工業(yè)元宇宙：展現(xiàn)智能制造的未來(lái)形態(tài)

信文｜徐迎雪 張凌燕

元宇宙相關(guān)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將賦能工業(yè)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)場(chǎng)景，能夠有效促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域智能化升級(jí)，其應(yīng)用價(jià)值將遠(yuǎn)大于消費(fèi)領(lǐng)域

2022年2月4日，全面布局“元宇宙”的Meta公司在披露財(cái)報(bào)信息當(dāng)日股價(jià)暴跌26%，創(chuàng)下美股市場(chǎng)歷史最大市值跌幅，市值跌超2370億美元；2月16日，“元宇宙第一股”Roblox發(fā)布財(cái)報(bào)，次日盤(pán)后股價(jià)下跌15%，市值縮水約500億美元。在過(guò)去一年里，資本市場(chǎng)對(duì)于元宇宙概念由熱捧走向冷靜，投資者也意識(shí)到了元宇宙概念與現(xiàn)實(shí)存在著較大差距。賽迪顧問(wèn)智能制造研究中心認(rèn)為，元宇宙從概念到應(yīng)用的轉(zhuǎn)換仍需要企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)不斷嘗試，推進(jìn)基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備不斷迭代和更新，挖掘更多的應(yīng)用場(chǎng)景。特別是，元宇宙相關(guān)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將賦能工業(yè)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)場(chǎng)景，能夠有效促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域智能化升級(jí)，其應(yīng)用價(jià)值將遠(yuǎn)大于消費(fèi)領(lǐng)域。

虛實(shí)協(xié)同，展現(xiàn)智能制造的未來(lái)形態(tài)

如何理解工業(yè)元宇宙？工業(yè)元宇宙即元宇宙相關(guān)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，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(xiāo)銷(xiāo)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，通過(guò)打通虛擬空間和現(xiàn)實(shí)空間實(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。

工業(yè)元宇宙“由虛向?qū)崱睂?shí)現(xiàn)“虛實(shí)協(xié)同”。工業(yè)元宇宙與“數(shù)字孿生”概念類(lèi)似，兩者區(qū)別在于，數(shù)字孿生是現(xiàn)實(shí)世界向虛擬世界的1︰1映射，通過(guò)在虛擬世界對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)設(shè)備的控制來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界的工業(yè)生產(chǎn)；工業(yè)元宇宙則比數(shù)字孿生更具廣闊的想象力，工業(yè)元宇宙所反映的虛擬世界不只有現(xiàn)實(shí)世界的映射，還具有現(xiàn)實(shí)世界中尚未實(shí)現(xiàn)甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)的體驗(yàn)與交互。另外，工業(yè)元宇宙更加重視虛擬空間和現(xiàn)實(shí)空間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)虛擬操作指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)工業(yè)。

工業(yè)元宇宙助力智能制造全面升級(jí)。智能制造基于新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，是致力于推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的新型生產(chǎn)方式。工業(yè)元宇宙則更像是智能制造的未來(lái)形態(tài)，以推動(dòng)虛擬空間和現(xiàn)實(shí)空間聯(lián)動(dòng)為主要手段，更強(qiáng)調(diào)在虛擬空間中映射、拓寬實(shí)體工業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)的操作，通過(guò)在虛擬空間的協(xié)同工作、模擬運(yùn)行指導(dǎo)實(shí)體工業(yè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，賦能工業(yè)各環(huán)節(jié)、場(chǎng)景，使工業(yè)企業(yè)達(dá)到降低成本、提高生產(chǎn)效率的目的，促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間高效協(xié)同，助力工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能制造的進(jìn)一步升級(jí)。

展望未來(lái)，應(yīng)用場(chǎng)景將覆蓋產(chǎn)品全生命周期

現(xiàn)階段工業(yè)元宇宙的大部分案例更趨近于“數(shù)字孿生”技術(shù)的應(yīng)用。展望未來(lái)，工業(yè)元宇宙的應(yīng)用場(chǎng)景將覆蓋從研發(fā)到售后服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期，由“虛”向“實(shí)”指導(dǎo)和推進(jìn)工業(yè)流程優(yōu)化和效率提升。以下從研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備運(yùn)維、產(chǎn)品測(cè)試、技能培訓(xùn)等多個(gè)環(huán)節(jié)切入，展望工業(yè)元宇宙可能的應(yīng)用場(chǎng)景。

研發(fā)設(shè)計(jì)。相比現(xiàn)階段利用工業(yè)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工業(yè)元宇宙相關(guān)技術(shù)應(yīng)用下的研發(fā)設(shè)計(jì)將在更大程度上提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，通過(guò)工業(yè)元宇宙平臺(tái)可控制產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)的環(huán)境因素，并基于在工業(yè)元宇宙平臺(tái)中設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模型對(duì)產(chǎn)品各零部件的作用方式做出直觀、精準(zhǔn)的模擬，能夠有效驗(yàn)證產(chǎn)品性能。在協(xié)同設(shè)計(jì)方面，工業(yè)元宇宙能夠打破地域限制，支持多方協(xié)同設(shè)計(jì)，用戶(hù)也可以在工業(yè)元宇宙平臺(tái)上參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)并體驗(yàn)其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。在用戶(hù)體驗(yàn)方面，工業(yè)元宇宙平臺(tái)上的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)過(guò)用戶(hù)的深層參與，更加貼近用戶(hù)需求，并能在更大程度上增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)。

生產(chǎn)優(yōu)化。通過(guò)工業(yè)元宇宙平臺(tái)，能夠沉浸式體驗(yàn)虛擬智能工廠的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程，與虛擬智能工廠中的設(shè)備、產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，可以更加直觀、便捷地優(yōu)化生產(chǎn)流程，開(kāi)展智能排產(chǎn)。在智能工廠建設(shè)前期，可利用工業(yè)元宇宙平臺(tái)建設(shè)與現(xiàn)實(shí)智能工廠的建筑結(jié)構(gòu)、產(chǎn)線布置、生產(chǎn)流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)一致的虛擬智能工廠，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)能配置、設(shè)備結(jié)構(gòu)、人員動(dòng)線等方面合理性的提前驗(yàn)證。對(duì)于智能工廠生產(chǎn)過(guò)程中的任何變動(dòng)，都可以在虛擬智能工廠中進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)生產(chǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程優(yōu)化。例如，寶馬與英偉達(dá)正開(kāi)展虛擬工廠相關(guān)合作，寶馬引入英偉達(dá)元宇宙平臺(tái)（Omniverse平臺(tái)）協(xié)調(diào)31座工廠生產(chǎn)，有望將寶馬的生產(chǎn)規(guī)劃效率提高30%。

設(shè)備運(yùn)維。相對(duì)于現(xiàn)階段利用大數(shù)據(jù)分析的預(yù)測(cè)性維護(hù)，基于工業(yè)元宇宙的設(shè)備運(yùn)維能夠打破空間限制，有效提高設(shè)備運(yùn)維響應(yīng)效率和服務(wù)質(zhì)量。在工業(yè)元宇宙平臺(tái)建立的虛擬空間中，運(yùn)維人員將不受地域限制，在生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)確認(rèn)設(shè)備情況，及時(shí)修復(fù)問(wèn)題。對(duì)于難度大、復(fù)雜程度高的設(shè)備問(wèn)題，可以通過(guò)工業(yè)元宇宙平臺(tái)匯聚全球各地的專(zhuān)家，共同商討解決方案，從而提高生產(chǎn)效率。

產(chǎn)品測(cè)試。對(duì)于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)高、測(cè)試要求復(fù)雜的產(chǎn)品，工業(yè)元宇宙能夠提供虛擬環(huán)境以開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證和產(chǎn)品性能測(cè)試。通過(guò)虛實(shí)結(jié)合實(shí)現(xiàn)物理空間和虛擬空間的同步測(cè)試，更加直觀地感受產(chǎn)品的內(nèi)外部變化，提高測(cè)試認(rèn)證效率和準(zhǔn)確性。例如，相對(duì)于民用消費(fèi)級(jí)芯片產(chǎn)品，車(chē)規(guī)級(jí)AI芯片由于工作環(huán)境多變、安全性要求高等因素，功能設(shè)計(jì)復(fù)雜，其研發(fā)、測(cè)試、認(rèn)證流程十分嚴(yán)苛，需滿(mǎn)足多項(xiàng)國(guó)際國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)元宇宙可為車(chē)規(guī)級(jí)AI芯片提供虛擬測(cè)試空間，工程師可以用較低的成本對(duì)車(chē)規(guī)級(jí)AI芯片進(jìn)行測(cè)試，也可以模擬和體驗(yàn)搭載AI芯片的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，提高車(chē)規(guī)級(jí)AI芯片的測(cè)試、認(rèn)證效率。

技能培訓(xùn)。工業(yè)元宇宙能夠有效提高教學(xué)培訓(xùn)效率，為高等院校、企業(yè)等組織提供培訓(xùn)學(xué)生、員工專(zhuān)業(yè)技能的虛擬設(shè)備，讓學(xué)員更加直觀地操作生產(chǎn)設(shè)備。同時(shí)，對(duì)于地震、失火等極端特殊情況，可以通過(guò)工業(yè)元宇宙平臺(tái)搭建虛擬空間，供相關(guān)人員演習(xí)逃生路線和檢驗(yàn)事故處理辦法。

筑牢基礎(chǔ)，迎接“工業(yè)元宇宙”時(shí)代的到來(lái)

工業(yè)元宇宙令現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界互通發(fā)展，呈現(xiàn)虛實(shí)融合互相影響的形態(tài)，需要強(qiáng)大的算力、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)技術(shù)作為底座，也需要強(qiáng)大的芯片、傳感器、光學(xué)鏡頭、VR/AR等硬件設(shè)備支撐工業(yè)元宇宙的想象和發(fā)展。為促進(jìn)工業(yè)元宇宙從概念落實(shí)到應(yīng)用，需要進(jìn)一步開(kāi)展多方面研究和建設(shè)。對(duì)于工業(yè)元宇宙，筆者倡議政府和企業(yè)可以布局和發(fā)展工業(yè)元宇宙相關(guān)技術(shù)，不要過(guò)度吹捧概念，避免基礎(chǔ)不牢導(dǎo)致“泡沫”過(guò)多。

一方面，要加速數(shù)字化、算力等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等基礎(chǔ)技術(shù)研究。一是持續(xù)推進(jìn)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)部署與應(yīng)用，支持工業(yè)企業(yè)運(yùn)用新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)改造建設(shè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)元宇宙提供高帶寬、低延時(shí)、高可靠的網(wǎng)絡(luò)接入能力。二是加速建設(shè)數(shù)據(jù)中心，開(kāi)展算力提升行動(dòng)，推進(jìn)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)一步打通網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，加快實(shí)施“東數(shù)西算”工程，提升跨區(qū)域算力調(diào)度水平。三是鼓勵(lì)高校、科研院所、企業(yè)等組織推進(jìn)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)研究，加速工業(yè)元宇宙轉(zhuǎn)化進(jìn)程。

另一方面，應(yīng)加強(qiáng)VR/AR等相關(guān)硬件設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用，推進(jìn)光學(xué)鏡頭、顯示面板、主控芯片、傳感器、存儲(chǔ)器等關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)升級(jí)。一是推進(jìn)關(guān)鍵核心技術(shù)“揭榜掛帥”行動(dòng)，針對(duì)芯片、傳感器、存儲(chǔ)器等核心技術(shù)和工具設(shè)備研發(fā)設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)研究課題，面向高等院校、科研院所、企業(yè)等組織“揭榜掛帥”，呼吁有能力的組織圍繞薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)展自主研發(fā)或聯(lián)合研究。二是加速推進(jìn)建模、仿真類(lèi)工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)，支持有基礎(chǔ)的企業(yè)持續(xù)開(kāi)發(fā)和完善研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)工業(yè)軟件，鼓勵(lì)社會(huì)資本、產(chǎn)業(yè)基金支持我國(guó)研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)工業(yè)軟件發(fā)展，拉近當(dāng)前我國(guó)研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)工業(yè)軟件與國(guó)外的差距，加速補(bǔ)齊短板，為元宇宙賦能工業(yè)奠定基礎(chǔ)。