前沿 | 工業(yè)元宇宙：智能制造的未來(lái)形態(tài)

近年來(lái)，隨著AI、VR、大數(shù)據(jù)計(jì)算等前沿技術(shù)的發(fā)展與突破，“元宇宙”逐漸從概念走向產(chǎn)業(yè)化探索，并帶來(lái)“由實(shí)向虛”與“由虛向?qū)?rdquo;兩方面的場(chǎng)景應(yīng)用：“由實(shí)向虛”是指構(gòu)建具備真實(shí)體驗(yàn)的數(shù)字化世界；“由虛向?qū)?rdquo;是使虛擬世界能夠與真實(shí)世界的人物互動(dòng)。

而據(jù)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)介紹，在向虛實(shí)結(jié)合形態(tài)發(fā)展之際，元宇宙將逐步形成“雙中心生態(tài)體系”，包括以推進(jìn)物質(zhì)世界生產(chǎn)效率為核心的產(chǎn)業(yè)元宇宙，以及以豐富個(gè)人精神世界為核心的消費(fèi)元宇宙。其中，工業(yè)元宇宙作為產(chǎn)業(yè)元宇宙的重要組成部分，在工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求之下正成為探索與實(shí)踐的熱點(diǎn)。

何為工業(yè)元宇宙？工業(yè)元宇宙如何賦能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展？以下，enjoy：

01

什么是工業(yè)元宇宙？

工業(yè)元宇宙是將XR、AI、IoT、云計(jì)算、數(shù)字孿生等元宇宙相關(guān)技術(shù)與實(shí)體工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用模式和工業(yè)生態(tài)。通過(guò)聯(lián)動(dòng)虛擬空間與現(xiàn)實(shí)世界，工業(yè)元宇宙能夠構(gòu)建起覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全新制造和服務(wù)體系，以降低成本、提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

那么，同樣是賦能工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，工業(yè)元宇宙與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等概念有何區(qū)別呢？

相較工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)而言，工業(yè)元宇宙可以理解為是其進(jìn)階版和升級(jí)版。從應(yīng)用層面來(lái)看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更強(qiáng)調(diào)工業(yè)系統(tǒng)與其他物理硬件的聯(lián)網(wǎng)，包括一臺(tái)機(jī)床與自身的刀具單元、裝夾單元等形成的小網(wǎng)絡(luò)，多臺(tái)機(jī)床乃至整個(gè)生產(chǎn)線形成的大網(wǎng)絡(luò)，甚至整個(gè)車(chē)間、產(chǎn)業(yè)鏈上下游的全面連接。工業(yè)元宇宙則是在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化物理世界與虛擬世界的聯(lián)動(dòng)，最終形成全沉浸式、全要素、全體驗(yàn)的新形態(tài)互聯(lián)網(wǎng)。

而相較數(shù)字孿生而言，工業(yè)元宇宙的概念范疇更大，兩者間為從屬關(guān)系。具體而言，即數(shù)字孿生是工業(yè)元宇宙中最為廣泛的應(yīng)用技術(shù)，也是其發(fā)展的必經(jīng)階段之一。數(shù)字孿生綜合運(yùn)用感知、計(jì)算、建模等信息技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界向虛擬世界1:1映射，并通過(guò)在虛擬世界模擬生產(chǎn)的過(guò)程中來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述、診斷、預(yù)測(cè)及決策。因此，數(shù)字孿生是工業(yè)元宇宙“由實(shí)向虛”的基礎(chǔ)。未來(lái)，隨著數(shù)字孿生技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)元宇宙有望建立虛擬和現(xiàn)實(shí)的雙向連接，真正實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合。

02

工業(yè)元宇宙如何落地應(yīng)用？

作為智能制造的未來(lái)形態(tài)，工業(yè)元宇宙將通過(guò)在虛擬與現(xiàn)實(shí)空間的聯(lián)動(dòng)協(xié)作，來(lái)賦能工業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)與場(chǎng)景，主要包括管理決策端、研發(fā)生產(chǎn)端和消費(fèi)端。

管理決策端

工業(yè)元宇宙能夠整合歷史數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)、消費(fèi)者數(shù)據(jù)等多種信息，從而提供更全面、豐富的產(chǎn)業(yè)圖景，助力企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層管理與決策。

一方面，通過(guò)數(shù)字孿生、3D建模等技術(shù)，工業(yè)元宇宙可以從歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中挖掘有價(jià)值的信息；也可以模擬真實(shí)生產(chǎn)過(guò)程和供應(yīng)鏈組織流程，尋找最優(yōu)生產(chǎn)路徑。

另一方面，通過(guò)數(shù)字孿生、IoT等技術(shù)，消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品使用信息及消費(fèi)者意見(jiàn)將會(huì)實(shí)時(shí)反饋給品牌商、研發(fā)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)制造商等，以幫助策劃更合適的產(chǎn)品。

研發(fā)及生產(chǎn)端

在研發(fā)環(huán)節(jié)，工業(yè)元宇宙可以通過(guò)模型來(lái)對(duì)產(chǎn)品的功能、各零部件作用方式、消費(fèi)者體驗(yàn)等進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，解決當(dāng)下工業(yè)產(chǎn)品試制周期長(zhǎng)、環(huán)境復(fù)雜多變、制造工藝不穩(wěn)定、研發(fā)與市場(chǎng)脫軌等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

在生產(chǎn)檢測(cè)環(huán)節(jié)，管理人員可利用工業(yè)元宇宙平臺(tái)，對(duì)產(chǎn)能配置、生產(chǎn)流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、人員動(dòng)線等進(jìn)行合理地前期策劃；而在實(shí)際生產(chǎn)中，操作人員只需要戴上VR/AR設(shè)備，就能沉浸式、全實(shí)時(shí)體驗(yàn)虛擬智能工廠的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程，并以虛擬化身與虛擬智能工廠中的設(shè)備、產(chǎn)線實(shí)時(shí)交互、輸入指令，以便能夠及時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)流程，提升現(xiàn)場(chǎng)人員的操作效率和管理效率。此外，也能通過(guò)虛擬遙控的方式避免危險(xiǎn)場(chǎng)景作業(yè)，保證人員安全。

消費(fèi)端

在銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，借助工業(yè)元宇宙相關(guān)技術(shù)，銷(xiāo)售方可以開(kāi)設(shè)虛擬商店展示產(chǎn)品，節(jié)省線下推廣的成本；消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)商品前可以通過(guò)高沉浸感的虛擬世界直觀了解產(chǎn)品功能、體驗(yàn)操作方式及性能。

在售后環(huán)節(jié)，服務(wù)人員與消費(fèi)者可通過(guò)虛擬世界溝通問(wèn)題、質(zhì)保產(chǎn)品等，在提供高效服務(wù)的同時(shí)節(jié)約時(shí)間、人力成本。

03

技術(shù)創(chuàng)新賦能產(chǎn)業(yè)實(shí)踐

而在市場(chǎng)發(fā)展方面，工業(yè)元宇宙亦是極具增長(zhǎng)潛力的賽道。據(jù)高科技產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢(xún)數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)元宇宙將催動(dòng)全球智能制造市場(chǎng)規(guī)模于2025年達(dá)5400億美元，2021至2025年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)15.35%。

趨勢(shì)之下，已經(jīng)有企業(yè)積極參與到工業(yè)元宇宙的基礎(chǔ)實(shí)踐之中，助力智能制造。

比如聯(lián)想集團(tuán)在AR/VR領(lǐng)域的布局。早在2015年，聯(lián)想集團(tuán)上海研究院就開(kāi)始了AR智能眼鏡設(shè)備的研發(fā)，并在2017年正式推出晨星AR，持續(xù)以AR/VR技術(shù)賦能航空領(lǐng)域、工業(yè)培訓(xùn)、醫(yī)療、教育等多個(gè)領(lǐng)域。

例如在商用大飛機(jī)的制造與裝備領(lǐng)域，操作工人只需在辦公室佩戴AR眼鏡，就可通過(guò)聯(lián)想晨星機(jī)器人身上的雙目立體攝像頭看到車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)立體畫(huà)面，并用手部動(dòng)作來(lái)遠(yuǎn)程控制機(jī)械臂來(lái)實(shí)現(xiàn)操作。此舉可以讓操作工人遠(yuǎn)離飛機(jī)噴漆間的有毒氣體和粉塵，保證了工作的安全性與高效性。

在電力巡檢領(lǐng)域，聯(lián)想集團(tuán)聯(lián)想研究院上海分院推出了聯(lián)想晨星智慧狗來(lái)助力電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)“人機(jī)協(xié)作”。通過(guò)搭載多種傳感器、加持人工智能算法、融合數(shù)字孿生和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，聯(lián)想晨星智慧狗能夠提供任意巡視目標(biāo)點(diǎn)位直觀、沉浸、全面的元宇宙巡視體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自主巡檢、巡檢信息總覽、巡檢點(diǎn)位信息配置、巡檢線路及任務(wù)規(guī)劃管理、巡檢信息實(shí)時(shí)監(jiān)控、巡檢報(bào)告生成等功能，可以更大程度代替人工巡檢作業(yè)，在提高工人工作安全性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的降本增效。

在政策支持力度加大、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)背景下，工業(yè)元宇宙的發(fā)展方興未艾。隨著未來(lái)算力、5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等底層技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，以及VR/AR等相關(guān)硬件設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈加速升級(jí)，工業(yè)元宇宙將真正普及應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之中，并為我國(guó)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)更大價(jià)值。