以加快工業元宇宙場景建設推動哈爾濱制造業轉型升級研究

摘 要：面對復雜嚴峻動蕩的外部環境，我國經濟保持了穩定的增長，為進一步推動我國經濟實現高質量發展，習近平總書記提出了新質生產力的概念。工業產業的轉型升級是解放生產力、進一步釋放我國經濟活力的重要課題。元宇宙作為集成虛擬現實、區塊鏈和人工智能等先進技術的載體，不僅體現了新質生產力中技術創新的核心要求，更有助于工業企業的數字化轉型推動產業升級。通過對工業元宇宙相關概念進行介紹并利用案例研究分析了工業元宇宙在企業生產制造全過程中的場景應用，結合哈爾濱市工業元宇宙產業發展現狀和所面臨的問題，最后從加強元宇宙核心技術研發、提升元宇宙產業發展、推進工業元宇宙場景建設、構建元宇宙生態體系四個方面給出對策建議。因此，加快工業元宇宙的場景建設對于哈爾濱工業制造業的數字化轉型和產業升級具有重要意義。

關鍵詞：工業元宇宙;場景建設;制造業;產業升級

中圖分類號：F12" "文獻標志碼：A" "文章編號：1002-2589（2025）01-0093-04

習近平總書記對于新質生產力的提出，是對我國經濟發展給予的重要指示和提出的新要求。2024年7月，中國共產黨第二十屆中央委員會第三次全體會議通過了《中共中央關于進一步全面深化改革 推進中國式現代化的決定》，其中強調了技術革命性突破、生產要素創新性配置、產業深度轉型升級。元宇宙作為新興技術領域的代表與實體經濟的深度融合，恰恰契合了新質生產力形成發展中的“技術突破”“要素配置”和“賦能產業升級”三個內容。推進工業元宇宙場景建設并賦能哈爾濱制造業轉型升級可以促進哈爾濱實現高效能、高質量的數字化生產，為哈爾濱構建新型工業化和打造現代化產業體系提供巨大助力。

一、工業元宇宙相關概念

（一）工業元宇宙的定義與內涵

工業元宇宙是基于元宇宙的概念和技術，與工業制造相結合的新型產業形態。它將虛擬現實、增強現實、物聯網、人工智能等技術應用于工業生產的全過程，實現虛擬世界與現實世界的融合。在新一代信息技術引領下，工業元宇宙可以打造出工業領域的要素鏈、產業鏈、價值鏈協同互聯的數字工業體系，是我國制造業產業邁入數字化和智能化全新發展階段的虛擬融合新模式。

工業元宇宙的內涵可以從三個方面理解：

1.工業元宇宙是工業生產的數字化應用。工業元宇宙體現了虛擬對現實經濟的數字化映射和模擬，其中不僅體現了工業生產制造過程中的數字化映射，更代表了其對工業生產全方位的數字化管理。

2.工業元宇宙是虛實協同融合的工業互聯網系統。工業元宇宙將用戶與機器、不同的機器裝備、實體機器與數字虛擬體實現聯通，打造出虛實融合的沉浸式聯通與操作系統，完成現實生產向虛擬空間的延展轉移。

3.工業元宇宙是數字經濟與現實深度融合的新載體。工業元宇宙的場景應用體現出虛擬對于現實經濟的映射、交互和融合，有利于提升工業制造業的智能化和數字化，賦能產業的高效高質量發展。

（二）工業元宇宙的基本特征

工業元宇宙相較于傳統工業，主要有以下特征：

1.高度集成化。工業元宇宙將分散的工業設備和系統整合到一個統一的數字平臺，實現信息的實時共享和高效協同。

2.高度智能化。通過引入先進的人工智能和機器學習技術，工業元宇宙能夠實現自主決策、自我優化和自我修復，極大地提高生產效率和生產質量。

3.高度可視化。工業元宇宙提供了豐富的可視化工具，使得生產過程的每一個環節都能夠被直觀地呈現和監控，為生產管理者的決策提供支持。

4.自主創造。工業元宇宙支持用戶在虛擬環境中進行自主創造，提升資源配置的效率和優化生產流程的設計。

5.虛擬生產。通過虛擬現實技術，工業元宇宙能夠實現虛擬生產，減少實際生產中的資源消耗和環境污染，是實現綠色低碳經濟的有效手段。

6.協同合作。工業元宇宙促進了不同部門和團隊之間的協同合作，提高了整體工作效率，節約了生產和交易成本。

7.沉浸體驗。用戶可以在虛擬環境中進行沉浸式交互，參與生產和管理過程，提升用戶體驗，從而更好地進行消費選擇。

8.交互共同參與。工業元宇宙鼓勵用戶共同參與設計和生產過程，實現多方協同和資源共享，對于產品和生產方式的創新有著重要意義。

9.共識機制。通過區塊鏈技術，工業元宇宙實現了多方共識，確保數據的安全和透明，能夠實現各方對于產品生產和銷售等環節的全方位溯源和監管。

（三）工業元宇宙的技術支持

工業元宇宙的核心技術主要包括以下幾項：

1.虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術。通過創建虛擬環境和增強現實體驗，工業元宇宙可以為用戶提供沉浸式的體驗，讓其更好地理解和操作工業設備和流程。VR技術可以用于培訓員工、設計產品、模擬生產過程等，而AR技術則用于指導工人進行維護和維修工作、提供實時信息和數據等。

2.數字孿生技術。數字孿生是工業元宇宙的核心技術之一，通過創建物理系統的虛擬副本，實現對物理世界的實時監控和預測。數字孿生可以幫助企業更好地理解和優化生產過程，例如在汽車制造中仿真和優化生產過程，或在軌道交通中實時監控和優化列車運行。

3.人工智能（AI）技術。AI技術在工業元宇宙中的應用包括提高生產效率、增強產品質量、提升客戶服務水平、促進企業數字化轉型等。通過智能化技術，工業元宇宙有助于企業更加及時、準確地分析和解決生產中所出現的問題。

4.交互技術。人機交互技術在工業制造中可以有效地提高生產效率、提升產品質量、降低人工成本。在人工智能、擴展現實（XR）等技術支持下，人機交互帶來了生產者、機器設備、生產系統和消費者之間新的互動方式和交互體驗。

5.3D引擎技術。3D引擎技術有助于各種場景管理、提升渲染和視覺效果、增強物理模擬的真實感、支持開發者的多平臺創作，在工業元宇宙領域的應用價值非常顯著，實現生產的跨平臺協作。

6.區塊鏈技術。區塊鏈是一種分布式賬本技術，以其獨特的分布式數據結構、共識機制和智能合約為內核，展現出安全性高、不可篡改、擴展性強等特點，從而保障工業元宇宙系統的公開、安全和透明，為工業元宇宙的構建提供強大的技術基礎。

7.物聯網（IoT）技術。物聯網技術通過信息傳感設備可以將現實中的實物連接到網絡，實時進行數據采集和數據傳輸，支持工業元宇宙的數據采集和處理需求，有助于完善智能化的監管功能。

二、工業元宇宙的應用場景分析

工業元宇宙的應用場景是通過先進的信息技術手段對現實世界的物理場景進行數據采集，然后在數字空間中設計模擬場景，從而構建在虛擬世界中的數字孿生模型。應用場景簡單講就是仿真虛擬環境的構建，力求還原工業企業生產制造的全過程，構建出與現實工廠同步的虛擬工廠甚至超出物理規律的虛擬場景。元宇宙技術的場景應用能夠為工業制造賦能，可以打造出研發、生產、供應、銷售和服務各領域的全新協作模式。

工業元宇宙在生產制造各個環節的應用場景：

場景一：設計與創新。通過工業元宇宙的虛擬現實技術，設計師和工程師可以在虛擬環境中進行產品設計和模擬，無需實際制造物理原型。這大大縮短了產品開發周期，降低了生產成本，大幅提高了設計的準確性和創新性。

場景二：生產規劃與優化。利用數字孿生技術，工業元宇宙可以創建工廠、生產線和設備的虛擬模型;企業可以進行生產規劃、流程優化和模擬，提前找到可能存在的問題并做出相應的優化和調整。

場景三：培訓與教育。工業元宇宙幫助員工體驗沉浸式的培訓。通過虛擬現實和增強現實技術，員工可以模擬實際工作場景，進行操作演練和技能培訓。例如，模擬機械維修、焊接、裝配等操作，讓員工在安全的環境下進行實踐練習，提高了培訓效果和安全性。另外，可以實現遠程協作和學習，不同地點的學生或團隊成員可以在虛擬環境中共同參與項目、進行討論和合作，促進知識共享和團隊合作的能力培養等。通過沉浸式、交互式的學習環境，提高學習效果、降低成本，并促進知識的傳播和技能的提升。

場景四：物流與供應鏈管理。工業元宇宙的物聯網技術進一步提高了企業對產品供應鏈的實時監控和管理。從原材料采購到產品配送，每個環節都可以在元宇宙中進行追蹤和優化，提高了供應鏈的透明度和效率。不僅如此，供應鏈和物流信息的實時監管，可以讓企業更有效地規劃生產從而應對市場對于產品的需求變動，這種生產效率的提升有利于為企業帶來更高的利潤。

場景五：售后服務與維護。通過工業元宇宙，企業可以提供遠程維護和支持服務。利用工業元宇宙的虛擬現實技術，技術人員可以通過遠程連接進入客戶的設備或系統的虛擬模型，進行實時的診斷和維護。除此之外，結合物聯網和傳感器數據，工業元宇宙可以實現對設備的實時監測和分析，預測設備的故障風險，及時向客戶提供維護建議和計劃，客戶也可以自行查詢產品信息、解決常見問題。

三、哈爾濱市工業元宇宙產業基本情況

2023年全球工業元宇宙行業的市場規模接近184億美元。近年來，我國工業元宇宙行業實現了較快發展，2023年我國工業元宇宙行業市場規模達到175億元，同比增長18%。但哈爾濱在工業元宇宙產業的發展還處于起步階段。

政策扶持。黑龍江省和哈爾濱市對元宇宙產業給予了高度重視和政策支持，包括資金扶持、稅收優惠、專項資金支持等，為哈爾濱工業元宇宙的發展提供了良好的政策環境。例如，黑龍江省政府面向新一代人工智能及元宇宙等未來產業，最高給予2 000萬元的資金支持。

企業參與。哈爾濱本土企業，例如愛威爾科技有限公司，已在工業元宇宙領域取得了顯著成果，其中一些成果在2021和2022年連續兩年成為國家工信部新型信息消費示范項目，為國內外教育、工業、文旅等眾多行業的客戶提供元宇宙技術服務，成為東北三省元宇宙行業領軍企業。

技術積累。哈爾濱市的哈爾濱工業大學等高校院所在人工智能、虛擬現實、增強現實、5G通信等關鍵技術領域擁有深厚的科研實力和技術積累，是哈爾 濱市工業元宇宙發展的人才保障和技術支撐。2022年成立的虛擬現實數字技術研究院（哈爾濱）是由哈爾濱愛威爾科技有限公司與黑龍江省工業技術研究院聯合組建，以新型研發機構模式運行。研究院積極推動數字技術、創意設計賦能實體經濟，并在工業元宇宙領域開展了一系列技術研發和創新應用工作。

應用場景拓展。工業元宇宙在哈爾濱的應用場景不斷拓展，包括智能制造、智慧礦山、產品設計和創新、供應鏈管理、設備維護和故障預測等多個領域。這些應用場景的拓展會推動工業元宇宙在哈爾濱的快速發展。

總之，哈爾濱工業元宇宙在政策支持、企業參與、技術積累和應用場景拓展等方面均取得了一定的成果，展現出了良好的發展前景。由于工業元宇宙是一個新興領域，哈爾濱發展工業元宇宙產業的項目也會隨著技術的突破和市場的需求而不斷調整和優化，因此還需要更有針對性的政策來推動引領哈爾濱工業元宇宙產業的發展。

四、工業元宇宙賦能制造業升級面臨的問題和對策建議

（一）面臨的問題

工業元宇宙在為制造業創造諸多機遇的同時，也帶來了一些挑戰。

1.技術限制。工業元宇宙依賴高度先進的技術，如虛擬現實、增強現實、區塊鏈、人工智能等技術。比如，工業元宇宙需要處理大量的數據和復雜的計算，這對計算性能和網絡帶寬提出了較高的要求，現有的計算和通信技術可能還無法滿足工業元宇宙的大規模應用需求;虛擬現實技術目前仍存在一些局限性，如視覺和聽覺的仿真程度、觸覺反饋的精準度等，這些都會限制用戶的沉浸式體驗。再比如，工業元宇宙需要支持多種設備和平臺的接入和交互，然而不同設備和平臺之間的兼容性可能存在問題，這就需要解決跨平臺的技術標準和接口問題。

2.高昂的成本。一是工業元宇宙所依賴的這些技術的研發、購買和集成需要大量的資金投入。二是構建和運行工業元宇宙需要強大的計算、存儲和網絡基礎設施，包括購買高性能服務器、存儲設備、高速網絡等，而維護和升級這些設施的成本也不低。

3.數據的安全性。工業元宇宙由于共享互聯的特性，使得生產者和消費者的數據信息自然遭受風險。因而確保企業和用戶信息和隱私是必然面臨的挑戰，這就對網絡安全和數據信息的保護在意識上和技術上都有了更高的要求。

4.法規和法律。工業元宇宙是一個全新的領域，相關的法規和法律框架尚未完全建立，這可能導致在知識產權、數據保護、責任歸屬等方面出現法律糾紛。隨著工業元宇宙的不斷發展，法律和法規也需要不斷更新完善。政府和監管機構應密切關注工業元宇宙的發展，及時制定相應的法律和法規，以確保公平競爭、保護用戶權益、維護社會穩定和促進創新等。

5.技能和人才短缺。工業元宇宙需要跨學科的專業人才，包括技術開發、生產設計、虛擬現實、數據分析等方面。與此同時，工業元宇宙所涉及的技術在不斷快速發展和更新，新的工具和平臺也在不斷涌現，意味著需要大量適應新技術的人才才能保持與行業發展的同步。眾所周知，人才的供給在短期內難以增加。

6.行業標準和互操作性。由于工業元宇宙涉及多個行業和技術領域，一致的行業標準和互操作性的缺失會導致不同系統之間的集成和協作困難，這會嚴重影響工業元宇宙共享、交互聯通的效率，從而阻礙工業元宇宙在更廣泛領域的應用和推廣。

（二）對策建議

為推動工業元宇宙的發展，使其更好地賦能制造業的轉型升級，可以從四個方面推進工業元宇宙的應用建設：

1.加強核心技術研發水平。一是要加大核心技術的攻關，在5G/6G通信、數字孿生、區塊鏈等元宇宙核心技術上加大基礎理論研究和創新;二是注重硬件設施支撐，補齊關鍵環節技術短板，集中突破計算芯片、微機電系統傳感器、聲學元器件及模組等制造技術;三是設立標準技術體系，成立工業元宇宙標準化組織，建立工業元宇宙標準化路線圖和標準體系。

2.提高元宇宙產業發展水平。一是要引進培育優質企業，在制定出合理的分類標準前提下，選擇一批具有良好發展基礎的重點企業，梯度培育一批優質企業，打造龍頭企業+配套企業協同發展、大中小企業協作配套的元宇宙產業;二是打造產業集群，建設工業元宇宙產業園區，營造良好的產業環境，提升產業的聚集力和競爭力，同時設立元宇宙創新應用示范中心，推廣普及元宇宙相關產品的應用。

3.推進工業元宇宙應用場景建設。一是加快原材料行業生產方式升級，實現人工智能、數字孿生、拓展現實等技術在化工、鋼鐵、建材等行業的研發應用，打造出原材料行業的元宇宙工廠;二是加快打造工業元宇宙在制造業的場景應用，聚焦工業制造業的設計研發、生產制造、產品測試、教育培訓、售后服務等生產管理經營各個環節元宇宙技術的應用，提升企業競爭力和數字化升級。

4.構建元宇宙生態發展體系。一是在政策上加大財稅和金融支持，加大與工業元宇宙相關的國家重大科技項目和研究計劃項目的資金支持;二是在人才培養上注重對跨學科人才的培養力度，包括技術開發、生產設計、數據分析等方面的專業人才，并且注重對面向世界頂尖元宇宙相關技術領域專家的人才引進，人才的培育和引進齊頭并進;三是鼓勵和營造開放合作的良好氛圍，一方面積極推動企業、學界和政府之間的合作，共享資源和經驗以降低技術研發創新成本，另一方面開展國際交流，不能閉門造車，拓展元宇宙技術成果在國際市場上的應用。

參考文獻：

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[2]周曉東. 工業元宇宙 數實融合激發新質生產力[J]. 企業管理，2024（8）：45-49.

收稿日期：2024-12-27

作者簡介：鐘辰，經濟研究所助理研究員，經濟學博士，從事社會經濟發展研究。