工业元宇宙

工业元宇宙白皮书 （2022 年） 李正海 元宇宙研究院 北京金山顶尖科技股份有限公司 1 目 录 1. 工业元宇宙概述 . 1 1.1 工业元宇宙定义. 1 1.2 现在开始探索工业元宇宙 1 1.3 工业元宇宙落地方法 . 5 2. 工业元宇宙技术体系 7 2.1. 工业元宇宙基础设施架构 7 2.2. 工业元宇宙技术与产品 . 9 2.2.1. 技术及管理类 . 10 2.2.2. 生产及设备相关类 . 14 2.2.3. 经营管理类 . 17 2.3. 综合集成应用技术 19 3. 工业产品 . 21 3.1. 工业产品虚拟化达到可制造的水平 21 3.2. 虚实结合的工业产品 . 22 3.3. 更加美化、人性化的工业产品 . 23 4. 工业制造过程场景 . 23 4.1. 营销新模式 24 4.2. 设计场景 24 4.3. 从智能制造到智慧制造场景 . 26 4.4. 工业产品应用场景 27 2 4.5. 企业战略决策场景 28 4.6. 质量管理场景 . 30 4.7. 库存管理场景 . 32 4.8. 物流管控与优化场景 . 34 5. 人机结合 . 36 5.1. 从基层创新到战略创新 . 37 5.2. 虚拟身份与虚拟人 37 5.3. 人机结合 39 6. 从企业到生态平台，再到工业元宇宙 39 6.1. 积极推进元宇宙单元新兴技术应用 40 6.2. 构建企业内部集成平台 . 40 6.3. 主持及参与供应链平台、行业平台、地区平台 . 41 6.4. 积极建设工业元宇宙平台 42 7. 政府监管与政策支持 43 8. 未来的展望 44 参考文献 49 1 1. 工业元宇宙概述 1.1 工业元宇宙定义 如果把元宇宙看成是虚拟、现实与人及人的思想相结合的世界，那么工业元宇宙是元宇宙 的一部分。如果把元宇宙看成一种概念、一种技术，那么工业元宇宙可以理解成元宇宙概念、 技术在工业中的应用，是元宇宙赋能工业，促进工业改进、创新，乃至革命。在经济社会中， 工业是对自然资源的开采和对各种原材料进行加工及装配的物质生产部门， 在经济体量上目前 仍是产业结构中的第一组成部分。因此探讨工业元宇宙，显然具有重要意义，也有向社会其他 行业进行推广的价值。 工业元宇宙是目前三维 设计、虚拟现实、增强现实、 人工智能、 数字孪生、 物联网、 5G 网络、大数据、云计算等 新兴技术的发展优化乃至升 级并有机大集成， 作为基础设 施将大幅度提升算力（硬件、软件、算法） 、展示力、交互水平、通讯流量、速率、数据储量， 将促进工业企业、 行业的生态发生革命性的改变， 改变人的思维模式， 促进创意、 创新、 创业， 促进工业产品的丰富性、高质量、精细化、艺术性，具备竞争力，进而创造巨大的经济价值与 社会价值。 将元宇宙化繁为简，可以狭义理解为是信息化的单元技术提升、集成性提升、水平提升， 核心强调可视化水平升级，目的是可以让人更好地体验，从而快速思考、触动心理，从而产生 合适、有效的行动，并取得卓越的成果。工业在国民经济中占有重要地位，因此结合国家的政 策，将两化融合、智能制造、数字化转型与元宇宙结合，提高这些项目的技术水平、能力，将 对工业产生巨大影响，从而促进工业产品、工业企业行业生产过程和工业产品应用都上升到卓 越的水平。 1.2 现在开始探索工业元宇宙 对于元宇宙而言，很多人认为从理论、技术、产品、基础设施都不太成熟，因此可以让元 宇宙再飞一会儿。典型的例如 VR 头盔，很多人认为，目前佩戴时间超过 15 分钟，就会出现 2 眩晕情况。再如网络设施，因为目前的传输能力限制，对于元宇宙模式的立体三维信息的数以 百兆、乃至 GB 级的数据，目前还达不到几十毫秒级的传输，因此交互的感觉差，达不到沉浸 感、真实感的要求。而最重要的是，目前三维数据的内容还是相对比较少的，花费数千元，甚 至数万元购置装备并不经济。而我们认为，对于元宇宙，需要从可行性、必要性与迫切性方面 进行分析、 思考， 而最终的结论是应该现在就开始探索工业元宇宙， 也就是既不是痴迷元宇宙， 也不是观望，甚至敬而远之，而是适度投入，结合具体细分领域、典型场景进行试探性推进。 可行性针对工业元宇宙项目的应用开展，我们要对比综合分析。第一是技术的成熟度。第 二是需求的满足度。例如现在有些技术、产品费用非常高，但是这些技术是相对成熟的，同时 这些技术并不是所谓最先进的。那么在企业中在经营策略上，一般会采用相对成熟的技术，而 不是最先进的技术。这样推进规模化应用，才能够避免巨大风险。当然如果企业综合思考长期 竞争力，而且新兴技术就是企业的战略导向，那么必须深入研究最先进的技术，并探索典型场 景的应用。对于需求的满足度，很多人会非常理想化，例如说能够解决多少问题能不能够百 分之百解决经济价值多大那么我们要从定性到定量的模式来思考元宇宙的技术、 产品的应 用。对于工业企业而言，最先进技术的百分之百的问题解决，更多是个学术上的理念，而可行 性的模式，我们认为还是例如人机合成的模式。用一个多年前的案例来说明，曾经北京交通大 学机械系与南口机车车辆厂，联合开发油泵油嘴的计算机辅助设计系统。第一部分包括基础数 3 据的输入，输入完成后进行性能计算，同时得到油泵油嘴的一些绘图参数。如果性能计算结果 不合格， 则改进基础数据， 如果认为计算结果合理， 则可以利用这些绘图参数， 进入第二部分。 第二部分是一个绘图用数据处理程序， 执行后 将之前的基础数据、绘图参数读入系统，并按 照规则进行变换，然后生成细化的绘图数据， 然后人工也可以调整。完成绘图数据后，进入 第三部分，进入 Autocad 环境，调用 LISP 绘 图语言编制的程序，根据这些绘图数据，自动 生成图形。这样的一个系统，对比以前的工作 模式，效率提升非常明显。原先模式需要两位 工程师工作一个月， 才能完成一个产品设计工 作。而采用系统后，一位工程师两天就可以完 成产品设计，包括 37 张图纸的绘制。这个项目在设计模式，就决定不是程序完成全部图形绘 制的，因为其中不考虑图形干涉，而在程序绘制图形完成后，由设计师根据图面细节情况，适 当进行干涉调整。所以对于推进工业元宇宙而言，关键在于能不能构思出一个好的、可行的策 略。 必要性进入元宇宙时 代，整个世界、整个社会没 有人能够独善其身。 作为一 个企业， 不是孤立的，需要 和其他企业保持一致， 而为 了竞争力， 甚至很多时候需 要领先一步， 这样才能赢得 市场。 法国就有一个案例很 典型， 在飞机总装设计装配 时，采用供应商提交的三维模型，结果装配时在很多细节上出现了碰撞。认真研究原因发现总 装企业使用的软件版本和配套企业使用的软件版本不一致。 而大量的细节问题结合起来就变成 了大问题，该型号飞机预计的设计时间被延误了八个月。而很多情况下，企业采用先进技术往 4 往是被逼的。曾经戚墅堰机车车辆厂在参与当时的铁道部项目招标时，要求提供基于三维的、 用来维护的柴油机爆炸示意图。 于是企业安排购置软件、硬件，请求干部处调动人员，然后 18 天就完成了柴油机的从零件 到总装的三维建模工作， 零部 件数量数以千计， 同时批量性 培养了 21