工業元宇宙—現實世界與虛擬世界互通的橋梁

孫柏林

(中國自動化學會專家咨詢委員會，北京 100000)

1 前言

自2021年“元宇宙”橫空出世以來，搶注元宇宙商標、布局元宇宙業務的企業不計其數。2022年兩會上，元宇宙也再度成為熱詞。針對“元宇宙”這一新興事物，人大代表和政協委員們在2022年全國兩會上建言獻策，認為要理性看待，堅持創新與監管并重，搶抓元宇宙的發展機遇。

工業元宇宙作為基礎設施將促進工業企業、行業生態發生革命性改變，同時，改變人的思維模式，促進創意、創新、創業，促進工業產品的高質量、精細化、豐富性、藝術性，創造巨大的經濟價值與社會價值。

元宇宙與工業場景的結合，無論是為企業構建洞察、提升工業效率還是在技術延展等方面，都舉足輕重。未來，工業元宇宙的價值空間不可想象。

當前，在各行各業中，不斷出現“××元宇宙”的詞匯，諸如：金融元宇宙、城市元宇宙、教育元宇宙、戰場元宇宙、工業元宇宙、商貿元宇宙、大健康元宇宙……等等，真的是繁花似錦，百花爭艷。

對于作者而言，主要是對于工業元宇宙情有獨鐘！本文就工業元宇宙談談一些看法。

2 初識元宇宙輪廓

關于“元宇宙”最有代表性的定義是：“元宇宙”是一個平行于現實世界，又獨立于現實世界的虛擬空間，是映射現實世界的在線虛擬世界，是越來越真實的數字虛擬世界。

其實，“元宇宙”早已有之。1992年，尼爾·斯蒂芬森(Neal Stephenson)的科幻小說《雪崩》(《Snow Crash》)出版，好評如潮?！堆┍馈访枋龅氖敲撎ビ诂F實世界的一代互聯網人對兩個平行世界的感知和認識。但是，不論是作者，還是書評者，都沒有預見到在三十年之后，此書提出的“元宇宙”(metaverse)概念形成了一場對于世界的強烈沖擊波。

關于“元宇宙”到底是什么，其實至今并沒有一個統一的概念，互聯網巨頭的理解也是各不相同。總之，“元宇宙”可能就是現實世界在虛擬世界的數字翻版。

清華大學新聞與傳播學院新媒體研究中心出版了一份《2020年-2021年元宇宙發展研究報告》，給“元宇宙”下了一個較為規整的定義：“元宇宙”是整合多種新技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態，它基于擴展現實技術提供沉浸式體驗，基于數字孿生技術生成現實世界的鏡像，基于區塊鏈技術搭建經濟體系，將虛擬世界與現實世界在經濟系統、社交系統、身份系統上密切融合，并且允許每個用戶進行內容生產和編輯。

概括地講，“元宇宙”將以虛擬的方式，深刻改變現有社會的組織與運作，形成虛、實兩極的新型生活方式，催生線上、線下一體的新型社會關系，并從虛擬維度賦予實體經濟新的活力。元宇宙將創意變成虛擬，再由虛擬變成現實提供了便利性、可行性，降低了研發成本，提高了工作效率與設備效率、資源利用率。

首先，“元宇宙”是一種互聯網應用和社會形態，它通過多種新技術整合來實現，比如在本文開頭提到的移動互聯網、5G、VR、AR、MR、ER、人工智能、物聯網、區塊鏈等。

其次，“元宇宙”能實現虛擬與現實的高度融合，所以，我們現在玩的VR、AR游戲并非完全的“元宇宙”，單純的虛擬世界也非完全的“元宇宙”。

第三，用戶可以產生或編輯內容，也就是說，人的化身本身就是這個虛擬世界的組成部分，這些化身可以在“元宇宙”中的規則下干自己想干的一切事情，可以建房子、開公司、賺錢養家，當然也可能為了利益發生化身與化身之間的沖突甚至群體與群體之間的沖突，所有的這些都是“元宇宙”中的內容。

清華大學新媒體研究中心執行主任沈陽還介紹，“元宇宙”主要有以下幾項核心技術：

一是擴展現實技術，包括VR和AR。擴展現實技術可以提供沉浸式的體驗，可以解決手機解決不了的問題。

二是數字孿生，能夠把現實世界鏡像到虛擬世界里面去。這也意味著在“元宇宙”里面，我們可以看到很多自己的虛擬分身。

三是用區塊鏈來搭建經濟體系。隨著“元宇宙”進一步發展，對整個現實社會的模擬程度加強，我們在“元宇宙”當中可能不僅僅是在花錢，而且有可能賺錢，這樣在虛擬世界里同樣形成了一套經濟體系。

如今，“虛擬世界聯結而成的元宇宙”，已經被投資界認為是宏大而前景廣闊的投資主題，成為了數字經濟創新和產業鏈的新疆域。不僅如此，“元宇宙”為人類社會實現最終數字化轉型提供了新的路徑，并與“后人類社會”發生全方位的交集，展現了一個具有可以與大航海時代、工業革命時代、宇航時代同樣歷史意義的新時代。

元宇宙時代，“萬物互聯”逐步走向“萬物互信”，再到“萬物交易”和“萬物協作”。

3 再識工業元宇宙

工業元宇宙不僅是元宇宙概念加上工業上的應用，它是一個極為復雜的技術體系，具有龐大工程科學需求的技術(XR、AI、LOT、云計算、區塊鏈、數字孿生)載體，能夠實現人、機、物、環境、系統等無縫連接。

元宇宙不是一種技術，而是一組技術概念的集合，它基于互聯網而生，是數字信息高度發展的產物。元宇宙是在兩個背景下出現的，一個是線下場景的數字化，主要體現在消費互聯網領域的社交和娛樂上，另一個是產業和工業的數字化轉型需求，也就是工業元宇宙。

業界提得比較多的一種定義是：工業元宇宙(Industrial metaverse)是以XR、數字孿生為代表的新型信息通信技術與實體工業經濟深度融合的工業生態，它通過XRAIIoT云計算區塊鏈數字孿生等技術打通人、機、物、系統等的無縫連接，將數字技術與現實工業結合，促進實體工業高效發展，構建起覆蓋全產業鏈、全價值鏈的全新制造和服務體系，是工業乃至產業數字化、智能化發展的全新階段。

在工業領域，元宇宙更是搖身一變，以工業元宇宙的概念成為繼工業互聯網之后，影響企業數字化轉型的新動能，甚至有觀點認為，數字化轉型的終局就是工業元宇宙。工業元宇宙覆蓋工業產品的設計、生產、應用、服務全過程，將促進工業經濟發展，也是未來的方向。虛實協同，展現智能制造的未來形態

專家們認為：“工業元宇宙是目前三維設計、虛擬現實、增強現實、人工智能、數字孿生、物聯網、5G網絡、大數據、云計算等新興技術的發展優化升級的有機大集成。作為基礎設施將大幅度提升算力、展示力、交互水平和通訊流量、速率、數據儲量，在改變人們思維模式，促進創意、創新、創業的同時促進工業產品的豐富性、高質量、精細化、藝術性，更具競爭力，進而創造巨大的經濟價值和社會價值。”

工業元宇宙“由虛向實”實現“虛實協同”。工業元宇宙，與“數字孿生”概念類似，兩者區別在于，數字孿生是現實世界向虛擬世界的1︰1映射，通過在虛擬世界對生產過程、生產設備的控制來模擬現實世界的工業生產；工業元宇宙則比數字孿生更具廣闊的想象力，工業元宇宙所反映的虛擬世界不止有現實世界的映射，還具有現實世界中尚未實現甚至無法實現的體驗與交互。另外，工業元宇宙更加重視虛擬空間和現實空間的協同聯動，從而實現虛擬操作指導現實工業。

元宇宙時代，工業產品也將發生相應的改變，主要是：

1)在消費領域，工業產品虛擬化達到可制造的水平，元宇宙強調沉浸感、真實感；而在工業領域，工業產品的虛擬化將達到可以實際生產的水平。

2)工業產品設計模式往往相對復雜，涉及多個領域，因此產品的設計是一個復雜的過程，稱得上是一個開放的復雜巨系統。典型的就是個性化產品、客戶定制產品，并不是所有零部件都需要定制，客戶不可以隨心所欲，而是要符合外在多樣性、內部標準化的過程，綜合考慮產品交期、質量、成本與服務便利性。

在工業產品的設計中，尤其要強調多工況的考慮。我國的工業產品逐漸走向全球，應用場景日益復雜，工業產品往往有較長的應用周期，隨著時間的變化，需要相應的維護保養，直至最終報廢。因此在產品的設計階段，不僅要考慮正常使用情況，還要考慮一些極限情況，如出現安全問題的緊急處置，未雨綢繆地設計預先防范機制尤為重要。另外，要面向全球范圍思考應用場景以及競爭產品、替代產品、客戶產品，這將促使產品設計達到世界級水平，乃至世界領先水平。

3)傳統的工業品給人冷冰冰的感覺，而進入元宇宙時代，不論是面向消費者的手機、冰箱、彩電、汽車等，還是面向專業應用的機床設備、工程機械等，都將會更加注重人的感覺和體驗，在產品的應用方面，也將結合人的能力、行為和心理，使產品更符合人的需求。將有更加美化、人性化的工業產品。

4)虛實結合的工業產品不僅僅是一臺單純的設備，還包括備品備件、安裝調試、維修服務等內容。在物聯網、工業互聯網、5G移動網絡的基礎上，工業元宇宙將使工業產品更加智能化、智慧化。

隨著元宇宙時代的到來，工業產品的能力將大幅提升，如工業機床設備、機械臂、機器人等。機床設備可引入視覺識別技術，應用人工智能，快速實現零件裝夾；水稻插秧機器人經過設置后，可以自動規劃路線、自動提升插秧臺，在遇到樹、電線桿等障礙物時會自動繞行；一架植保無人機噴灑農藥，每小時作業量可達50～80畝，效率是人工的40～60倍，同時可以節約50%的農藥使用量及90%的用水量。元宇宙時代的工業產品，不僅可以前端作業，而且可以有近端的大數據、人工智能、算力支持，遠程的人員支持、控制、操作與管理，乃至基于整體互聯網生態的數據、知識、智能迭代升級。

5)進入元宇宙時代，工業產品的信息將發生巨大變化，從信息化到數字化，意味著信息更加精確，從定性到定量。信息的完整性、時效性、實時性也都將大幅提升，由于網絡能力的提升，可以讓生產者與客戶、消費者建立起更強大的溝通場景，更好的溝通模式，從而取得更佳的溝通效果。

例如，以往傳遞的是二維圖，今后傳遞的可能是三維模型；可以傳遞產品的運動模型表達產品功能；可以傳遞仿真模型表達產品的剛度、強度。在制造過程中，客戶、消費者可以實時掌握生產的進度；生產者遇到問題時可以及時處理，從而避免更大規模的損失；如有新的創意，可以及時落實。在產品的應用階段，可以利用互聯網、物聯網、移動網絡技術，實現從數據孿生到信息物理系統，進而實時性地遠程仿真、操控、維護。

6)從智能制造到智慧制造通常意義上的制造過程是物質的變化過程，有切削、擠壓等物理變化，有合成藥品等化學變化，也有地理位置改變的運輸變化；進入信息時代，這些變化過程中也都將包含信息的變化。同時，制造過程也是人的作業過程。雖然目前一些工作已經沒有了人的參與，如全自動化工廠、黑燈工廠。但是人們認為，這種模式適用于工業產品的內在標準化部分，而不適用于完整的產品。作為整體的工業產品，需要人機結合。在硬件設備層面，由數字加工中心、自動化裝夾、智能刀具系統、機器人、自動運輸小車、流水線等組成；在生產控制方面，需要檢測技術、控制技術、自動化計劃等；在生產指揮方面，需要計算機技術、大數據技術、人工智能技術。工業產品的制造過程是效率、成本、質量、客戶滿意度的平衡與優化，很多工作還是需要人來完成，如生產調度、異常情況的解決、生產過程的改進、產品的優化等。

展望未來，工業元宇宙支持實施預測工業系統的新時代。例如：英偉達和寶馬汽車構建智能汽車工廠的數字孿生，將寶馬汽車的生產過程全部數字化，共同展示了一個逼真的實時數字模型(一座寶馬高度自動化工廠的數字孿生)如何加快現代化制造的速度。寶馬汽車高管 Nedeljkovi 表示道：“這些創新將幫助我們縮短規劃時間、提高靈活性和精度，最終使規劃效率提高30%”。

7)工業產品應用也是不斷改進升級的，美國提出的工業互聯網就強調工業產品的智能化，如從航空發動機到芯片、網絡設備、電信運營商、數據分析及展示的綜合集成。進入元宇宙時代，我們需要綜合考慮如何使工業產品保持正常的工作狀態和工作能力。

進入元宇宙時代，工業產品應用需要達到一個更高的水平。例如，監控數據展示的內容不僅僅是簡單的復刻、映射，更要強調利用AR等技術，讓人更好地覺察系統的異常。這里沉浸感只是其中一個要素，要考慮人的響應時間、操作速度等內容，從而使監控水平提高到一個顯著改進的層級。再如問題的處理，在產品的設計階段，往往已經進行了大量的預測，但是難免還會有小概率事件發生，那么如何應急響應，如何快速處理？就需要當前場景信息的完整、精細、正確、實時地傳遞。隨著工業產品應用的智能化，工業產品的營銷模式也改變了，如一臺工程機械可以采取融資租賃的形式，使用人員可以用較小的成本使用工程機械，假如使用人員不按時繳納費用，企業可以遠程停止工程機械，或者查詢工程機械位置后將其運回。在宏觀層面，制造企業可以根據工程機械的開工情況，預測經濟形勢，以制訂更合適的經營決策。

工業產品的典型制造過程，實際上制造過程可以更為細化，而且可能往復迭代。在元宇宙時代，更要強調集成，元宇宙涉及的各種技術、場景、應用更為繁雜，對要素之間的數據架構、模型、接口等內容要求更高，強調大集成能力，這種單元提升與大集成所帶來的將是工業的顯著性改進。

元宇宙時代，人不僅是消費者，也是生產者，更是創造者。個人要有元宇宙的思維模式，要敢于想象，制訂一個以往不可能實現的目標，并針對這個目標進行深度思考，也許就可以發現一些未曾想到的資源、創意，也就是靈感。將這種靈感表達出來，并利用接力式創新予以轉化，促進個人、產品、企業跨越式發展。

8)從基層創新到戰略創新企業的構成包括人、財、物，而人顯然是其中最具活力的部分，是具備靈性的，因此構建創新文化，發揮人的積極性至關重要。在元宇宙時代，個人可以利用更好的創新工具，如借助三維設計軟件、仿真軟件，基于計算機構建虛擬樣機，模擬多種場景(工況)下的狀態，工業產品的創新成本可以大幅度下降。而通過網絡系統，可以連接企業內部、企業供應鏈，乃至全世界的相關人員，并且可以利用VR/AR/XR等技術實現展現、交互、交流，從而更好地認識、評價、改進、創新工業產品，或者說對產品進行不斷改進。在企業層面，則從全企業的維度思考新產品和產品改進，促進基層創新上升到戰略創新。當然企業在元宇宙時代也需要積極推進創新文化，改進管理思路，從管理員工變成賦能員工，從而讓企業更具活力。

9)虛擬人與虛擬身份在工業企業中，早已應用了實物的虛擬人，如汽車碰撞試驗中使用假人。也有虛擬的假人，如在設計車間生產線時，考慮人機工程，也就是讓機器、裝置更適合人的生理機能與心理特征，使人在工作時更省力，感覺舒服，讓人體的骨架結構能夠適應，肌肉組織能夠操縱，精神系統能夠控制，同時要保障人體的安全。進入元宇宙時代，這種虛擬人將會有更為廣泛的應用。

另外在工業企業中，更要強調虛擬身份。例如，因為個人的身份原因，往往會人微言輕，那么建立匿名的合理化建議系統，就可以大幅度減少這樣的問題。再如，構建虛擬組織，可以引入外部資源，像星期天工程師、外部專家庫，“不求我有，但求我用”，可以大幅度提升企業的能力。同時隨著互聯網、通信能力的提升，外部人員、專家不必親臨現場，可以做到遠程指導、遠程操控、遠程交流、遠程解決問題、遠程協同創新。

10)人機結合的表現進入元宇宙時代，不能把人與機器簡單地分離，而是要集成性地看待，工業的制造過程不僅是物的變化過程，也是信息的變化過程，更是人的作業過程，人與機器結合，人與大數據、云計算、人工智能相結合，才是正確的方式，或者說是趨勢。

元宇宙來臨，個人是重要的主體，只有讓個人的價值發揮出來，讓創意變成產品，讓產品規?；a，才能真正創造出巨大價值，因此元宇宙賦能工業企業意義重大。元宇宙代表多種新興技術與理念，在企業中應用，可以采用總體規劃、分步實施、重點突破、效益驅動的模式，根據自身的具體情況，從單元技術到內部平臺，再到外部平臺，乃至工業元宇宙平臺推進發展。

4 工業元宇宙推動智能制造

自2010年以來，人類進入技術革命蓬勃發展的新時期，在5G、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈、VR/AR等技術深度融合發展的今天，我們看到元宇宙已進入快速發展的前沿發展賽道。那么在工業領域，元宇宙又將對我國的智能制造產業發生什么樣的變化呢？

工業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與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，是致力于推動制造業數字化、網絡化、智能化轉型升級的新型生產方式。工業元宇宙則更像是智能制造的未來形態，以推動虛擬空間和現實空間聯動為主要手段，更強調在虛擬空間中映射、拓寬實體工業能夠實現的操作，通過在虛擬空間的協同工作、模擬運行指導實體工業高效運轉，賦能工業各環節、場景，使工業企業達到降低成本、提高生產效率的目的，促進企業內部和企業之間高效協同，助力工業高質量發展，實現智能制造的進一步升級。展望一下，工業元宇宙賦能的工業場景(見圖1)

圖1 展望工業元宇宙賦能的工業場景

工業元宇宙的應用迫切性：“作為一個企業，不是孤立的，需要與其它企業保持一致，而為了更好地提升企業的核心競爭力，甚至很多時候都要領先一步，這樣才能贏得市場。而工業元宇宙的發展，恰恰為企業創新發展、搶占先機提供了更多的空間和機會。”

元宇宙作為一種新興的理念、技術、生態，結合企業的具體業務進行探討分析其應用，將可以更好地理解具體執行的模式、應用的方法，帶來業務變化，分析投入產出，創造更大價值。

安全管理是工業元宇宙落地的重要應用之一?！霸跍蕚潆A段，通過工業元宇宙建立一套智能系統，安全人員輸入當日任務信息后，系統展示出相關材料，這樣具備針對性，就可以大幅度提高效率。一些不確定的問題，系統可以進行智能性的探索性應答。采用虛擬化模式，人機交互的形式進行預演及檢查確認，然后上崗。安全工作涉及的材料很多、范圍很廣，采用這種有針對性的人工智能模式會大大提高預期工作成效。在工作進行和管理階段，安全人員可攜帶一些具備邊緣計算、傳輸能力、信息采集、遠程遙控等功能的元宇宙設備，如果出現疑難問題，就可以在第一時間向后臺服務器、云計算中心提交請求。使得安全人員可以更好地掌控態勢、順利解決。尤其對于一些風險較高的工作例如核設備的檢測，可以實現遠程的監控、指導，有效避免了安全隱患的發生?！?/p>

工業元宇宙的應用，不僅提高了工作效率、降低了生產成本、提高了產品品質，還在以人為本的前提下加強了安全管理、避免了安全隱患。由此可見，工業元宇宙技術的真正落地、有序推廣是行之有效的。

工業元宇宙蓄勢待發，未來制造業如何發展？未來，工業領域將會實現與“元宇宙”的深度融合，集聚行業上下游資源，為制造業強勁發展注入新動能，推進智能制造產業轉型升級。

隨著傳統制造向智能制造不斷轉型升級，傳統制造將更好地結合“工業元宇宙”轉型智能制造，為提高生產效率、降低生產成本的智能制造高質量發展貢獻科技力量。

將兩化融合、智能制造、數字化轉型與元宇宙結合，提高其技術水平、能力，將對工業產生巨大影響，從而促進工業企業產品、工業企業生產過程中和工業產品質量上升到卓越水平。

專家建議：“通過工業元宇宙體系構建，立足制造本質，緊扣智能特征；以工藝、裝備為核心；以數據為基礎；依托制造單元、車間、工廠、供應鏈和產業集群等載體；構建虛實融合、知識驅動、動態優化、安全高效的智能制造系統，實現工業元宇宙和智能制造深度融合發展?！薄肮I元宇宙的亮點在于通過虛擬世界帶動實際生產制造的效率提升以及模式創新，而工業互聯網已有較為豐富的積累，也提高了工業企業對新興技術的認可度，脫虛向實的雛形已基本形成?！薄?/p>

展望未來，應用場景將覆蓋產品全生命周期?，F階段工業元宇宙的大部分案例更趨近于“數字孿生”技術的應用。展望未來，工業元宇宙的應用場景將覆蓋從研發到售后服務的產品全生命周期，由“虛”向“實”指導和推進工業流程優化和效率提升。以下從研發設計、生產優化、設備運維、產品測試、技能培訓等多個環節切入，展望工業元宇宙可能的應用場景。

虛擬與現實相結合的技術，一語道破了元宇宙背后深層的工業邏輯。“工業的發展就是在虛擬與現實之間不斷輪轉?！币晃恍袠I分析師將傳統工業與數字技術之間的關系，比喻成一條螺旋纏繞的DNA鏈，兩者相互促進又密不可分?！盎仡櫄v史會發現，早期的數字技術幫助工業完成了第一輪變革，并改變其發展模式，這是一個由實向虛的過程?！?/p>

科技迭代進化，人們已經不滿足于當前的網絡層次體系，開始追求更極致的體驗。在這樣的時代背景下，現實世界與虛擬世界相鏈接，兩個世界相互映射、交互，催生出新的概念——元宇宙，這給各行業創造了新的發展機會，也提出了挑戰。

5 元宇宙帶來的變化

元宇宙將帶來哪些產業變化或社會新趨勢？

2022年是元宇宙發展的關鍵一年，互聯網迭代升級將全面提速。從產業、數權、組織、身份、文化、金融六大維度看，未來元宇宙將帶來六大趨勢和產業發展新變化。

趨勢一：數字經濟與實體經濟深度融合。這主要指在元宇宙中產業全面升級，數字資產與實物資產孿生。在元宇宙時代，“萬物互聯”將逐步走向“萬物互信”，再到“萬物交易”和“萬物協作”。在這個過程中，交易不僅在人與人之間發生，人與機器、機器與機器之間的交易也會頻繁發生，到那時，產業必須整體升級，每個環節都必須實現完全的數字化。比如，每個智能硬件需要有自己的數字身份，交易機制必須完全實現自動化，交易媒介必須可編程，支付方式應實時清算。數字化技術給產業帶來的變化絕非簡單的技術升級，而是底層商業模式和產業鏈條的革新。元宇宙時代會有與現在完全不一樣的產業圖景和商業形態，數字經濟與實體經濟將深度融合。

趨勢二：數據成為核心資產。在元宇宙中，數據就是財富，數據權利將被充分保護。未來在元宇宙中，中心化互聯網機構壟斷數據資產、濫用用戶隱私數據的模式將會終結，取而代之的是一個充分實現數據權益保護、數據資產化和要素化的全新經濟體系。區塊鏈技術可以作為“確權的機器”提供一種極低成本的數據確權服務，并通過智能合約實現數據的交易和價值分配，從而讓數據成為每個人真正的資產，讓數據價值最大化。

趨勢三：經濟社群崛起壯大。在元宇宙中，經濟社群將成為主流組織方式，數字貢獻引發價值分配變革。元宇宙時代，組織形態的升級是比資產形態和商業模式變革更加深層次的變化，“公司組織”將逐步衰落，開放、公平、透明、共生的“經濟社群”有望成為主流的組織形態，組織目標轉變為“社群生態價值最大化”，以組織變革的力量，助力各行業實現效率變革，開創更加公平、更加普惠、更加可持續的數字經濟新范式。

趨勢四：重塑自我形象和身份體系。數字形象比物理世界中的實際樣貌更能反映一個人心目中理想的自我形象，是一種深層次的自我認知在數字世界的投射。因此，隨著數字生活與社會生活的進一步融合，以及我們的日常生活全方位地向元宇宙遷移，數字形象也將成為我們主要的社交形象。數字身份則是元宇宙中一切數字活動的基石，每個人都將擁有一個具有通用性、獨立性、隱私性的數字身份。數字身份可打通身份、數據、信用和資產體系并逐步與現實身份融合，從而保障我們在元宇宙中的美好生活。

趨勢五：數字文化大繁榮。在元宇宙時代，來自物理世界的物質性約束越來越少，創意可能會是唯一稀缺資源。因此，元宇宙時代也將是數字文化大發展、大繁榮、主流化的時代。IP將成為元宇宙中一切產業的靈魂。其中，NFT(非同質化數字商品技術)作為數字文創產品的價值載體，有望成為元宇宙的核心資產類別。

趨勢六：數字金融實現全球普惠。元宇宙中DeFi(DecentralizedFinance分布式金融科技)將加快金融服務數字化變革，可編程交易實現金融智能化。在元宇宙中，數字與實體將全面融合，一切經濟活動都會向數字經濟轉變。這就要求金融服務實現數字化，并且不僅僅是形式上的數字化，而是真正的普惠化，讓每個人都能低成本、高效率地使用數字金融服務。

在這六個大趨勢的變化路途中，各行各業的應用場景都將得到革命性改造。同時，元宇宙并不僅僅是基于單獨某一項技術的發展，而是用應用把技術的“點”連成“線”，不斷融合創造了大量“新物種”，由此也會誕生工業元宇宙、商貿元宇宙、金融元宇宙、教育元宇宙、文化元宇宙、大健康元宇宙等產業元宇宙的應用和相關產業。

6 工業元宇宙應用實例

案例一，元宇宙在電力系統中的應用

元宇宙是整合多種新技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態。隨著“碳達峰、碳中和”目標與新型電力系統的提出，在元宇宙中建設電力系統是未來發展的趨勢。

元宇宙自誕生以來就與電力系統領域緊密耦合?，F階段，電力系統正處于轉型升級的開始階段，電網運行信息、電力企業運營信息都在從實體到數字化升級，電力系統的物理載體和運營主體都在發生著數字化的變革，為融入元宇宙奠定了基礎。開創電力系統與元宇宙相關新概念、新技術、新應用融合發展，是電力系統轉型的重要步驟。

元宇宙中的電力系統是建設數字化、信息化、智能化新型電力系統的有效驗證手段，新型電力系統需要大量的數字化仿真建模分析，將在元宇宙中呈現現實設備與數字化設備的高度融合。元宇宙電力系統能夠為新型電力系統建模、穩定分析、運行控制提供技術支撐，因此元宇宙提供了沉浸式仿真的有效工具，對實現雙碳目標具有重要的意義。

針對元宇宙在電力系統的應用，通過數字孿生技術、物聯網技術2種手段來認知元宇宙繼而分析元宇宙中的電力系統。不同于現在的虛擬現實，元宇宙具備虛擬融生、多元化、沉浸感、經濟系統和文明四大特點。

實際運用有：元宇宙電力系統數據中心；元宇宙電力系統實體反饋；元宇宙電力系統優化調度；元宇宙電力系統運行控制；元宇宙電力系統智能巡檢與故障診斷；電力系統動態仿真；人與元宇宙電力系統交互；以及元宇宙中電力系統的潛在應用與前景等等。

案例二，節能減排綠色電力，可視化打造智慧虛擬電廠

虛擬電廠通過協調控制、智能計量以及信息通信等技術聚合 DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車等不同類型的分布式能源，通過更高層的軟件構架實現多個 DER 之間的協調優化運作，達到資源的優勢配置和使用，并作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統。

借助圖撲的 HT for Web 產品，能有效進行數據融合，將分散的 DER 聚合到可視化系統中統一進行管理，通過 Web 提供豐富的展示形式和效果?！疤摂M電廠”的可視化協調控制減小了以往 DER 并網對公網造成的沖擊，降低了 DG 增長帶來的調度難度，使配電管理趨于合理有序，提高了系統運行的穩定性。

在未來城市能源管理系統中，虛擬電廠控制平臺將在城市配網中將廣泛應用。城市虛擬電廠通過物聯網實時匯總終端用電設備的狀態和需求信息，實現對分布式發電機組、可控負荷、儲能設施實時調控管理，通過與輸電網的信息實時交互實現電力供需平衡。還可以將相關信息實時傳輸至電碳市場中心和電網調度控制中心，構建分時、梯度的虛擬電廠群，主動響應電網調度信號，參與電力市場交易和電網運行。

案例三，元宇宙在汽車行業中的應用

元宇宙可深度賦能工業 4.0，為汽車制造提供數字化支撐。汽車生產制造逐步向平臺化、模塊化和智能化邁進。

產品數字孿生體是其中核心概念。產品數字孿生體是指產品物 理實體的工作狀態和工作進展在信息空間的全要素重建及數字化映射，是一個集承集成的多物理、多尺度、超寫實、動態概率仿真模型，可以用來模擬、監控、診斷、預測、控制產品物理實體在 現實環境中的形成過程、狀態和行為，產品數字孿生體基于產品設計階段生成的產品模型，并在 隨后的產品制造和產品服務階段，通過產品與物理實體之間的數據和信息交互，不斷提高自身的 完整性和精確度，最終完成對產品物理實體的完全和精確的數字化描述。產品數字孿生體的基本 功能是模型映射、監控與操縱、診斷、預測。

設計研發領域：數字孿生可建立物理對象的虛擬映射，主要表現為建立實體模型的三維模型,并運用裝配、動畫等方式模擬零部件的運動方式。該技術可于汽車生產制造領域得以應用，可通 過建立數字三維模型，映射汽車在運行過程中發動機內部各個零部件、線路、接頭等方面的數字 化情況，從而實現對產品狀態的判斷。

其他，還可以在模擬測試、工業生產、新技術研發等領域發揮重要作用。

案例四，智慧水務綠色集約化發展

Hightopo 應用自主研發的 HT 產品，搭建了以廈門區域為載體的 2D 智慧水務可視化解決方案。界面摒棄了以往傳統的地圖模式，采用更加簡潔的六邊形色塊拼接出湖泊水庫等地形，河流分支則運用更加簡化的線條予以展現，再選用不同顏色標明泵站、自來水廠、污水處理廠、非飲用水、飲用水水源及水源保護區域位置。如此設計更容易突出業務內容，讓管理達到事半功倍的效果。

兩側面板用于展示采集到的實時數據統計，以供水調度數據為基礎，為給水系統、排水系統、污水處理系統等眾多子系統提供運營數據分析、設備運轉、水量管理、安全管理等業務支撐。形成感知、診斷、調度、預警、校正一體化水務管理體系，為用戶打造規范化、精細化、智能化的水務運作流程。

案例五，鋼鐵行業——寶武鋼鐵打造AR智能運維系統，開啟全新設備運維方式

在2020年，AR在鋼鐵行業的應用就可以說是初戰告捷了。疫情期間，華菱湘鋼的工程師通過亮風臺提供的AR眼鏡以及AR遠程通訊與協作平臺HiLeia的凍屏、實時標注等功能克服了疫情影響，與中德奧三地專家進行遠程無障礙溝通協作，順利實現跨國遠程裝配。這是我國鋼鐵業首次通過5G+AR進行跨國遠程裝配。在此后一年，華為即聯合三大運營商、亮風臺、寶武、華菱湘鋼、河鋼、柳鋼、首鋼等撰寫發布了《5G智慧鋼鐵白皮書》，明確“5G AR遠程裝配”為5G智慧鋼鐵十大應用場景之一。

到2021年，寶武鋼鐵引入亮風臺AR技術與應用，打造了”AR智能運維系統”，為冶金企業帶來了全新的設備運維工作方式。

以往，在需要原廠專家遠程協助、后端專業技術人員與現場點檢人員信息交流、檢修作業的多崗協同場景下，往往只能采用郵件、電話、微信等方式進行信息交換和溝通協作。基于當下信息化、智能化技術的飛速發展，以電子郵件、電話等方式傳遞信息、數據的效率已經不能滿足高效、智能的工作需求，而使用微信等互聯網即時通訊工具雖然一定程度解決信息傳遞效率的困擾，但同時又衍生了企業數據安全、信息碎片化等一系列問題。

案例六，綠色數治開采工藝：3D 可視化智慧礦山

采用 Hightopo 自主創新的 HT 產品搭建 3D 輕量化大型智慧礦山解決方案，根據礦山現場的 CAD 圖、鳥瞰圖、設備三視圖等資料還原外觀建模，圍繞以數字化開采、高速掘進、智能通風排水供配電、篩煤工藝等內容為主體的三維立體可視化管理系統。

等等。

同時，工業元宇宙還在智慧城市、智慧園區、智慧工廠、智慧農業、智慧交通、智慧港口、智慧機場、智慧航運、消防應急等方方面面發生著潛移默化的改變，將“工業元宇宙，一起向未來”的理念發揮到極致。

7 小結

工業元宇宙令現實世界與虛擬世界互通發展，呈現虛實融合互相影響的形態，需要強大的算力、網絡等基礎技術作為底座，也需要強大的芯片、傳感器、光學鏡頭、VR/AR等硬件設備支撐工業元宇宙的想象和發展。為促進工業元宇宙從概念落實到應用，需要進一步開展多方面研究和建設。對于工業元宇宙，我們倡議政府和企業可以布局和發展工業元宇宙相關技術，不要過度吹捧概念，避免基礎不牢導致“泡沫”過多。

一方面，要加速數字化、算力等新型基礎設施建設，加強云計算、大數據、人工智能等基礎技術研究。一是持續推進數字化基礎設施建設，推進“雙千兆”網絡部署與應用，支持工業企業運用新型網絡技術和先進適用技術改造建設企業網絡，為工業元宇宙提供高帶寬、低延時、高可靠的網絡接入能力。二是加速建設數據中心，開展算力提升行動，推進國家樞紐節點之間進一步打通網絡傳輸通道，加快實施“東數西算”工程，提升跨區域算力調度水平。三是鼓勵高校、科研院所、企業等組織推進云計算、大數據等技術研究，加速工業元宇宙轉化進程。

另一方面，應加強VR/AR等相關硬件設備研發與應用，推進光學鏡頭、顯示面板、主控芯片、傳感器、存儲器等關鍵設備技術升級。一是推進關鍵核心技術“揭榜掛帥”行動，針對芯片、傳感器、存儲器等核心技術和工具設備研發設立專項研究課題，面向高等院校、科研院所、企業等組織“揭榜掛帥”，呼吁有能力的組織圍繞薄弱環節開展自主研發或聯合研究。二是加速推進建模、仿真類工業軟件開發，支持有基礎的企業持續開發和完善研發設計類工業軟件，鼓勵社會資本、產業基金支持我國研發設計類工業軟件發展，拉近當前我國研發設計類工業軟件與國外的差距，加速補齊短板，為元宇宙賦能工業奠定基礎。

展望未來，工業元宇宙的應用場景將實現產品全生命周期覆蓋。要筑牢基礎，迎接“工業元宇宙”時代的到來。讓我們共同攜起手來，一起共赴工業元宇宙的智慧之旅，共享工業元宇宙帶給我們的便捷與福祉！