工业元宇宙将带来更加强大的基础设施能力和全新势能

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作者 |李正海

工业元宇宙是元宇宙的理念、技术、产品在工业领域中的应用。通过工业元宇宙，可以实现以虚强实，虚实融合，从而改变工业的生态体系，促进工业进入新的革命时代，形成工业新格局，踏上工业新征程。

从技术方面看，与元宇宙相关的技术，包括工业互联网、物联网、5G网络、人工智能、大数据、云平台、区块链、建模技术、交互技术在工业领域中都将得到广泛而深入的应用，而且这些技术的应用不仅仅是单元化应用，更强调集成化应用，从而给工业的供应链、生态系统、价值系统带来巨大的改变。而在元宇宙赛道，通常所述的社交平台、游戏平台、VR、AR、虚拟人、NFT艺术品在工业领域中也将得到多元化、个性化、品质化的应用，从而使工业与多个行业之间实现跨界融合，最终促进工业文明的蓬勃发展。

工业元宇宙的特征

工业元宇宙将带来新时空，包括虚实结合的元宇宙工厂、元宇宙应用空间、元宇宙政府服务与治理空间，以及元宇宙会议室、元宇宙办公室、元宇宙会展等。工业元宇宙能使与之相关的各种要素（如与元宇宙相关的技术，企业原材料、零部件、产成品、设备、劳动者等）实现有机的集成，实现各种软硬件系统的有机整合，实现数据的可读、可写、可拥有，实现机器与服务器之间、机器之间的互联互通、互相操作，而且处于能不断强化关联因素的关系，促进系统的可靠性、有效性与持续改进性。

工业元宇宙不是一个静态系统，而是在动态发展。利用元宇宙提升单元处理能力，并通过集成实现协调发展，可促进工业场景中的工作改善与创新。

工业元宇宙虚实关系

在工业元宇宙时代，工业产品将更加普及三维化，而且这种三维化将会进一步实现全息化、全景化，从虚拟现实、增强现实、混合现实以及从裸眼3D到大屏幕显示、更强的人机交互能力，能让工业产品的信息更符合人的感觉、知觉，帮助人们设计产品、生产产品、应用产品、提供产品服务。通过网络系统，包括工业互联网、物联网、移动网络(5G网络)、卫星网络，还能实现时空跨越，虚实融合。

在工业领域，通过数字孪生可以实现物理产品，如机械设备、航天航空设备的三维化模型的映射，并且可以进行实时性变换，同时结合产品的物理性能、环境状态，掌控设备的应用状态，进行预测性维护，减少计划外停机。采取动态的有限元分析，可以以更高水平对产品设备进行仿真分析，如结构分析、热分析、电磁分析、流体分析、复合场分析等，从而更好地管控产品。从现在的场景看，随着算力(包括图形算力)、网络、数据库等系统能力的提升，从单元设备到车间、企业，乃至大型地区的数字系统应用范围将日益扩大，并取得良好的效果。

而从工业实际情况看，数字原生会占越来越大的比例，如在中国大飞机设计制造过程中，纯粹数字化、虚拟化工作占70%以上的工作量。而通过数字化产品，实现精确制造会日益普及。

利用现有的物理性产品，通过逆向工程进行仿造，乃至进一步优化，会使工业产品呈现螺旋式发展状态。另外，工业产品应用过程中的虚拟化、数字化与实物化相互融合会是普遍状态。综合而言，在工业元宇宙时代，工业产品的虚拟化将达到更高的水平，从长远看，其将大幅度提升工业产品的一次制造成功率，乃至批量生产水平。

工业产品与服务

工业元宇宙时代，工业产品和服务将发生巨大变化。具体表现是，产品与服务的种类将大幅增加，个性化生产、小批量生产将会普及，但总体而言，工业产品与服务的总量将大幅增加、质量大幅提升，尤其是通过用户的参与以及用户创造、人工智能创造和专家创造的集成，工业产品与服务的功能和性能将得到大幅提升。

在工业元宇宙时代，数字产品的占比会越来越高。而且数字产品将更为精确，从而减少客户与企业之间的沟通鸿沟，实现数字化制造、敏捷制造、智能智慧制造。而制造出的数字产品会满足预期的效果，质量管理水平达到万万分之一以下的失效概率。

工业产品与服务的发展将是多种多样的，呈现多元化、多功能化、电子化、网络化、平台化、社交化趋势。例如传统鞋子，主要提供行走功能，但现在可以加上传感器，结合APP、云平台，实现监测健康的功能，甚至通过云平台实现社交功能。再如工程机械，可以充分利用传感器、边缘计算、人工智能系统、网络系统赋予其执行系统更强的功能，使工程机械在工作过程中感知环境信息、工作对象信息，并结合工作任务要求对任务进行分析优化，从而确定更为恰当的工作方式，使工作达到更好的效果。

而且可以通过网络系统与远程、后端的服务系统相连接，获得更多专业的支持，包括利用AR眼镜，取得后方专家的支持，从而使工程机械具备超强能力。

工业元宇宙企业

工业企业是工业元宇宙的核心主体，但进入工业元宇宙时代，企业的定义可以泛化，从企业到供应链、从产业集群到园区、从行业到地区，乃至工业生态。

对工业企业而言，生产要素将发生巨大变化，典型的数字资产在其中的占比会越来越大。企业需要构建新型的元宇宙基础设施，采取更多的具备人工智能的系统，实现自然人、虚拟人、机器人的集成化应用，利用元宇宙强化企业的运营管理与决策。

在行业层面，通过工业互联网、云计算平台实现行业数据的集成化、标准化、智能化，从而确立行业更为优越的工业参数、工业模型、工业系统，形成行业标准。

在地区和国家层面，可以促进地区结合自身特色，打造工业元宇宙小镇、工业元宇宙园区、工业元宇宙城市，从而形成集群优势，促进多方位的生态创新，提升生产能力、竞争能力，形成新型数字产业城，集成企业、用户、供应商、政府实现紧密合作，促进形成批量性的、细分领域的世界级品牌，打造元宇宙专精特新企业，创造新型独角兽企业，并促进工业企业革命性创新。

人与工业元宇宙的关系

进入工业元宇宙时代，人仍然是最重要的。从自然人的维度看，人可以有创造者、生产者、管理者、消费者等多种角色。

从创造者角度看，利用元宇宙提供的新型生产工具、公共云平台进行接力式创新，可更好地表达个人的创意，而且通过接力式创新、集成创新、生态创新，可将人的创意转化成新型的工业产品或者服务，以及对原先的工业产品与服务进行改进。

从生产者角度看，可以通过虚拟人、机器人利用人工智能、大数据、云计算等先进技术更好地掌握当前产品的生产要求、质量要求、合规要求，甚至可以利用网络技术获得远程专家支持，从而更好地完成生产任务，而且可以对好的生产模式进行便利性记录，并使之形成能让其他生产者快速掌握的标准规范、生产知识。

从消费者角度看，可以利用元宇宙更好地了解、使用产品，避免操作失误；同时产品也将更符合人的应用需求、更具有艺术性、更令人满意。

现有的各种信息系统越来越强调人机关系，如数字孪生系统，在元宇宙时代背景下，需要强调人的感知能力，如根据不同级别的用户展示不同的信息内容，而在具体展示内容方面，需要强调真实感、沉浸感、实时性。在数据内容方面，图形的展示需要结合人的视觉感知能力设置粉绿率、刷新频率；在数据形式方面，形状、颜色、位置、动态、前后、大小、角度等多种形式的叠加，可让人快速感知相关信息，并据此进行相应的工作，而这种行为相对于以往将更加高效、正确、安全、合规。

工业元宇宙时代是虚拟人、机器人、自然人的集成化合作时代，人的感知能力、思维能力、数据存储能力、作业能力都会因此得到大幅提升，成为跨时代意义的超智能人。可以预期，在工业企业中，机器人的数量会越来越多、机器人价值会越来越大。一些重体力、重复性、工况条件差的工作都会由机器人来完成。而虚拟人在工业企业，从用于营销的虚拟偶像到数字分身、数字员工、数字专家都会得到广泛的应用。

工业元宇宙的应用场景

元宇宙在工业中的应用场景可以覆盖工业产品从设计、制造到应用的多个方面，比较典型的应用如工业企业的规划、客户营销、工业产品设计、生产过程管控、工业产品应用、培训等。

在工业企业生产规划阶段，随着算力系统、网络系统、软件系统的提升，可以提升实现工业企业协同规划的能力；采用逼真的三维模拟，可掌握工厂的生产状况，分析工厂的运作能力、人机工程、物理仓储等内容，在工厂投产之前就避免以往投产后才能发现的一些问题，并实现人机工程、产能、安全环保等方面的优化。

在产品销售阶段，可以采用比以往更完整、精细、精确且更具沉浸感、真实感地展示工业产品，让客户更好地了解产品，获得客户的认可，进而获取订单。在新冠肺炎疫情期间，客户到企业现场会有一些障碍，通过AR眼镜对复杂产品进行远程操作、展示，可以实现网络化的交流，乃至协作设计、生产、解决问题。

在产品设计阶段，通过更为广泛、完整、精细化的数据基础，构建工业大数据平台，如建立材料库、零部件库、成品库、多种性能参数、计算算法、分析模型、阈值指标体系等数据库，可以充分集成设计产品的环境数据、应用工况数据，从而对更多工况进行仿真分析，使产品可以适应更为复杂、多元、变化的应用场景，提升产品的适应性、可靠性、安全性，也会为产品带来更大的市场。

在企业生产过程中，有大量场景可以利用元宇宙相关理念、技术产品，如生产指导、设备点检、设备状态监控等。再如在生产过程中，利用AR眼镜，可以根据生产作业任务查看当前工作对象，如加工零件、装配零部件，可以获取更有针对性的作业指导文件，在作业过程中也可以实时获得专家的作业指导，甚至可以获得远程专家支持；同时便利地记录作业信息，对企业生产计划实现更好管控。后期也可以对作业信息记录进行分析优化，用于产品质量追溯，或者对记录内容进行分析优化，供其他人员学习使用。

在工业产品的应用过程中，可以采用VR、AR技术组织编制产品的使用说明，让客户更好地掌握产品的使用、维护方法，快速有效地处置故障，甚至可以通AR眼镜与企业的服务专家进行远程的交流，从而快速分析问题、商讨解决方案。

在工业产品的培训过程中，通过VR、AR系统,实现产品数据的虚拟化、数字化，可以更好地展示产品整体、产品结构关系、运作机理。虚拟化的方式可以节约实物资产培训成本，同时展示出通常模式不能实现的内容，如内燃机运作过程中的内部状态，包括一些内燃机的飞车状态。另外，采用虚拟化方式可以减少安全隐患、避免安全事故。从实际效果看，VR、AR教学模式目前在我国从建模工具、云服务平台、教学内容方面都有了大量成果，这体现在促进学员提高学习兴趣、提升学习效率、降低学习成本，提高教学成效等方面。

工业元宇宙将不仅为工业带来新的发展空间和更加强大的基础设施能力（包括算力尤其是图形算力、渲染展示能力等），还能带来新势能：工业产品的种类将更为丰富、总体数量将更为庞大，人均占有的工业产品数量将日益增加，而且会更加个性化、多元化、艺术化、品质化；工业生产能力将更为强大、更具柔性和鲁棒性，而且生产过程中产品生产效率、成本控制、绿色环保、安全生产都将得到大幅改善。通过采用区块链等技术，能促进数字产品的创造、上云、确权、交易、应用，更好地实现价值分配，从而使工业产品与服务的创新水平上升到一个新台阶，使人类获得更好的认识世界、改造世界、创造世界的能力，更具有创造感、获得感、幸福感。

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