前沿 | 工業(yè)元宇宙：智能制造的未來形態(tài)

近年來，隨著AI、VR、大數(shù)據(jù)計算等前沿技術(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“由實向虛”與“由虛向?qū)?rdquo;兩方面的場景應(yīng)用：“由實向虛”是指構(gòu)建具備真實體驗的數(shù)字化世界；“由虛向?qū)?rdquo;是使虛擬世界能夠與真實世界的人物互動。

而據(jù)專業(yè)機構(gòu)介紹，在向虛實結(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，以及以豐富個人精神世界為核心的消費元宇宙。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踐的熱點。

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：

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什么是工業(yè)元宇宙？

工業(yè)元宇宙是將XR、AI、IoT、云計算、數(shù)字孿生等元宇宙相關(guān)技術(shù)與實體工業(yè)經(jīng)濟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)。通過聯(lián)動虛擬空間與現(xiàn)實世界，工業(yè)元宇宙能夠構(gòu)建起覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、全價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階版和升級版。從應(yīng)用層面來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更強調(diào)工業(yè)系統(tǒng)與其他物理硬件的聯(lián)網(wǎng)，包括一臺機床與自身的刀具單元、裝夾單元等形成的小網(wǎng)絡(luò)，多臺機床乃至整個生產(chǎn)線形成的大網(wǎng)絡(luò)，甚至整個車間、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，進一步強化物理世界與虛擬世界的聯(lián)動，最終形成全沉浸式、全要素、全體驗的新形態(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)字孿生綜合運用感知、計算、建模等信息技術(shù)，將現(xiàn)實世界向虛擬世界1:1映射，并通過在虛擬世界模擬生產(chǎn)的過程中來實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的描述、診斷、預(yù)測及決策。因此，數(shù)字孿生是工業(yè)元宇宙“由實向虛”的基礎(chǔ)。未來，隨著數(shù)字孿生技術(shù)的進步，工業(yè)元宇宙有望建立虛擬和現(xiàn)實的雙向連接，真正實現(xiàn)虛實結(jié)合。

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工業(yè)元宇宙如何落地應(yīng)用？

作為智能制造的未來形態(tài)，工業(yè)元宇宙將通過在虛擬與現(xiàn)實空間的聯(lián)動協(xié)作，來賦能工業(yè)各個環(huán)節(jié)與場景，主要包括管理決策端、研發(fā)生產(chǎn)端和消費端。

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)中挖掘有價值的信息；也可以模擬真實生產(chǎn)過程和供應(yīng)鏈組織流程，尋找最優(yōu)生產(chǎn)路徑。

另一方面，通過數(shù)字孿生、IoT等技術(shù)，消費者購買的產(chǎn)品使用信息及消費者意見將會實時反饋給品牌商、研發(fā)機構(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)元宇宙可以通過模型來對產(chǎn)品的功能、各零部件作用方式、消費者體驗等進行反復(fù)測試，解決當(dāng)下工業(yè)產(chǎn)品試制周期長、環(huán)境復(fù)雜多變、制造工藝不穩(wěn)定、研發(fā)與市場脫軌等現(xiàn)實問題。

在生產(chǎn)檢測環(huán)節(jié)，管理人員可利用工業(yè)元宇宙平臺，對產(chǎn)能配置、生產(chǎn)流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、人員動線等進行合理地前期策劃；而在實際生產(chǎn)中，操作人員只需要戴上VR/AR設(shè)備，就能沉浸式、全實時體驗虛擬智能工廠的建設(shè)和運營過程，并以虛擬化身與虛擬智能工廠中的設(shè)備、產(chǎn)線實時交互、輸入指令，以便能夠及時優(yōu)化生產(chǎn)流程，提升現(xiàn)場人員的操作效率和管理效率。此外，也能通過虛擬遙控的方式避免危險場景作業(yè)，保證人員安全。

消費端

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

在售后環(huán)節(jié)，服務(wù)人員與消費者可通過虛擬世界溝通問題、質(zhì)保產(chǎn)品等，在提供高效服務(wù)的同時節(jié)約時間、人力成本。

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技術(shù)創(chuàng)新賦能產(chǎn)業(yè)實踐

而在市場發(fā)展方面，工業(yè)元宇宙亦是極具增長潛力的賽道。據(jù)高科技產(chǎn)業(yè)市場研究機構(gòu)TrendForce集邦咨詢數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)元宇宙將催動全球智能制造市場規(guī)模于2025年達(dá)5400億美元，2021至2025年復(fù)合成長率達(dá)15.35%。

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

比如聯(lián)想集團在AR/VR領(lǐng)域的布局。早在2015年，聯(lián)想集團上海研究院就開始了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、教育等多個領(lǐng)域。

例如在商用大飛機的制造與裝備領(lǐng)域，操作工人只需在辦公室佩戴AR眼鏡，就可通過聯(lián)想晨星機器人身上的雙目立體攝像頭看到車間現(xiàn)場的實時立體畫面，并用手部動作來遠(yuǎn)程控制機械臂來實現(xiàn)操作。此舉可以讓操作工人遠(yuǎn)離飛機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)想集團聯(lián)想研究院上海分院推出了聯(lián)想晨星智慧狗來助力電力企業(yè)實現(xiàn)“人機協(xié)作”。通過搭載多種傳感器、加持人工智能算法、融合數(shù)字孿生和計算機視覺技術(shù)，聯(lián)想晨星智慧狗能夠提供任意巡視目標(biāo)點位直觀、沉浸、全面的元宇宙巡視體驗，實現(xiàn)設(shè)備自主巡檢、巡檢信息總覽、巡檢點位信息配置、巡檢線路及任務(wù)規(guī)劃管理、巡檢信息實時監(jiān)控、巡檢報告生成等功能，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實現(xiàn)電力企業(yè)的降本增效。

在政策支持力度加大、市場競爭激烈、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級背景下，工業(yè)元宇宙的發(fā)展方興未艾。隨著未來算力、5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善，云計算、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，工業(yè)元宇宙將真正普及應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之中，并為我國工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)更大價值。