工業(yè)元宇宙——展望智能制造的未來形態(tài)

2022年2月4日，全面布局“元宇宙”的Meta公司在披露財報信息當日股價暴跌26%，創(chuàng)下美股市場歷史最大市值跌幅，市值跌超2 370億美元;2月16日，“元宇宙第一股”Roblox發(fā)布財報次日盤后股價下跌15%，市值縮水約500億美元。在過去一年里，資本市場對于元宇宙概念由熱捧走向冷靜，投資者也意識到了元宇宙概念與現(xiàn)實存在著較大差距。賽迪顧問智能制造研究中心認為，元宇宙從概念到應(yīng)用的轉(zhuǎn)換仍需要企業(yè)和科研機構(gòu)不斷嘗試，推進基礎(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)品生命周期的各個場景，能夠有效促進工業(yè)領(lǐng)域智能化升級，其應(yīng)用價值將遠大于消費領(lǐng)域。

1 工業(yè)元宇宙“虛實協(xié)同”，是智能制造的未來形態(tài)

1.1 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)實工業(yè)環(huán)境中研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、營銷銷售、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)和場景在虛擬空間實現(xiàn)全面部署，通過打通虛擬空間和現(xiàn)實空間實現(xiàn)工業(yè)的改進和優(yōu)化，形成全新的制造和服務(wù)體系，達到降低成本、提高生產(chǎn)效率、高效協(xié)同的效果，促進工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1.2 工業(yè)元宇宙“由虛向?qū)崱睂崿F(xiàn)“虛實協(xié)同”

工業(yè)元宇宙，與“數(shù)字孿生”概念類似，兩者區(qū)別在于，數(shù)字孿生是現(xiàn)實世界向虛擬世界的1∶1映射，通過在虛擬世界對生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備的控制來模擬現(xiàn)實世界的工業(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)實世界的映射，還具有現(xiàn)實世界中尚未實現(xiàn)甚至無法實現(xiàn)的體驗與交互。另外，工業(yè)元宇宙更加重視虛擬空間和現(xiàn)實空間的協(xié)同聯(lián)動，從而實現(xiàn)虛擬操作指導(dǎo)現(xiàn)實工業(yè)。

1.3 工業(yè)元宇宙助力智能制造全面升級

智能制造基于新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，是致力于推動制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級的新型生產(chǎn)方式。工業(yè)元宇宙則更像是智能制造的未來形態(tài)，以推動虛擬空間和現(xiàn)實空間聯(lián)動為主要手段，更強調(diào)在虛擬空間中映射、拓寬實體工業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)的操作，通過在虛擬空間的協(xié)同工作、模擬運行指導(dǎo)實體工業(yè)高效運轉(zhuǎn)，賦能工業(yè)各環(huán)節(jié)、場景，使工業(yè)企業(yè)達到降低成本、提高生產(chǎn)效率的目的，促進企業(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，實現(xiàn)智能制造的進一步升級。

2 展望未來，工業(yè)元宇宙的應(yīng)用場景將實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期覆蓋

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，工業(yè)元宇宙的應(yīng)用場景將覆蓋從研發(fā)到售后服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期，由“虛”向“實”指導(dǎo)和推進工業(yè)流程優(yōu)化和效率提升。以下從研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備運維、產(chǎn)品測試、技能培訓(xùn)等多個環(huán)節(jié)切入，展望工業(yè)元宇宙可能的應(yīng)用場景。

2.1 研發(fā)設(shè)計

相比現(xiàn)階段利用工業(yè)軟件進行產(chǎn)品設(shè)計，工業(yè)元宇宙相關(guān)技術(shù)應(yīng)用下的研發(fā)設(shè)計將在更大程度上提高產(chǎn)品開發(fā)效率、降低產(chǎn)品開發(fā)成本。在產(chǎn)品設(shè)計方面，通過工業(yè)元宇宙平臺可控制產(chǎn)品應(yīng)用時的環(huán)境因素，并基于在工業(yè)元宇宙平臺中設(shè)計的產(chǎn)品模型對產(chǎn)品各零部件的作用方式做出直觀、精準的模擬，能夠有效驗證產(chǎn)品性能。在協(xié)同設(shè)計方面，工業(yè)元宇宙能夠打破地域限制，支持多方協(xié)同設(shè)計，用戶也可以在工業(yè)元宇宙平臺上參與產(chǎn)品設(shè)計并體驗其設(shè)計的產(chǎn)品。在用戶體驗方面，工業(yè)元宇宙平臺上的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)過用戶的深層參與，更加貼近用戶需求，并能在更大程度上增強用戶體驗。

2.2 生產(chǎn)優(yōu)化

通過工業(yè)元宇宙平臺，能夠沉浸式體驗虛擬智能工廠的建設(shè)和運營過程，與虛擬智能工廠中的設(shè)備、產(chǎn)線進行實時交互，可以更加直觀、便捷地優(yōu)化生產(chǎn)流程、開展智能排產(chǎn)。在智能工廠建設(shè)前期，可利用工業(yè)元宇宙平臺建設(shè)與現(xiàn)實智能工廠的建筑結(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，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)能配置、設(shè)備結(jié)構(gòu)、人員動線等方面合理性的提前驗證。對于智能工廠生產(chǎn)過程中的任何變動，都可以在虛擬智能工廠中進行模擬，預(yù)測生產(chǎn)狀態(tài)，實現(xiàn)生產(chǎn)流程優(yōu)化。例如，寶馬與英偉達正開展虛擬工廠相關(guān)合作，寶馬引入英偉達元宇宙平臺（Omniverse平臺）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%。

2.3 設(shè)備運維

相對于現(xiàn)階段利用大數(shù)據(jù)分析的預(yù)測性維護，基于工業(yè)元宇宙的設(shè)備運維能夠打破空間限制，有效提高設(shè)備運維響應(yīng)效率和服務(wù)質(zhì)量。在工業(yè)元宇宙平臺建立的虛擬空間中，運維人員將不受地域限制，在生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)問題時，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程實時確認設(shè)備情況，及時修復(fù)問題。對于難度大、復(fù)雜程度高的設(shè)備問題，可以通過工業(yè)元宇宙平臺匯聚全球各地的專家，共同商討解決方案，從而提高生產(chǎn)效率。

2.4 產(chǎn)品測試

對于應(yīng)用標準高、測試要求復(fù)雜的產(chǎn)品，工業(yè)元宇宙能夠提供虛擬環(huán)境以開展試驗驗證和產(chǎn)品性能測試。通過虛實結(jié)合實現(xiàn)物理空間和虛擬空間的同步測試，更加直觀地感受產(chǎn)品的內(nèi)外部變化，提高測試認證效率和準確性。例如，相對于民用消費級芯片產(chǎn)品，車規(guī)級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)計復(fù)雜，其研發(fā)、測試、認證流程十分嚴苛，須滿足多項國際國內(nèi)行業(yè)標準。工業(yè)元宇宙可為車規(guī)級AI芯片提供虛擬測試空間，工程師可以用較低的成本對車規(guī)級AI芯片進行測試，也可以模擬和體驗搭載AI芯片的自動駕駛汽車，提高車規(guī)級AI芯片的測試、認證效率。

2.5 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，對于地震、失火等極端特殊情況，可以通過工業(yè)元宇宙平臺搭建虛擬空間，供相關(guān)人員演習(xí)逃生路線和檢驗事故處理辦法。

3 筑牢基礎(chǔ)，迎接“工業(yè)元宇宙”時代的到來

工業(yè)元宇宙打造現(xiàn)實世界與虛擬世界互通發(fā)展，呈現(xiàn)虛實融合互相影響的形態(tài)，需要強大的算力、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)技術(shù)作為底座，也需要強大的芯片、傳感器、光學(xué)鏡頭、VR/AR設(shè)備等硬件設(shè)備支撐工業(yè)元宇宙的想象和發(fā)展。為促進工業(yè)元宇宙從概念落實到應(yīng)用，需要進一步開展多方面研究和建設(shè)。對于工業(yè)元宇宙，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)，不要過度吹捧概念，避免基礎(chǔ)不牢導(dǎo)致“泡沫”過多。

一方面，要加速數(shù)字化、算力等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等基礎(chǔ)技術(shù)研究。一是持續(xù)推進數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)部署與應(yīng)用，支持工業(yè)企業(yè)運用新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和先進適用技術(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、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，開展算力提升行動，推進國家樞紐節(jié)點之間進一步打通網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，加快實施“東數(shù)西算”工程，提升跨區(qū)域算力調(diào)度水平。三是鼓勵高校、科研院所、企業(yè)等組織推進云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)研究，加速工業(yè)元宇宙轉(zhuǎn)化進程。

另一方面，應(yīng)加強VR/AR等相關(guān)硬件設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用，推進光學(xué)鏡頭、顯示面板、主控芯片、傳感器、存儲器等關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)升級。一是推進關(guān)鍵核心技術(shù)“揭榜掛帥”行動，針對芯片、傳感器、存儲器等核心技術(shù)和工具設(shè)備研發(fā)設(shè)立專項研究課題，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)開展自主研發(fā)或聯(lián)合研究。二是加速推進建模、仿真類工業(yè)軟件開發(fā)，支持有基礎(chǔ)的企業(yè)持續(xù)開發(fā)和完善研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件，鼓勵社會資本、產(chǎn)業(yè)基金支持我國研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件發(fā)展，拉近當前我國研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件與國外的差距，加速補齊短板，為元宇宙賦能工業(yè)奠定基礎(chǔ)。

（來源：賽迪智庫）