3D模型在VR中準(zhǔn)確地展示他們的設(shè)想，模擬車機(jī)的設(shè)計(jì)流程和車外環(huán)境。這種技術(shù)的應(yīng)用使得沃爾沃能夠直接導(dǎo)入汽車模型，連通VR眼鏡進(jìn)行創(chuàng)建、測(cè)試和修改，從而帶來(lái)了更好的協(xié)作方式、更快的設(shè)計(jì)迭代和開(kāi)發(fā)速度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性、正確性的生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，并滿足客戶的完美性要求。

（3）AI 技術(shù)：進(jìn)入元宇宙時(shí)代，工業(yè)產(chǎn)品越來(lái)越傾向客戶定制化、個(gè)性化，在設(shè)計(jì)理念出現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)，而在實(shí)際生產(chǎn)中，有大量的人工智能技術(shù)應(yīng)用，催生了人工智能和數(shù)字孿生、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的智能制造。除了面向生產(chǎn)制造過(guò)程本身，AI還應(yīng)用于人工工作，比如智能數(shù)字員工進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，解決高精技術(shù)人員短缺問(wèn)題。

案例：

海爾卡奧斯構(gòu)建的卡奧斯COSMOPlat工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)深度融合了AI技術(shù)，包括視覺(jué)監(jiān)控檢測(cè)、質(zhì)量缺陷檢測(cè)、智能安防、智能物流等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)與研發(fā)、機(jī)理仿真及數(shù)字孿生。通過(guò)深度融合AI技術(shù)，海爾卡奧斯能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的群體智能決策，提升研發(fā)生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)效率，提升產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（4）區(qū)塊鏈：在工業(yè)元宇宙有多種應(yīng)用，包括適配工業(yè)分布式協(xié)作場(chǎng)景、通過(guò)工業(yè)產(chǎn)品NFT與產(chǎn)品同步發(fā)售促進(jìn)生產(chǎn)需求、對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行溯源等。（區(qū)塊鏈在元宇宙中還支撐身份識(shí)別、貨幣、智能合約等模式，這些更偏向于消費(fèi)元宇宙和治理元宇宙應(yīng)用。）

案例16：

瓣鼎科技旗下的潮流元宇宙平臺(tái)HOTDOG，基于區(qū)塊鏈技術(shù)，以獨(dú)特的平臺(tái)模式，巧妙地將潮流品牌、文娛產(chǎn)業(yè)、助農(nóng)項(xiàng)目、慈善公益等多個(gè)領(lǐng)域融合在一起。HOTDOG不但通過(guò)線上虛擬文化消費(fèi)品為線下實(shí)體經(jīng)濟(jì)賦能，還促進(jìn)了數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合，開(kāi)啟了潮流消費(fèi)的嶄新篇章。

（5）空間計(jì)算：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)與行業(yè)Know-how相結(jié)合實(shí)現(xiàn)深度融合，物聯(lián)網(wǎng)感知層數(shù)據(jù)借助3D建模軟件等轉(zhuǎn)化力海量實(shí)時(shí)的3D可視化內(nèi)容。

案例17：

洛克希德·馬丁公司在其Orion宇宙飛船的制造過(guò)程中，利用空間計(jì)算技術(shù)，特別是AR技術(shù)，來(lái)提高制造效率和降低成本。通過(guò)提供虛擬工作指南和遠(yuǎn)程協(xié)助，洛克希德·馬丁能夠捕捉操作知識(shí)，并在制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)成本的大幅降低。這種技術(shù)的應(yīng)用展示了空間計(jì)算在提高制造效率和降低成本方面的巨大潛力。

（6）邊緣計(jì)算：工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中大量的計(jì)算發(fā)生在一線，對(duì)實(shí)時(shí)性和信號(hào)的傳送帶寬都帶來(lái)很高要求。邊緣計(jì)算用于解決這個(gè)問(wèn)題，將算力部署在臨近一線的環(huán)節(jié)，減輕中央計(jì)算的壓力，提高決策的實(shí)時(shí)性。

案例：

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所曾鵬團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目中，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算進(jìn)行了深入研究和實(shí)踐。該項(xiàng)目聚焦于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制和服務(wù)化轉(zhuǎn)型等創(chuàng)新應(yīng)用，通過(guò)邊緣計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)就近提供邊緣智能服務(wù)，以滿足行業(yè)數(shù)字化的關(guān)鍵需求。通過(guò)邊緣計(jì)算，可以在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭進(jìn)行快速處理，降低了對(duì)帶寬的需求，同時(shí)增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護(hù)。

（7）物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)是將工業(yè)產(chǎn)品、機(jī)器、生產(chǎn)線等物理世界與智能管理系統(tǒng)相連接，使得物理世界的表征能夠反映在數(shù)字世界中，因而被操作人所獲悉。

案例8：

西門子在其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案中，通過(guò)使用MindSphere平臺(tái)，將物理世界和數(shù)字化世界連接起來(lái)。制造商可以利用MindSphere這樣的開(kāi)放式工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)即服務(wù)解決方案來(lái)削減成本、改進(jìn)性能、提高生產(chǎn)率。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，西門子能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得物理世界的表征能夠反映在數(shù)字世界中，為操作人員提供了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和信息，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的決策和控制。

應(yīng)用場(chǎng)景

按照應(yīng)用場(chǎng)景，工業(yè)元宇宙可以劃分為以下四個(gè)類別9：

（1）智能制造元宇宙

智能制造元宇宙是一個(gè)通過(guò)元宇宙技術(shù)，將智能制造領(lǐng)域的從業(yè)人員融入到虛擬仿真建設(shè)中的環(huán)境。在智能制造元宇宙中，從業(yè)人員可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、區(qū)塊鏈、人工智能（AI）等技術(shù)的融合，體驗(yàn)到智能制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢測(cè)等。此外，智能制造元宇宙還可以通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界中的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)流程等復(fù)制到虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)模擬操作和優(yōu)化。

（2）智慧建筑元宇宙

智慧建筑元宇宙是一個(gè)虛擬的建筑世界，由數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建而成，可以模擬現(xiàn)實(shí)世界的建筑和城市環(huán)境。在這個(gè)世界中，用戶可以自由地創(chuàng)建和編輯建筑、道路、公園、景觀等元素，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃、綠色能源管理等多種功能。工業(yè)元宇宙賦能建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效、協(xié)作、低碳、安全的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化。

（3）智慧汽車元宇宙

智慧汽車元宇宙是一個(gè)虛擬的汽車世界，由數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建而成，可以模擬現(xiàn)實(shí)世界的汽車和交通環(huán)境。工業(yè)元宇宙應(yīng)用于汽車的功能設(shè)計(jì)與研發(fā)、仿真測(cè)試、自動(dòng)駕駛、故障診斷與設(shè)備維護(hù)等細(xì)分場(chǎng)景，助力城市交通智慧水平顯著提高，大幅提升市民出行體驗(yàn)。

（4）智慧能源元宇宙

智慧能源元宇宙是一個(gè)虛擬的能源管理平臺(tái)，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界的能源系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化建模，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的可視化、智能化和自動(dòng)化管理。工業(yè)元宇宙在能源領(lǐng)域的應(yīng)用覆蓋能源生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、管理和消費(fèi)等場(chǎng)景，賦能能源系統(tǒng)全要素?cái)?shù)字化、實(shí)時(shí)化、智能化和可視化。

《2023工業(yè)元宇宙白皮書(shū)》1給出了工業(yè)元宇宙在工業(yè)流程各環(huán)節(jié)的應(yīng)用情況：

（1）在研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

應(yīng)用場(chǎng)景：元宇宙數(shù)字資產(chǎn)模型構(gòu)建、實(shí)時(shí) 3D 動(dòng)態(tài)渲染、多模態(tài)仿真、虛擬產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)、眾包式 UGC 產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集&集成和融合分析、AIGC 驅(qū)動(dòng)的模型生成。

特點(diǎn)：沉浸式體驗(yàn)、跨時(shí)空協(xié)作、支持眾包式、仿真驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

（2）在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

應(yīng)用場(chǎng)景：收集全生產(chǎn)要素的數(shù)字資產(chǎn)后，同步構(gòu)建生產(chǎn)場(chǎng)景的數(shù)字孿生場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全流程的數(shù)字化監(jiān)控、仿真和持續(xù)優(yōu)化。

特點(diǎn)：沉浸式體驗(yàn)、實(shí)時(shí)交互、高度逼真、跨平臺(tái)支持、優(yōu)化生產(chǎn)流程

（3）在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的應(yīng)用

應(yīng)用場(chǎng)景：運(yùn)營(yíng)管理、訂單管理、計(jì)劃排產(chǎn)、采購(gòu)管理、倉(cāng)儲(chǔ)物流

特點(diǎn)：實(shí)時(shí)可視化的全過(guò)程可視化、精準(zhǔn)控制、智能優(yōu)化、跨設(shè)備通信、數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)

（4）在銷售&服務(wù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

應(yīng)用場(chǎng)景：虛擬推廣營(yíng)銷、虛擬展會(huì)、數(shù)字人營(yíng)銷、MR 用戶虛擬體驗(yàn)、UGC 個(gè)性化定制、企業(yè)元宇宙門戶、AR/VR 虛擬培訓(xùn)、AI 故障診斷與識(shí)別、遠(yuǎn)程專家和智能指導(dǎo)、智能客戶服務(wù)中心

特點(diǎn)：增強(qiáng)產(chǎn)品展示的維度、優(yōu)化銷售流程、提高銷售效率、增強(qiáng)客戶體驗(yàn)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與創(chuàng)新

重點(diǎn)案例

該部分是一些重點(diǎn)案例的介紹。

倉(cāng)儲(chǔ)物流協(xié)作設(shè)計(jì)

應(yīng)用領(lǐng)域：研發(fā)設(shè)計(jì)

現(xiàn)存問(wèn)題：

倉(cāng)儲(chǔ)物流作為生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)最重要的支撐系統(tǒng)，在現(xiàn)代復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)中其設(shè)計(jì)面臨方案可行性分析難度大、運(yùn)行策略分析和優(yōu)化困難、多方協(xié)作效率低下無(wú)法進(jìn)行定量驗(yàn)證等挑戰(zhàn)。

解決方案：

西門子研發(fā)了工業(yè)元宇宙?zhèn)}儲(chǔ)物流協(xié)作設(shè)計(jì)平臺(tái)，具體可以提供生產(chǎn)物流數(shù)字孿生工具集、物流設(shè)備資源規(guī)劃工具集、虛擬調(diào)試和遠(yuǎn)程診斷工具集用于高效解決實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)物流協(xié)作設(shè)計(jì)問(wèn)題。

應(yīng)用成效：

• 基于平臺(tái)協(xié)同完成產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)到建模等工作，實(shí)現(xiàn)及時(shí)共享的開(kāi)發(fā)，提高倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量；
• 建立集成商、工廠、供應(yīng)鏈提供商等多方溝通場(chǎng)景，取得更佳溝通效果；
• 實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)能配置、設(shè)備結(jié)構(gòu)、人員動(dòng)線等方面提前驗(yàn)證，極大降低系統(tǒng)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

高爐冶煉設(shè)備可視化運(yùn)行監(jiān)控與故障診斷

應(yīng)用領(lǐng)域：生產(chǎn)制造

現(xiàn)存問(wèn)題：

由于鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域的高爐治煉具有高溫、高壓、密閉、連續(xù)生產(chǎn)的特征，導(dǎo)致同步監(jiān)測(cè)困難、內(nèi)部信息缺乏、生產(chǎn)控制不精確等問(wèn)題，造成了能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

解決方案：

北京相數(shù)科技基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建了寧鋼高爐爐體系統(tǒng)三維可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高爐治煉的生產(chǎn)過(guò)程全面監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)、安全生產(chǎn)管理、設(shè)備模擬診斷等應(yīng)用。

應(yīng)用成效：

• 高爐治煉場(chǎng)景1:1還原，全面復(fù)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)透明化管理，生產(chǎn)效率提升30%，整體碳排量下降25%；

• 基于數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)問(wèn)題感知、事件態(tài)勢(shì)回溯，提高生產(chǎn)安全管理水平，安全風(fēng)險(xiǎn)事件減少約20%，人力成本預(yù)計(jì)節(jié)約35%。

礦井安全生產(chǎn)管理

應(yīng)用領(lǐng)域：運(yùn)維管理

現(xiàn)存問(wèn)題：

檸條塔礦屬于水文地質(zhì)和通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜型礦井，井下環(huán)境條件惡劣，人工作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高，運(yùn)營(yíng)方對(duì)安全生產(chǎn)態(tài)勢(shì)的綜合感應(yīng)能力不足，在突發(fā)事件下無(wú)法精準(zhǔn)決策。

解決方案：

優(yōu)锘通過(guò)建設(shè)數(shù)字孿生統(tǒng)一管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的全場(chǎng)景可視化智能管理，具備綜合態(tài)勢(shì)感知、智能巡檢、應(yīng)急指揮等功能。

應(yīng)用成效：

• 提升安全生產(chǎn)管理水平：及時(shí)發(fā)現(xiàn)、預(yù)測(cè)異常，井下高等級(jí)安全事件環(huán)比減少8%；

• 提升運(yùn)維管理效率：設(shè)備運(yùn)維效率提升17%，運(yùn)維檢修人員減少10名，每年節(jié)省成本約180萬(wàn)元；

• 生產(chǎn)流程無(wú)人化：優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程人員崗位配置，減少勞務(wù)成本約120萬(wàn)元/年。

沉浸式多功能全息虛擬實(shí)訓(xùn)

應(yīng)用領(lǐng)域：技能培訓(xùn)

現(xiàn)存問(wèn)題：

傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作存在一定限制，特別是在涉及高危極端環(huán)境，不可逆操作以及高成本高消費(fèi)情況時(shí)。具體問(wèn)題有課程內(nèi)容枯燥難懂、理論與實(shí)踐難結(jié)合、模擬實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)缺失和實(shí)訓(xùn)課程更新緩慢等。

解決方案：

谷東科技基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)硬件、系統(tǒng)、內(nèi)容、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)建了面向?qū)嵱?xùn)與動(dòng)手操作的多功能全息虛擬實(shí)訓(xùn)教室。

應(yīng)用成效：

• 通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)動(dòng)手能力，協(xié)助教師了解實(shí)訓(xùn)效果；

• 應(yīng)用三維仿真技術(shù)解決建筑與安全專業(yè)無(wú)實(shí)訓(xùn)環(huán)境教育難題；

• 通過(guò)AR/VR教學(xué)平臺(tái)提供專業(yè)全套課程方案，增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

數(shù)字樣船虛擬仿真

應(yīng)用領(lǐng)域：產(chǎn)品測(cè)試

現(xiàn)存問(wèn)題：

由于現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)具有研制環(huán)節(jié)多、涉及專業(yè)復(fù)雜、參與人員眾多、配套要求高的特征，導(dǎo)致測(cè)試的研發(fā)測(cè)試費(fèi)用昂貴、周期長(zhǎng)等問(wèn)題。

解決方案：

朗迪鋒基于仿真引擎技術(shù)構(gòu)建了數(shù)字樣船虛擬仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船舶研發(fā)測(cè)試的虛擬漫游評(píng)審、人機(jī)工效分析、外流場(chǎng)計(jì)算等應(yīng)用。

應(yīng)用成效：

• 通過(guò)建立與物理模型在幾何外觀、物理特征以及行為特性上基本一致的高還原度模型，提高了測(cè)試準(zhǔn)確度；

• 通過(guò)建立虛擬測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試環(huán)境靈活配置，縮短了測(cè)試周期，減少測(cè)試成本；

• 實(shí)現(xiàn)虛擬人機(jī)工程合理性評(píng)估與優(yōu)化，縮減產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提升產(chǎn)品人機(jī)交互體驗(yàn)。

未來(lái)趨勢(shì)與展望

技術(shù)進(jìn)步與應(yīng)用拓展

隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，工業(yè)元宇宙將變得更加智能化。這些技術(shù)的進(jìn)步將推動(dòng)數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用，優(yōu)化生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高生產(chǎn)效率和決策的準(zhǔn)確性。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等沉浸式技術(shù)也將得到更廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步提升工業(yè)元宇宙的體驗(yàn)和應(yīng)用效果。

行業(yè)滲透與市場(chǎng)增長(zhǎng)

工業(yè)元宇宙的應(yīng)用正在從高端裝備制造、航空航天、汽車制造等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)行業(yè)向更多制造業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展。輕便型MR產(chǎn)品在消費(fèi)端市場(chǎng)占據(jù)重要地位，而沉浸式MR體驗(yàn)則在工業(yè)、教育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，工業(yè)元宇宙與城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的緊密結(jié)合，加速了城市政府及社會(huì)主體的數(shù)字化步伐12。據(jù)全球咨詢公司高德納（Gartner）預(yù)測(cè)，到2027年，47%的企業(yè)會(huì)主動(dòng)進(jìn)入工業(yè)元宇宙行列，采用大連接、大算力和數(shù)字孿生等技術(shù)，預(yù)計(jì)從2021年到2030年，工業(yè)元宇宙收入預(yù)計(jì)將有10倍增長(zhǎng)。

挑戰(zhàn)與未來(lái)趨勢(shì)

盡管工業(yè)元宇宙的發(fā)展前景廣闊，但其發(fā)展仍面臨技術(shù)瓶頸、高成本應(yīng)用、法規(guī)法律及標(biāo)準(zhǔn)體系不完善以及數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)等挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和政策引導(dǎo)來(lái)逐步解決。工業(yè)元宇宙的發(fā)展將呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)，一方面賦能制造業(yè)，探索虛實(shí)互促的創(chuàng)新變革；另一方面推動(dòng)跨行業(yè)、全場(chǎng)景的應(yīng)用，改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和組織形式12。部分城市的產(chǎn)業(yè)園區(qū)和企業(yè)已開(kāi)始探索基于元宇宙的產(chǎn)線運(yùn)維、產(chǎn)品監(jiān)測(cè)新模式，打造工業(yè)元宇宙的營(yíng)銷平臺(tái)和虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)12。未來(lái)，工業(yè)元宇宙將朝著更加智能化、多元化和個(gè)性化的方向發(fā)展，成為推動(dòng)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要工具。