【壓縮機網】2021年是元宇宙元年，2025年依舊是熱度不減，尤其是數字孿生、VR等技術在工廠仿真方面的應用。元宇宙包括消費元宇宙與產業元宇宙，而工業元宇宙則是產業元宇宙的重要組成部分。工業元宇宙是對現實工業世界進行虛擬化、數字化的過程，打造全息的數字工業世界，實現工業物理世界與虛擬世界的虛實融合、虛實疊加與虛實聯動，做到以虛促實、以虛強實，進而提升工業價值創造能力，重構數字工業發展新生態。工業元宇宙的應用成熟度要優于消費元宇宙，在制造業有很多成功案例。在元宇宙概念被提出與炒作之前，制造業就已經開始應用元宇宙平臺、工具、技術與場景來服務企業的生產、經營與管理了。諸如，VR（虛擬現實）技術在沉浸式場景體驗方面的應用，AR（增強現實）技術在遠程運維服務方面的實踐，以及數字孿生（DT）技術，在工廠規劃設計、產品研發設計、生產制造、工藝規劃、銷售管理、客戶服務、物流運營等領域的模擬與仿真應用……

　　根據工信部于2022年11月發布的《工業元宇宙創新發展三年行動計劃（2022-2025）》，未來聚焦工業領域研發設計、生產裝配、遠程協同、銷售、培訓等業務領域，以及工業文化數字藏品、數字人等細分領域場景，推動工業元宇宙創新、發展與應用。對于壓縮機、數控機床等裝備制造企業來說，工業元宇宙機會均等，沒有理由錯失機會。

　　解讀工業元宇宙本質

　　工業元宇宙的本質是虛擬現實，承載著工業企業新一次革命性的生產、經營與管理飛躍，通過高度仿真的虛擬世界創造新生態、新場景、新連接與新體驗，以虛擬世界的高仿真、高精度、全場景、全體驗來改進與優化物理世界，達到物理實體最優化。當然，物理實體可以是企業、系統、模型或流程。制造企業通過采用物聯網、云計算、邊緣計算、人工智能、大數據、區塊鏈、3D虛擬引擎等技術，對制造商的園區、車間、生產線、設備、工藝、流程等場景以及研、供、產、銷、服、管等環節，進行模擬、仿真、驗證與調優，使企業達到最佳的運行狀態。

　　一、虛實融合。元宇宙的本質是虛擬世界和真實世界相融合，并形成一個與現實世界相打通且平行的虛擬空間。諸如，VR面向純粹的虛擬世界，AR以現實世界為主提供增強信息，MR則強調現實世界與虛擬世界相“混合”并相得益彰，數字孿生（DT）是虛擬世界對現實世界的完整鏡像，增強版VR以虛擬世界為主，數字對象作為現實世界的代理并受之驅動。工業元宇宙強調的不是脫實向虛，而是虛實相融、虛實疊加與虛實協同，形成虛實價值一體化。微軟在與川崎重工的合作中，通過AR創建出一個能復刻現實世界的數字化工作空間，從而加快維修和啟動新生產線的進程。川崎重工的車間工人可佩戴微軟HoloLens頭顯設備來輔助生產、維修和供應鏈管理，工人可以更快發現生產線發生故障的原因。同時，專業維修人員可不親自到現場，而是通過AR的視覺提示指導現場佩戴頭顯的工人修理損壞部件。

　　二、工業生態。工業元宇宙是元宇宙在工業領域的落地與拓展，是新型數字工業空間、新型工業智慧物聯網系統，可加速形成虛實互動的智能制造新模式，提升工業價值創造，重構數字工業發展新生態，推動工業互聯網向未來高級形態發展。工業元宇宙通過對復雜工業場景的全域感知、孿生建模和深度仿真，實現對工業系統和生產過程對全要素協同管控和全局優化運行，形成人際協同、虛實互控、數字融合對新生產模式。工業元宇宙除了滿足企業已經存在的需求外，還可以帶動新需求，拓寬企業視野，打破市場邊界，衍生新興產業。通過數字技術與工業技術融合，將產生一些新原理、新方法、新工藝、新產品、新裝備，能夠促進傳統制造業的轉型升級，有利于產業技術的高級化、產業鏈現代化，創造出制造業的新業態。工業元宇宙從三個維度顛覆了傳統制造業：一是創新制造模式，如個性化定制、分布式制造、3D打印增材制造、遠程制造等；二是創新管理模式，實現遠程辦公、遠程服務、遠程運維等，數字化管理走向成熟；三是變革生產方式，通過把數字世界和機器世界融合起來，實現了智能化生產。

　　三、場景內容。工業元宇宙的應用場景覆蓋全程化，從產品研發設計到售后服務乃至再制造的產品全生命周期。從工業系統的層級來看，實現設備級、產線級、車間級、工廠級乃至產業鏈級應用。工業元宇宙立足于場景問題優化與提升，它是為具體場景而生。中國寶武集團以“數實融合，產業元生”為理念，構建工業元宇宙應用的十大場景：遠程設備操控、協同研發設計、設備協同作業、柔性輔助裝配、現場輔助裝配、機器視覺質檢、設備故障診斷、廠區智能物流、無人智能巡檢、生產現場檢測等，這些場景內容的核心是人、機、物、系統、資源與數據。再如，海爾卡奧斯COSMOPlat立足數字孿生技術，在工廠端，賦能海爾鄭州熱水器燈塔工廠，實現對工業場景以及產品的模擬、仿真，縮短50%的產品研發周期。在企業端，賦能臥龍電機，對設備、產線進行建模，將訂單進行最大化的排產，充分利用生產設備的生產價值，減少閑置期，創造最大效益。

　　四、價值協同。工業元宇宙通過虛擬空間，可實現對研發設計、生產制造、營銷銷售、售后服務等環節和場景的全面模擬，還可覆蓋全產業鏈并與產業鏈合作伙伴進行價值互動，這就是價值協同。工業元宇宙意義不在于酷炫的技術，而是可以給制造企業帶來的實際價值。面對工業領域“千企千面”“千行千面”的特點，數字孿生技術作為通往工業元宇宙的核心引擎，不僅可創造全景化、沉浸式應用體驗，更可幫助企業實現全鏈路、全流程、全場景的數字化?？傊?，制造企業通過工業元宇宙，可實現線上與線下價值協同，以及產業鏈成員之間的價值協同，以及企業價值鏈各關鍵節點的價值協同。另外，傳統制造企業的一大痛點是“信息孤島”，各部門數據互不相同，只能進行單點優化，效率提升非常困難。而工業元宇宙將打破數據孤島，以統一的元宇宙信息模型對全鏈路信息進行表達，將單點優化范式轉型升級為全鏈路協同優化。

　　五、決策智能。工業元宇宙還是數字化、智能化決策系統，通過數據智能實現科學、自主、自動與智慧決策，取代傳統的經驗決策。決策智能覆蓋智能決策全生命周期，從數據采集、分析挖掘、實時計算、AI模型、決策判斷到持續調優。數字孿生可為實際業務決策提供依據，可視化決策系統實際應用價值極大?；诩扔泻Ａ繑祿畔?，通過數據可視化建立一系列業務決策模型，實現對當前狀態的評估，對過去發生問題的診斷，以及對未來趨勢的預測，為業務決策提供全面、精準的決策依據?？▕W斯聚數字孿生解決方案——D3OS，三個D分別代表數據、數字孿生、決策智能，即以數據構建新的生產要素，以數字孿生構建場景底座，以工業智能幫助決策最優化，助力企業數字化建設。從時間、空間、虛實三個維度來賦能企業數字化轉型，打破地域、時間的限制，實現透明可視的虛實協同及高效資源調度，達到生產制造的最優解。英偉達立足3D設計與協作平臺Omniverse，打通西門子的開放數字平臺Xcelerator，借助來自西門子的基于物理世界的數字模型和來自于英偉達的實時仿真技術，共同打造工業元宇宙，幫助企業快速且準確地作出決策。

　　六、全景體驗。裸商時代，包括制造業在內的實體商業進入透明化、可視化時代。制造企業若想帶給員工及客戶360度甚至720度全景化、無死角、無盲區體驗，唯有工業元宇宙可以解憂！模擬與仿真創造一個虛擬的高仿真世界，并可通過數據及視覺、聽覺、觸覺等體驗來感受細節的力量。這是一種身臨其境的沉浸式體驗，工業元宇宙的最大價值是可帶來沉浸感、存在感與獲得感。在工業場景下，工業元宇宙體驗可以為制造企業構建更全面的洞察，甚至可逐步實現全感官洞察。在南方電網應急管理基地，采取增強現實AR、虛擬現實VR、全息3D、全視角仿真沉浸式CAVE、臺風和地震模擬仿真系統、沉浸式環幕虛擬現實等新技術應用，將現場高風險、高成本的實訓科目轉化為安全、低成本、可重復的虛擬仿真訓練科目，讓受訓者在元宇宙沉浸應用場景中完成培訓演練課程，有效提升應急實訓效果。

　　工業元宇宙應用價值

　　一切皆可工業元宇宙！工業元宇宙不但可以促進制造企業提質、降本與增效，還可服務于產業鏈治理、供應鏈優化與價值鏈精益化，實現企業的全質化升級與鏈式數字化轉型。

　　一、全面連接并構建分布式商業。制造企業要廣泛連接合作伙伴，與基于利益相關者的各種社會與市場力量合作。尤其是分布在各地的供應商、市場客戶（經銷商、代理商及用戶）與企業直屬的分支機構。如果沒有云計算、邊緣計算、區塊鏈、XR等技術支持，根本無法實現遠程連接。諸如，基于AR的遠程協同與指導應用，覆蓋從遠程設計評審、遠程生產運維指導、遠程項目驗收、遠程營銷展示到遠程售后服務的全生命周期業務。AR通過與真實物理設備一一映射的數字孿生設備具象化，實現真實設備與虛擬設備融合，讓數據價值賦能于人。聯想ThinkReality VRX解決方案除頭戴顯示器與服務之外，包含一個云軟件平臺，可以幫助全球客戶全球在任意地點部署和管理企業應用程序與內容。比如，聯想可提供端到端交付服務，滿足客戶從戰略計劃到應用部署的全鏈路需求。

　　二、打造透明化、可視化工廠。數據是數字孿生的核心要素，是數字孿生應用的“血液”。若沒有多元融合數據，數字孿生應用便失去了“動力源”。數字孿生可視化是一項聚焦數字孿生體多源數據視覺表現形式的專項技術，是承擔數字孿生體系中人機交互功能的核心技術。通過借助圖形手段和可視化技術處理孿生體數據信息，結合三維場景實時渲染和數據建模，對多源數據加以可視化解釋，實現實時數據可視化交互，并提優現實應用?？▕W斯COSMOPlat平臺的D3OS數字孿生產品，最快可在十幾分鐘內構建可視、可管、可預測的虛擬工廠，以統一的操作和三維可視化界面與真實的工業環境建立交互，助力企業高效、自由搭建工業元宇宙。

　　三、通過虛實融合實現場景創新。工業智能是工業元宇宙的智能引擎和場景生成器，基于深度學習、知識圖譜、邊緣智能和新智能科學技術，為工業元宇宙塑造豐富的虛擬場景，生成隨機內容和事件，實現“三鏈”的集成、協同與拓展。工業元宇宙不僅可以復原工業場景，更可以創新工業場景。諸如，用戶參與共創，進行開放式創新；用戶跨越渠道商，直接面向制造商進行產品定制（C2M）。海爾卡奧斯工業互聯網平臺構建了“大規模定制示范線”，客戶通過PAD登陸海爾定制平臺，提出定制要求之后，需求信息馬上到達生產線并進行自動排產，僅需幾分鐘即可拿到自己的專屬定制品?？▕W斯以大規模定制為核心，實現了“三個顛覆”：第一，從大規模生產到大規模定制，從以企業為中心到以用戶為中心；第二，倡導“人單合一”，員工價值與用戶價值合一；第三，以用戶為中心，利益相關方價值分享?？▕W斯構建出集平臺生態、科技生態與賦能生態于一體的“三合一”生態，實現了員工、企業與用戶各方的價值統一和分享。

　　四、打造沉浸式體驗促進價值感知。價值感知包括作為內部客戶的員工的價值感知與外部市場客戶價值感知，價值是建立起客戶信心的源泉。最好的價值感知方式則是沉浸式體驗，如身臨其境般的具有代入感的細節化、情景式體驗。起亞汽車制造公司的開發設計師一般會從歐洲總部飛到韓國設計部門參會完成評審，但新冠疫情導致工程師無法到現場參會。對此，芬蘭工業級VR頭顯制造商Varjo Technologies Oy公司推出VR頭顯設備和具有虛擬協作功能的Autodesk VRED平臺，可讓每個人遠程聚集到一個沉浸式元宇宙空間中。如此，來自德國、韓國的設計師、工程師以及企業高管可圍繞在汽車3D模型旁進行探討，免去出差就可完成任務。從前，需要一周才能完成的工作，現在全球團隊可以在VR中一周完成四次。除了會議應用，還可讓更多的人參與汽車設計，VR平臺可同時容納20人沉浸式參與。

　　五、系統問題點發掘與改進提優。工業元宇宙強調可視化、準確性和調優性，更關注確切場景中的確切問題。因此，在工業的元宇宙中，客戶更愿意為解決問題所創造的價值付費。工業元宇宙通過創造一個高精度的數字孿生場景，把現實世界中的問題映射進元宇宙中。在元宇宙中通過仿真與模擬來尋找解決方案，再把最優解部署回現實世界。3D技術引擎服務商Unity可助力制造企業，通過數字孿生把真實世界的物理資產構建虛擬“拷貝”，在虛擬世界中完成一些真實世界中不方便、甚至具備破壞性的測試，使用數字孿生體進行驗證，不僅操控簡便，而且可以避免現實中真實產品的損耗和資源浪費。另外，還可立足虛擬實體對行動方案進行試錯，避免風險出現在實物物理應用上。聯想與青島特鋼共同搭建的圖像識別預警系統，可準確進行上料臺鋼坯位置檢測、鋼坯編號識別、加熱爐內鋼坯位置檢測，有效地解決了傳統巡檢中依靠工人對異常工況進行觀察時，漏檢誤檢且處置不及時的問題，使人均效率、協同效率與機組工作時間均得到有效提升。此外，圖像識別預警系統還進一步降低了人員成本，打造國內人力成本最低的特鋼高線生產線。

　　工業元宇宙落地場景

　　工業元宇宙落地的核心技術是數字孿生及XR（擴展現實，XR=VR+AR+MR）應用。寶馬公司iFACTORY在落地方面，采取TEMS四步法：T——Training。構建數字孿生的說明指導，提升一線工作者操作設備、維護設備的能力；E——Experience。在數字孿生體構建起來后，讓參觀者、學習者快速提升認知；M——Monitor and control。通過數字孿生世界與實時數據整合，對正在建造運行的設施設備進行監理、狀態維護和管控；S——Simulation，在數字孿生完整狀態下，用仿真技術模擬物理世界運行。至于具體應用場景，制造企業可參考下述“八大場景”。

　　一、品牌數字化傳播。品牌傳播包括廣告傳播、內容傳播、活動傳播與體驗傳播，工業元宇宙是一個交互性更強的品牌數字化傳播平臺。制造企業元宇宙品牌傳播有兩個基點：第一，基于公共型元宇宙平臺打造品牌社區，圍繞元宇宙平臺的資源開展數智化品牌營銷。如英偉達（NVIDIA）公司推出的全宇宙Omniverse，針對客戶應用市場推動新技術產品，可在AI、虛擬世界和數字人三個方向為客戶提供服務；第二，基于制造企業私域工業元宇宙，開展數智化品牌營銷，如施耐德、ABB、西門子等知名企業開展元宇宙營銷。

　　二、產品研發設計。工業元宇宙以產品為核心，通過打造與現實工業經濟映射和交互的虛擬世界，構建起基于工業產品全生命周期的虛實共生。寶馬使用Omniverse來設計整個工廠的數字孿生體系，在真實生產新產品前，就完成設計、模擬、優化等一系列復雜過程。另外，工業元宇宙還有助新產品在不同環境中開展測試。波音公司正在研擬在工業元宇宙中，打造虛擬三維數字孿生飛機，并開發一個能夠運行模擬飛行環境的生產系統。如此，工程師可以在數字孿生系統中進行設計，還可以進行更為復雜和精細化的測試。

　　三、生產系統管理。工業元宇宙可使工業生產更協同、更高效、更安全、更智能、更精準與更低成本。如在汽車制造業，工業元宇宙能夠整合整個汽車工廠業務流程、工廠空間、生產過程，把資產、產品、流程、組織和人員等實體，進行虛擬化表示。這可為汽車生產制造帶來了新的作業思路，借助元宇宙平臺搭建一個數字仿生工廠，深度模擬整個汽車制造過程。寶馬引入英偉達的工業元宇宙平臺協調生產后，計劃將生產效率提高30%，實現每56秒生產一輛整車。高斯（中國）通過與聯想攜手，推進一站式數據采集、傳輸及搭建可視化管控的物聯網平臺，設備故障率降低了50%，設備平均廢張減少80%，售后服務客戶滿意度提升了80%。

　　四、工藝仿真設計。工藝仿真是在虛擬環境下，真實再現各設備在工藝過程中的各種動作姿態、進程與細節。數字化工藝仿真是利用產品的三維數字樣機，對產品的裝配過程統一建模，實現產品從零件、組件裝配成產品的整個過程的模擬和仿真。如此，在建立產品和資源數字模型的基礎上，就可在產品的設計階段模擬出產品的實際生產過程，而無需實物樣機，使合格的設計模型加速轉化為工廠新產品。通過工業元宇宙平臺，通過沉浸式體驗虛擬智能工廠的建設和運營過程，與虛擬智能工廠中的設備、產線進行實時交互，可以更加直觀、便捷地優化生產流程，開展智能排產。寶馬與英偉達正開展虛擬工廠相關合作，寶馬引入英偉達Omniverse平臺，協調31座工廠生產，并開展虛擬工藝仿真，可將寶馬的生產效率提高30%。

　　五、員工模擬培訓。基于數字孿生、VR、AR等技術的培訓，不但可用于員工培訓，還廣泛應用于客戶培訓，培訓效果優良。林肯電氣控股公司采用虛擬現實技術，可以減少焊接工人培訓時間，同時提高熟練程度。那些接受VR培訓的焊工總體認證水平比傳統培訓組高出41.6%，培訓時間比傳統培訓組節約23%，人均培訓成本降低243美元。工業元宇宙在汽車和航空業,VR培訓正變得更加普遍。大眾汽車公司以全球倡議形式發起VR計劃，可為奧迪、西亞特、斯柯達和大眾的10000名員工提供VR培訓。英偉達公司把打造的全宇宙（Omniverse）平臺作為服務客戶的有效技術與工具，如客戶培訓、客戶服務等。面向客戶工程師提供培訓，幫助他們快速形成各種數字孿生場景，加上英偉達提供的AI和底層GPU算力，在客戶工廠里面形成場景化應用。

　　六、制造智能化轉型。工業元宇宙的發展可以為智能制造帶來巨大的想象空間。據TrendForce集邦咨詢預測,到2025年，工業元宇宙將催動全球智能制造市場規模突破5400億美元。工業元宇宙與智能制造融合，就如把企業打包進虛擬世界來建設一座虛擬工廠，并與現實工廠的數據同步，做到各種生產要素可視化、可分析、可驗證、可智能管理，從而減少運營維護成本，提高生產效率。從2018年起，無錫先導智能裝備公司確立了從設備制造商向整體解決方案服務商轉型的戰略目標。不僅可以提供動力電池生產整線所有工序的裝備，并配套自主研發的MES生產執行系統，可以為動力電池企業打造數字化智能工廠。另外，數字孿生、工藝仿真、AI大數據等全新工業互聯網技術的實施，還可為客戶實現智能化、數字化鋰電池生產。

　　七、工業設備運維。數字孿生技術就是游戲引擎，元宇宙智能制造中的所有人、設備、系統、資源、流程、場景都由它賦能，設備維護維修人員可輕松通過AR/VR設備進行數據追溯、故障點精確定位、遠程操控、診斷恢復等工作。面向未來，工業元宇宙中，虛實界面入口所需的硬件設備正在步進中，如XR頭顯、機器人、腦機接口等，為制造企業入局工業元宇宙創造機會。聯想集團曾在Tech World上展示過一項技能——修飛機。在舞臺上，有一臺故障的飛機發動機，研發人員戴上AR眼鏡，眼前的發動機就變成了虛擬發動機。研發人員輕輕揮手便將虛擬發動機分解開，繁雜的零件展現在眼前。AR眼鏡與云平臺相連，可以調取維修數據，通過虛實疊加技術，系統會初步判斷出哪些零件可能存在問題。然后，研發人員呼叫遠程專家，專家利用實時影像判斷故障所在，并遠程指揮研發人員進行現場修復。

　　八、客戶體驗管理。制造企業打造工業元宇宙，既服務于本企業員工，也服務于下游客戶，甚至“客戶的客戶?！惫I元宇宙體驗包括研發設計體驗、制造體驗、銷售體驗、應用體驗、服務體驗等多體驗面。諸如，在協同設計方面，工業元宇宙能夠打破地域限制，支持多方協同設計，用戶也可以在工業元宇宙平臺上淺度或深度參與產品設計，并體驗其設計的產品。在汽車行業，土耳其梅賽德斯奔馳部署AR系統，用于提升客戶服務滿意度。2022年，梅賽德斯奔馳位于土耳其的56個服務中心，開啟了大規模AR終端的部署計劃，以AR遠程協作應用為主，及時響應和解決客戶問題。在服務中心現場，頭戴AR智能終端的一線人員可拍攝到現場的第一視角畫面，實時傳輸到后端專家的終端上，后端支持專家如臨現場，以第一視角的方式觀察現場，為一線作業人員提供準確的指導建議。