工业元宇宙能否推动工业文明进一步发展？

　　2023年9月，工业和信息化部等五部门印发了《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023－2025年）》明确提出以构建工业元宇宙、赋能制造业为主要目标，大力探索虚实互促的制造业创新变革，在工业关键流程的元宇宙化改造、重点行业工业元宇宙布局、探索工业元宇宙创新应用模式三个方向发力。

　　相较于前几年大众对工业元宇宙比较模糊的概念，当前，以西门子、Aveva和Bentley Systems等公司为代表的企业已经纷纷在工业元宇宙领域迈出了探索的脚步，逐渐开始厘清工业元宇宙的构建体系。

　　构建工业元宇宙的模块

　　数字孪生整合了一个物理物体全生命周期的所有数据。实际上，数字孪生可以精确地模拟物体的各个方面，模拟之准确和细致达到了无异于真实物体的程度。因此，行业普遍认为，数字孪生是构建工业元宇宙的核心。

　　尽管工业元宇宙的基础仍在建立过程中，但数字孪生已经在改变我们的工作方式。例如，西门子利用数字孪生技术在中国南京规划和模拟了一座7.3万平方米工厂的建设过程。通过整合工厂、生产线和性能数据以及建筑信息，西门子能在实际投建前测试和验证工厂的性能和效率。数字孪生还被用于优化工厂生产效率：新工厂的生产效率比传统工厂高出20%，生产灵活性高出30%，空间利用效率高出40%。

　　作为元宇宙毋庸置疑的构建模块，数字孪生的价值当前已经得到了证明，但让工业元宇宙变得真正的沉浸、持久且能够提供实时反馈所需的关键能力仍在不断涌现。

　　1）连通性

　　西门子技术与创新管理主管Annika Hauptvogel表示，要想成为一个将物联网的互动和协作提升到新水平的连贯实体，工业元宇宙不仅需要合适的硬件和软件，还需要合适的结缔组织。

　　Hauptvogel指出，元宇宙的关键组件包括“数字孪生、人工智能以及传输至虚拟应用程序中的真实数据”，她补充道，“我们还需要连接解决方案，如5G或6G。边缘计算和区块链也是必要的，以确保环境的安全性。所有这些技术都已经存在了，但棘手的部分是将它们结合在一起并连接起来。”

　　2）计算能力

　　另一个挑战是获得实时、沉浸式体验所需的计算基础设施。“你需要极其强大的计算能力”来支持工业元宇宙，数字孪生研究院执行董事兼首席科学家Michael Grieves表示。幸运的是，他指出，“计算能力正在快速增长。当初我工作使用的第一台超级计算机，其计算能力为2500万次。橡树岭国家实验室最近安装的超级计算机，其处理能力是它的400亿倍。世界正在发生巨大变化。”

　　3）数字孪生保真度

　　各行业还必须找到创建和验证具有超高保真度模型的方法。为了拥有可靠的预测能力，数字孪生必须表现得与其在现实世界中的对应物一模一样。

　　4）互操作性

　　构建和培育工业元宇宙的公司需要具备开放性和互操作性的解决方案，以实现无缝、实时和同步协作。为此，他们需要建立开放的API、兼容的数据格式和协议，正如今天的互联网协议套件一样。这么做的目标在于使用通用的语言集成工业元宇宙。这样，用户仅需通过拖放操作即可将他们的数字孪生与数十个甚至数百个其他的数字孪生相连。

　　目前，大多数数字孪生都是通过漫长而复杂的设计和开发过程定制而成。这意味着实现这一目标并不容易。然而，在可互操作的开放系统和标准化平台支持下，各行业将能够将其数字孪生与合作伙伴和供应商的数字孪生连接在一起，从而创建更大的生态系统，形成更深入的洞察。中小型企业也将受益于互操作性和标准化，因为这将有助于开发成本较低的即插即用解决方案，从而加速其参与元宇宙。

　　5）下一个经济时代

　　工业元宇宙也将需要并创造新的商业模式。“构成工业元宇宙最重要的其中一部分是，它受到参与元宇宙的个人和企业的信任”，Hauptvogel表示。适当的监管不仅是为了确保并鼓励协作和互操作，同时也有助于解决隐私和安全问题，并保护数字资产的知识产权。

　　因此，雷鸟全球管理学院执行董事兼教授Landry Signe警告称，“政策制定者和商业领袖应该以目的为导向打造一个基于元宇宙的未来。”

　　此外，区块链可能是提高元宇宙安全性和隐私的关键因素。埃森哲技术创新执行董事Matthias Ziegler表示，区块链数字身份技术可以帮助行业更好地了解“他们在与谁互动，无论是作为一家想向人类出售服务和产品的公司，还是在不同机器和数字组件之间的互动中。”此外，基于区块链技术的不可替代代币（NFT）可以用于证明工业元宇宙中内容和资产的存在、真实性和所有权。这将实现数字资产全生命周期的价值创造，并催生新的商业模式，如数字孪生交易。

　　数字平台和市场也将成为关键的赋能要素，为各种规模的公司提供全面、开放和灵活的元宇宙解决方案。为数字世界专门设计新的融资工具同样重要。“很多时候，技术并不是阻碍企业快速转型的原因”，西门子金融服务公司首席执行官Veronica Bienert表示，“通常，金融障碍才是严重阻碍进步的原因。”大规模提供必要的融资产品需要金融和技术知识的结合，以及金融机构、机器制造商、终端客户以及整个生态系统中技术和服务合作伙伴之间的合作。

　　工业元宇宙落地场景

　　工业元宇宙将极大地改变当今竞争激烈的市场。通过在数字世界中映射和模拟真实世界的机器、工厂、城市和其他复杂系统，工业元宇宙将赋能汽车、医疗等行业以数字化方式解决极其复杂的现实世界问题。

　　在这一数字化新阶段将出现能够预测设备故障的虚拟传感器、改善物流效率的自动驾驶卡车、提高生产力的协作机器人以及精细的供应链优化升级。其影响力将远远超出产品开发和机械维护，赋能所有利益相关者超越地理限制开展合作，为产品设计和制造提供新的洞见。“你可以在工业生命周期的任一环节找到应用场景，并通过工业元宇宙对其进行优化”，西门子数字化工业软件产品管理可视化主管Ian Fisher表示。

　　工业元宇宙的一系列应用领域正在不断涌现，令人印象深刻。从制造业和运输业，到公用事业和城市发展，其带来的许多新功能将为各行各业创造价值。以下是元宇宙在不同行业的部分用例：

　　1）优化设计和工程建设

　　来自不同部门、不同地点甚至不同行业的团队成员将能够在协作环境中与客户互动、设计新产品并获得实时反馈，免去耗时、昂贵和资源密集型旅行的需要，也无需开发多个物理原型。此外，工业元宇宙创造了一个公平的工作环境。这意味着，分布式的跨学科团队能够平等地为项目做出贡献，每个人都能成为创新者，无需承担现实世界的风险和成本。

　　2）更广泛的测试和验证

　　在高保真、多物理模拟环境中，各行业可以在测试大量不同场景的同时，通过机器学习和合成数据训练赋能自主系统，从而缩短新产品的开发周期，改善新设施的设计效率，或在产品设计中尽早融入循环经济理念。

　　3）虚拟调试

　　使用制造系统的虚拟模型有助建立韧性，在早期阶段即可检测和纠正设计和软件的错误，无需担心中断生产线或浪费物理资源。

　　4）强化运营能力

　　通过模拟工厂或其他工作场所，团队成员可以在数字世界中收集数据。这些信息可以用于为各类人工智能用例提供支持，如虚拟工厂规划、自主机器人、预测性维护和大数据分析。此外，沉浸式实时模拟将为一线员工提供支持，提高他们在现实世界中的运营效率。

　　5）提供培训机会，留住人才

　　在当今劳动力市场紧张的情况下，组织无法承担因无法提供培训和职业发展机会而失去人才的损失。因为元宇宙可以超越地理位置的限制为员工提供远程访问专家技能和虚拟培训模块的机会。未来，这些技术将可能有助于缓解老龄化社会中劳动力短缺的问题。

　　工业元宇宙中，从整体制造工厂和交通网络，到不断发展的城市和高度复杂的人类系统，下一代数字孪生技术将运用到万事万物中。通过连接物理世界和数字世界，工业元宇宙不仅将改变组织的运作方式和员工的工作方式，还将通过推动可持续发展和改善人类生活，为社会带来重大利益。

　　（本文综合整理自工信部、西门子官网）