工业元宇宙—现实世界与虚拟世界互通的桥梁

孙柏林

(中国自动化学会专家咨询委员会，北京 100000)

1 前言

自2021年“元宇宙”横空出世以来，抢注元宇宙商标、布局元宇宙业务的企业不计其数。2022年两会上，元宇宙也再度成为热词。针对“元宇宙”这一新兴事物，人大代表和政协委员们在2022年全国两会上建言献策，认为要理性看待，坚持创新与监管并重，抢抓元宇宙的发展机遇。

工业元宇宙作为基础设施将促进工业企业、行业生态发生革命性改变，同时，改变人的思维模式，促进创意、创新、创业，促进工业产品的高质量、精细化、丰富性、艺术性，创造巨大的经济价值与社会价值。

元宇宙与工业场景的结合，无论是为企业构建洞察、提升工业效率还是在技术延展等方面，都举足轻重。未来，工业元宇宙的价值空间不可想象。

当前，在各行各业中，不断出现“××元宇宙”的词汇，诸如：金融元宇宙、城市元宇宙、教育元宇宙、战场元宇宙、工业元宇宙、商贸元宇宙、大健康元宇宙……等等，真的是繁花似锦，百花争艳。

对于作者而言，主要是对于工业元宇宙情有独钟！本文就工业元宇宙谈谈一些看法。

2 初识元宇宙轮廓

关于“元宇宙”最有代表性的定义是：“元宇宙”是一个平行于现实世界，又独立于现实世界的虚拟空间，是映射现实世界的在线虚拟世界，是越来越真实的数字虚拟世界。

其实，“元宇宙”早已有之。1992年，尼尔·斯蒂芬森(Neal Stephenson)的科幻小说《雪崩》(《Snow Crash》)出版，好评如潮。《雪崩》描述的是脱胎于现实世界的一代互联网人对两个平行世界的感知和认识。但是，不论是作者，还是书评者，都没有预见到在三十年之后，此书提出的“元宇宙”(metaverse)概念形成了一场对于世界的强烈冲击波。

关于“元宇宙”到底是什么，其实至今并没有一个统一的概念，互联网巨头的理解也是各不相同。总之，“元宇宙”可能就是现实世界在虚拟世界的数字翻版。

清华大学新闻与传播学院新媒体研究中心出版了一份《2020年-2021年元宇宙发展研究报告》，给“元宇宙”下了一个较为规整的定义：“元宇宙”是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态，它基于扩展现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界的镜像，基于区块链技术搭建经济体系，将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，并且允许每个用户进行内容生产和编辑。

概括地讲，“元宇宙”将以虚拟的方式，深刻改变现有社会的组织与运作，形成虚、实两极的新型生活方式，催生线上、线下一体的新型社会关系，并从虚拟维度赋予实体经济新的活力。元宇宙将创意变成虚拟，再由虚拟变成现实提供了便利性、可行性，降低了研发成本，提高了工作效率与设备效率、资源利用率。

首先，“元宇宙”是一种互联网应用和社会形态，它通过多种新技术整合来实现，比如在本文开头提到的移动互联网、5G、VR、AR、MR、ER、人工智能、物联网、区块链等。

其次，“元宇宙”能实现虚拟与现实的高度融合，所以，我们现在玩的VR、AR游戏并非完全的“元宇宙”，单纯的虚拟世界也非完全的“元宇宙”。

第三，用户可以产生或编辑内容，也就是说，人的化身本身就是这个虚拟世界的组成部分，这些化身可以在“元宇宙”中的规则下干自己想干的一切事情，可以建房子、开公司、赚钱养家，当然也可能为了利益发生化身与化身之间的冲突甚至群体与群体之间的冲突，所有的这些都是“元宇宙”中的内容。

清华大学新媒体研究中心执行主任沈阳还介绍，“元宇宙”主要有以下几项核心技术：

一是扩展现实技术，包括VR和AR。扩展现实技术可以提供沉浸式的体验，可以解决手机解决不了的问题。

二是数字孪生，能够把现实世界镜像到虚拟世界里面去。这也意味着在“元宇宙”里面，我们可以看到很多自己的虚拟分身。

三是用区块链来搭建经济体系。随着“元宇宙”进一步发展，对整个现实社会的模拟程度加强，我们在“元宇宙”当中可能不仅仅是在花钱，而且有可能赚钱，这样在虚拟世界里同样形成了一套经济体系。

如今，“虚拟世界联结而成的元宇宙”，已经被投资界认为是宏大而前景广阔的投资主题，成为了数字经济创新和产业链的新疆域。不仅如此，“元宇宙”为人类社会实现最终数字化转型提供了新的路径，并与“后人类社会”发生全方位的交集，展现了一个具有可以与大航海时代、工业革命时代、宇航时代同样历史意义的新时代。

元宇宙时代，“万物互联”逐步走向“万物互信”，再到“万物交易”和“万物协作”。

3 再识工业元宇宙

工业元宇宙不仅是元宇宙概念加上工业上的应用，它是一个极为复杂的技术体系，具有庞大工程科学需求的技术(XR、AI、LOT、云计算、区块链、数字孪生)载体，能够实现人、机、物、环境、系统等无缝连接。

元宇宙不是一种技术，而是一组技术概念的集合，它基于互联网而生，是数字信息高度发展的产物。元宇宙是在两个背景下出现的，一个是线下场景的数字化，主要体现在消费互联网领域的社交和娱乐上，另一个是产业和工业的数字化转型需求，也就是工业元宇宙。

业界提得比较多的一种定义是：工业元宇宙(Industrial metaverse)是以XR、数字孪生为代表的新型信息通信技术与实体工业经济深度融合的工业生态，它通过XRAIIoT云计算区块链数字孪生等技术打通人、机、物、系统等的无缝连接，将数字技术与现实工业结合，促进实体工业高效发展，构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，是工业乃至产业数字化、智能化发展的全新阶段。

在工业领域，元宇宙更是摇身一变，以工业元宇宙的概念成为继工业互联网之后，影响企业数字化转型的新动能，甚至有观点认为，数字化转型的终局就是工业元宇宙。工业元宇宙覆盖工业产品的设计、生产、应用、服务全过程，将促进工业经济发展，也是未来的方向。虚实协同，展现智能制造的未来形态

专家们认为：“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升级的有机大集成。作为基础设施将大幅度提升算力、展示力、交互水平和通讯流量、速率、数据储量，在改变人们思维模式，促进创意、创新、创业的同时促进工业产品的丰富性、高质量、精细化、艺术性，更具竞争力，进而创造巨大的经济价值和社会价值。”

工业元宇宙“由虚向实”实现“虚实协同”。工业元宇宙，与“数字孪生”概念类似，两者区别在于，数字孪生是现实世界向虚拟世界的1︰1映射，通过在虚拟世界对生产过程、生产设备的控制来模拟现实世界的工业生产；工业元宇宙则比数字孪生更具广阔的想象力，工业元宇宙所反映的虚拟世界不止有现实世界的映射，还具有现实世界中尚未实现甚至无法实现的体验与交互。另外，工业元宇宙更加重视虚拟空间和现实空间的协同联动，从而实现虚拟操作指导现实工业。

元宇宙时代，工业产品也将发生相应的改变，主要是：

1)在消费领域，工业产品虚拟化达到可制造的水平，元宇宙强调沉浸感、真实感；而在工业领域，工业产品的虚拟化将达到可以实际生产的水平。

2)工业产品设计模式往往相对复杂，涉及多个领域，因此产品的设计是一个复杂的过程，称得上是一个开放的复杂巨系统。典型的就是个性化产品、客户定制产品，并不是所有零部件都需要定制，客户不可以随心所欲，而是要符合外在多样性、内部标准化的过程，综合考虑产品交期、质量、成本与服务便利性。

在工业产品的设计中，尤其要强调多工况的考虑。我国的工业产品逐渐走向全球，应用场景日益复杂，工业产品往往有较长的应用周期，随着时间的变化，需要相应的维护保养，直至最终报废。因此在产品的设计阶段，不仅要考虑正常使用情况，还要考虑一些极限情况，如出现安全问题的紧急处置，未雨绸缪地设计预先防范机制尤为重要。另外，要面向全球范围思考应用场景以及竞争产品、替代产品、客户产品，这将促使产品设计达到世界级水平，乃至世界领先水平。

3)传统的工业品给人冷冰冰的感觉，而进入元宇宙时代，不论是面向消费者的手机、冰箱、彩电、汽车等，还是面向专业应用的机床设备、工程机械等，都将会更加注重人的感觉和体验，在产品的应用方面，也将结合人的能力、行为和心理，使产品更符合人的需求。将有更加美化、人性化的工业产品。

4)虚实结合的工业产品不仅仅是一台单纯的设备，还包括备品备件、安装调试、维修服务等内容。在物联网、工业互联网、5G移动网络的基础上，工业元宇宙将使工业产品更加智能化、智慧化。

随着元宇宙时代的到来，工业产品的能力将大幅提升，如工业机床设备、机械臂、机器人等。机床设备可引入视觉识别技术，应用人工智能，快速实现零件装夹；水稻插秧机器人经过设置后，可以自动规划路线、自动提升插秧台，在遇到树、电线杆等障碍物时会自动绕行；一架植保无人机喷洒农药，每小时作业量可达50～80亩，效率是人工的40～60倍，同时可以节约50%的农药使用量及90%的用水量。元宇宙时代的工业产品，不仅可以前端作业，而且可以有近端的大数据、人工智能、算力支持，远程的人员支持、控制、操作与管理，乃至基于整体互联网生态的数据、知识、智能迭代升级。

5)进入元宇宙时代，工业产品的信息将发生巨大变化，从信息化到数字化，意味着信息更加精确，从定性到定量。信息的完整性、时效性、实时性也都将大幅提升，由于网络能力的提升，可以让生产者与客户、消费者建立起更强大的沟通场景，更好的沟通模式，从而取得更佳的沟通效果。

例如，以往传递的是二维图，今后传递的可能是三维模型；可以传递产品的运动模型表达产品功能；可以传递仿真模型表达产品的刚度、强度。在制造过程中，客户、消费者可以实时掌握生产的进度；生产者遇到问题时可以及时处理，从而避免更大规模的损失；如有新的创意，可以及时落实。在产品的应用阶段，可以利用互联网、物联网、移动网络技术，实现从数据孪生到信息物理系统，进而实时性地远程仿真、操控、维护。

6)从智能制造到智慧制造通常意义上的制造过程是物质的变化过程，有切削、挤压等物理变化，有合成药品等化学变化，也有地理位置改变的运输变化；进入信息时代，这些变化过程中也都将包含信息的变化。同时，制造过程也是人的作业过程。虽然目前一些工作已经没有了人的参与，如全自动化工厂、黑灯工厂。但是人们认为，这种模式适用于工业产品的内在标准化部分，而不适用于完整的产品。作为整体的工业产品，需要人机结合。在硬件设备层面，由数字加工中心、自动化装夹、智能刀具系统、机器人、自动运输小车、流水线等组成；在生产控制方面，需要检测技术、控制技术、自动化计划等；在生产指挥方面，需要计算机技术、大数据技术、人工智能技术。工业产品的制造过程是效率、成本、质量、客户满意度的平衡与优化，很多工作还是需要人来完成，如生产调度、异常情况的解决、生产过程的改进、产品的优化等。

展望未来，工业元宇宙支持实施预测工业系统的新时代。例如：英伟达和宝马汽车构建智能汽车工厂的数字孪生，将宝马汽车的生产过程全部数字化，共同展示了一个逼真的实时数字模型(一座宝马高度自动化工厂的数字孪生)如何加快现代化制造的速度。宝马汽车高管 Nedeljkovi 表示道：“这些创新将帮助我们缩短规划时间、提高灵活性和精度，最终使规划效率提高30%”。

7)工业产品应用也是不断改进升级的，美国提出的工业互联网就强调工业产品的智能化，如从航空发动机到芯片、网络设备、电信运营商、数据分析及展示的综合集成。进入元宇宙时代，我们需要综合考虑如何使工业产品保持正常的工作状态和工作能力。

进入元宇宙时代，工业产品应用需要达到一个更高的水平。例如，监控数据展示的内容不仅仅是简单的复刻、映射，更要强调利用AR等技术，让人更好地觉察系统的异常。这里沉浸感只是其中一个要素，要考虑人的响应时间、操作速度等内容，从而使监控水平提高到一个显著改进的层级。再如问题的处理，在产品的设计阶段，往往已经进行了大量的预测，但是难免还会有小概率事件发生，那么如何应急响应，如何快速处理？就需要当前场景信息的完整、精细、正确、实时地传递。随着工业产品应用的智能化，工业产品的营销模式也改变了，如一台工程机械可以采取融资租赁的形式，使用人员可以用较小的成本使用工程机械，假如使用人员不按时缴纳费用，企业可以远程停止工程机械，或者查询工程机械位置后将其运回。在宏观层面，制造企业可以根据工程机械的开工情况，预测经济形势，以制订更合适的经营决策。

工业产品的典型制造过程，实际上制造过程可以更为细化，而且可能往复迭代。在元宇宙时代，更要强调集成，元宇宙涉及的各种技术、场景、应用更为繁杂，对要素之间的数据架构、模型、接口等内容要求更高，强调大集成能力，这种单元提升与大集成所带来的将是工业的显著性改进。

元宇宙时代，人不仅是消费者，也是生产者，更是创造者。个人要有元宇宙的思维模式，要敢于想象，制订一个以往不可能实现的目标，并针对这个目标进行深度思考，也许就可以发现一些未曾想到的资源、创意，也就是灵感。将这种灵感表达出来，并利用接力式创新予以转化，促进个人、产品、企业跨越式发展。

8)从基层创新到战略创新企业的构成包括人、财、物，而人显然是其中最具活力的部分，是具备灵性的，因此构建创新文化，发挥人的积极性至关重要。在元宇宙时代，个人可以利用更好的创新工具，如借助三维设计软件、仿真软件，基于计算机构建虚拟样机，模拟多种场景(工况)下的状态，工业产品的创新成本可以大幅度下降。而通过网络系统，可以连接企业内部、企业供应链，乃至全世界的相关人员，并且可以利用VR/AR/XR等技术实现展现、交互、交流，从而更好地认识、评价、改进、创新工业产品，或者说对产品进行不断改进。在企业层面，则从全企业的维度思考新产品和产品改进，促进基层创新上升到战略创新。当然企业在元宇宙时代也需要积极推进创新文化，改进管理思路，从管理员工变成赋能员工，从而让企业更具活力。

9)虚拟人与虚拟身份在工业企业中，早已应用了实物的虚拟人，如汽车碰撞试验中使用假人。也有虚拟的假人，如在设计车间生产线时，考虑人机工程，也就是让机器、装置更适合人的生理机能与心理特征，使人在工作时更省力，感觉舒服，让人体的骨架结构能够适应，肌肉组织能够操纵，精神系统能够控制，同时要保障人体的安全。进入元宇宙时代，这种虚拟人将会有更为广泛的应用。

另外在工业企业中，更要强调虚拟身份。例如，因为个人的身份原因，往往会人微言轻，那么建立匿名的合理化建议系统，就可以大幅度减少这样的问题。再如，构建虚拟组织，可以引入外部资源，像星期天工程师、外部专家库，“不求我有，但求我用”，可以大幅度提升企业的能力。同时随着互联网、通信能力的提升，外部人员、专家不必亲临现场，可以做到远程指导、远程操控、远程交流、远程解决问题、远程协同创新。

10)人机结合的表现进入元宇宙时代，不能把人与机器简单地分离，而是要集成性地看待，工业的制造过程不仅是物的变化过程，也是信息的变化过程，更是人的作业过程，人与机器结合，人与大数据、云计算、人工智能相结合，才是正确的方式，或者说是趋势。

元宇宙来临，个人是重要的主体，只有让个人的价值发挥出来，让创意变成产品，让产品规模化生产，才能真正创造出巨大价值，因此元宇宙赋能工业企业意义重大。元宇宙代表多种新兴技术与理念，在企业中应用，可以采用总体规划、分步实施、重点突破、效益驱动的模式，根据自身的具体情况，从单元技术到内部平台，再到外部平台，乃至工业元宇宙平台推进发展。

4 工业元宇宙推动智能制造

自2010年以来，人类进入技术革命蓬勃发展的新时期，在5G、云计算、大数据、人工智能、区块链、VR/AR等技术深度融合发展的今天，我们看到元宇宙已进入快速发展的前沿发展赛道。那么在工业领域，元宇宙又将对我国的智能制造产业发生什么样的变化呢？

工业元宇宙助力智能制造全面升级。智能制造基于新一代信息技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，是致力于推动制造业数字化、网络化、智能化转型升级的新型生产方式。工业元宇宙则更像是智能制造的未来形态，以推动虚拟空间和现实空间联动为主要手段，更强调在虚拟空间中映射、拓宽实体工业能够实现的操作，通过在虚拟空间的协同工作、模拟运行指导实体工业高效运转，赋能工业各环节、场景，使工业企业达到降低成本、提高生产效率的目的，促进企业内部和企业之间高效协同，助力工业高质量发展，实现智能制造的进一步升级。展望一下，工业元宇宙赋能的工业场景(见图1)

图1 展望工业元宇宙赋能的工业场景

工业元宇宙的应用迫切性：“作为一个企业，不是孤立的，需要与其它企业保持一致，而为了更好地提升企业的核心竞争力，甚至很多时候都要领先一步，这样才能赢得市场。而工业元宇宙的发展，恰恰为企业创新发展、抢占先机提供了更多的空间和机会。”

元宇宙作为一种新兴的理念、技术、生态，结合企业的具体业务进行探讨分析其应用，将可以更好地理解具体执行的模式、应用的方法，带来业务变化，分析投入产出，创造更大价值。

安全管理是工业元宇宙落地的重要应用之一。“在准备阶段，通过工业元宇宙建立一套智能系统，安全人员输入当日任务信息后，系统展示出相关材料，这样具备针对性，就可以大幅度提高效率。一些不确定的问题，系统可以进行智能性的探索性应答。采用虚拟化模式，人机交互的形式进行预演及检查确认，然后上岗。安全工作涉及的材料很多、范围很广，采用这种有针对性的人工智能模式会大大提高预期工作成效。在工作进行和管理阶段，安全人员可携带一些具备边缘计算、传输能力、信息采集、远程遥控等功能的元宇宙设备，如果出现疑难问题，就可以在第一时间向后台服务器、云计算中心提交请求。使得安全人员可以更好地掌控态势、顺利解决。尤其对于一些风险较高的工作例如核设备的检测，可以实现远程的监控、指导，有效避免了安全隐患的发生。”

工业元宇宙的应用，不仅提高了工作效率、降低了生产成本、提高了产品品质，还在以人为本的前提下加强了安全管理、避免了安全隐患。由此可见，工业元宇宙技术的真正落地、有序推广是行之有效的。

工业元宇宙蓄势待发，未来制造业如何发展？未来，工业领域将会实现与“元宇宙”的深度融合，集聚行业上下游资源，为制造业强劲发展注入新动能，推进智能制造产业转型升级。

随着传统制造向智能制造不断转型升级，传统制造将更好地结合“工业元宇宙”转型智能制造，为提高生产效率、降低生产成本的智能制造高质量发展贡献科技力量。

将两化融合、智能制造、数字化转型与元宇宙结合，提高其技术水平、能力，将对工业产生巨大影响，从而促进工业企业产品、工业企业生产过程中和工业产品质量上升到卓越水平。

专家建议：“通过工业元宇宙体系构建，立足制造本质，紧扣智能特征；以工艺、装备为核心；以数据为基础；依托制造单元、车间、工厂、供应链和产业集群等载体；构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效的智能制造系统，实现工业元宇宙和智能制造深度融合发展。”“工业元宇宙的亮点在于通过虚拟世界带动实际生产制造的效率提升以及模式创新，而工业互联网已有较为丰富的积累，也提高了工业企业对新兴技术的认可度，脱虚向实的雏形已基本形成。”。

展望未来，应用场景将覆盖产品全生命周期。现阶段工业元宇宙的大部分案例更趋近于“数字孪生”技术的应用。展望未来，工业元宇宙的应用场景将覆盖从研发到售后服务的产品全生命周期，由“虚”向“实”指导和推进工业流程优化和效率提升。以下从研发设计、生产优化、设备运维、产品测试、技能培训等多个环节切入，展望工业元宇宙可能的应用场景。

虚拟与现实相结合的技术，一语道破了元宇宙背后深层的工业逻辑。“工业的发展就是在虚拟与现实之间不断轮转。”一位行业分析师将传统工业与数字技术之间的关系，比喻成一条螺旋缠绕的DNA链，两者相互促进又密不可分。“回顾历史会发现，早期的数字技术帮助工业完成了第一轮变革，并改变其发展模式，这是一个由实向虚的过程。”

科技迭代进化，人们已经不满足于当前的网络层次体系，开始追求更极致的体验。在这样的时代背景下，现实世界与虚拟世界相链接，两个世界相互映射、交互，催生出新的概念——元宇宙，这给各行业创造了新的发展机会，也提出了挑战。

5 元宇宙带来的变化

元宇宙将带来哪些产业变化或社会新趋势？

2022年是元宇宙发展的关键一年，互联网迭代升级将全面提速。从产业、数权、组织、身份、文化、金融六大维度看，未来元宇宙将带来六大趋势和产业发展新变化。

趋势一：数字经济与实体经济深度融合。这主要指在元宇宙中产业全面升级，数字资产与实物资产孪生。在元宇宙时代，“万物互联”将逐步走向“万物互信”，再到“万物交易”和“万物协作”。在这个过程中，交易不仅在人与人之间发生，人与机器、机器与机器之间的交易也会频繁发生，到那时，产业必须整体升级，每个环节都必须实现完全的数字化。比如，每个智能硬件需要有自己的数字身份，交易机制必须完全实现自动化，交易媒介必须可编程，支付方式应实时清算。数字化技术给产业带来的变化绝非简单的技术升级，而是底层商业模式和产业链条的革新。元宇宙时代会有与现在完全不一样的产业图景和商业形态，数字经济与实体经济将深度融合。

趋势二：数据成为核心资产。在元宇宙中，数据就是财富，数据权利将被充分保护。未来在元宇宙中，中心化互联网机构垄断数据资产、滥用用户隐私数据的模式将会终结，取而代之的是一个充分实现数据权益保护、数据资产化和要素化的全新经济体系。区块链技术可以作为“确权的机器”提供一种极低成本的数据确权服务，并通过智能合约实现数据的交易和价值分配，从而让数据成为每个人真正的资产，让数据价值最大化。

趋势三：经济社群崛起壮大。在元宇宙中，经济社群将成为主流组织方式，数字贡献引发价值分配变革。元宇宙时代，组织形态的升级是比资产形态和商业模式变革更加深层次的变化，“公司组织”将逐步衰落，开放、公平、透明、共生的“经济社群”有望成为主流的组织形态，组织目标转变为“社群生态价值最大化”，以组织变革的力量，助力各行业实现效率变革，开创更加公平、更加普惠、更加可持续的数字经济新范式。

趋势四：重塑自我形象和身份体系。数字形象比物理世界中的实际样貌更能反映一个人心目中理想的自我形象，是一种深层次的自我认知在数字世界的投射。因此，随着数字生活与社会生活的进一步融合，以及我们的日常生活全方位地向元宇宙迁移，数字形象也将成为我们主要的社交形象。数字身份则是元宇宙中一切数字活动的基石，每个人都将拥有一个具有通用性、独立性、隐私性的数字身份。数字身份可打通身份、数据、信用和资产体系并逐步与现实身份融合，从而保障我们在元宇宙中的美好生活。

趋势五：数字文化大繁荣。在元宇宙时代，来自物理世界的物质性约束越来越少，创意可能会是唯一稀缺资源。因此，元宇宙时代也将是数字文化大发展、大繁荣、主流化的时代。IP将成为元宇宙中一切产业的灵魂。其中，NFT(非同质化数字商品技术)作为数字文创产品的价值载体，有望成为元宇宙的核心资产类别。

趋势六：数字金融实现全球普惠。元宇宙中DeFi(DecentralizedFinance分布式金融科技)将加快金融服务数字化变革，可编程交易实现金融智能化。在元宇宙中，数字与实体将全面融合，一切经济活动都会向数字经济转变。这就要求金融服务实现数字化，并且不仅仅是形式上的数字化，而是真正的普惠化，让每个人都能低成本、高效率地使用数字金融服务。

在这六个大趋势的变化路途中，各行各业的应用场景都将得到革命性改造。同时，元宇宙并不仅仅是基于单独某一项技术的发展，而是用应用把技术的“点”连成“线”，不断融合创造了大量“新物种”，由此也会诞生工业元宇宙、商贸元宇宙、金融元宇宙、教育元宇宙、文化元宇宙、大健康元宇宙等产业元宇宙的应用和相关产业。

6 工业元宇宙应用实例

案例一，元宇宙在电力系统中的应用

元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态。随着“碳达峰、碳中和”目标与新型电力系统的提出，在元宇宙中建设电力系统是未来发展的趋势。

元宇宙自诞生以来就与电力系统领域紧密耦合。现阶段，电力系统正处于转型升级的开始阶段，电网运行信息、电力企业运营信息都在从实体到数字化升级，电力系统的物理载体和运营主体都在发生着数字化的变革，为融入元宇宙奠定了基础。开创电力系统与元宇宙相关新概念、新技术、新应用融合发展，是电力系统转型的重要步骤。

元宇宙中的电力系统是建设数字化、信息化、智能化新型电力系统的有效验证手段，新型电力系统需要大量的数字化仿真建模分析，将在元宇宙中呈现现实设备与数字化设备的高度融合。元宇宙电力系统能够为新型电力系统建模、稳定分析、运行控制提供技术支撑，因此元宇宙提供了沉浸式仿真的有效工具，对实现双碳目标具有重要的意义。

针对元宇宙在电力系统的应用，通过数字孪生技术、物联网技术2种手段来认知元宇宙继而分析元宇宙中的电力系统。不同于现在的虚拟现实，元宇宙具备虚拟融生、多元化、沉浸感、经济系统和文明四大特点。

实际运用有：元宇宙电力系统数据中心；元宇宙电力系统实体反馈；元宇宙电力系统优化调度；元宇宙电力系统运行控制；元宇宙电力系统智能巡检与故障诊断；电力系统动态仿真；人与元宇宙电力系统交互；以及元宇宙中电力系统的潜在应用与前景等等。

案例二，节能减排绿色电力，可视化打造智慧虚拟电厂

虚拟电厂通过协调控制、智能计量以及信息通信等技术聚合 DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等不同类型的分布式能源，通过更高层的软件构架实现多个 DER 之间的协调优化运作，达到资源的优势配置和使用，并作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。

借助图扑的 HT for Web 产品，能有效进行数据融合，将分散的 DER 聚合到可视化系统中统一进行管理，通过 Web 提供丰富的展示形式和效果。“虚拟电厂”的可视化协调控制减小了以往 DER 并网对公网造成的冲击，降低了 DG 增长带来的调度难度，使配电管理趋于合理有序，提高了系统运行的稳定性。

在未来城市能源管理系统中，虚拟电厂控制平台将在城市配网中将广泛应用。城市虚拟电厂通过物联网实时汇总终端用电设备的状态和需求信息，实现对分布式发电机组、可控负荷、储能设施实时调控管理，通过与输电网的信息实时交互实现电力供需平衡。还可以将相关信息实时传输至电碳市场中心和电网调度控制中心，构建分时、梯度的虚拟电厂群，主动响应电网调度信号，参与电力市场交易和电网运行。

案例三，元宇宙在汽车行业中的应用

元宇宙可深度赋能工业 4.0，为汽车制造提供数字化支撑。汽车生产制造逐步向平台化、模块化和智能化迈进。

产品数字孪生体是其中核心概念。产品数字孪生体是指产品物 理实体的工作状态和工作进展在信息空间的全要素重建及数字化映射，是一个集承集成的多物理、多尺度、超写实、动态概率仿真模型，可以用来模拟、监控、诊断、预测、控制产品物理实体在 现实环境中的形成过程、状态和行为，产品数字孪生体基于产品设计阶段生成的产品模型，并在 随后的产品制造和产品服务阶段，通过产品与物理实体之间的数据和信息交互，不断提高自身的 完整性和精确度，最终完成对产品物理实体的完全和精确的数字化描述。产品数字孪生体的基本 功能是模型映射、监控与操纵、诊断、预测。

设计研发领域：数字孪生可建立物理对象的虚拟映射，主要表现为建立实体模型的三维模型,并运用装配、动画等方式模拟零部件的运动方式。该技术可于汽车生产制造领域得以应用，可通 过建立数字三维模型，映射汽车在运行过程中发动机内部各个零部件、线路、接头等方面的数字 化情况，从而实现对产品状态的判断。

其他，还可以在模拟测试、工业生产、新技术研发等领域发挥重要作用。

案例四，智慧水务绿色集约化发展

Hightopo 应用自主研发的 HT 产品，搭建了以厦门区域为载体的 2D 智慧水务可视化解决方案。界面摒弃了以往传统的地图模式，采用更加简洁的六边形色块拼接出湖泊水库等地形，河流分支则运用更加简化的线条予以展现，再选用不同颜色标明泵站、自来水厂、污水处理厂、非饮用水、饮用水水源及水源保护区域位置。如此设计更容易突出业务内容，让管理达到事半功倍的效果。

两侧面板用于展示采集到的实时数据统计，以供水调度数据为基础，为给水系统、排水系统、污水处理系统等众多子系统提供运营数据分析、设备运转、水量管理、安全管理等业务支撑。形成感知、诊断、调度、预警、校正一体化水务管理体系，为用户打造规范化、精细化、智能化的水务运作流程。

案例五，钢铁行业——宝武钢铁打造AR智能运维系统，开启全新设备运维方式

在2020年，AR在钢铁行业的应用就可以说是初战告捷了。疫情期间，华菱湘钢的工程师通过亮风台提供的AR眼镜以及AR远程通讯与协作平台HiLeia的冻屏、实时标注等功能克服了疫情影响，与中德奥三地专家进行远程无障碍沟通协作，顺利实现跨国远程装配。这是我国钢铁业首次通过5G+AR进行跨国远程装配。在此后一年，华为即联合三大运营商、亮风台、宝武、华菱湘钢、河钢、柳钢、首钢等撰写发布了《5G智慧钢铁白皮书》，明确“5G AR远程装配”为5G智慧钢铁十大应用场景之一。

到2021年，宝武钢铁引入亮风台AR技术与应用，打造了”AR智能运维系统”，为冶金企业带来了全新的设备运维工作方式。

以往，在需要原厂专家远程协助、后端专业技术人员与现场点检人员信息交流、检修作业的多岗协同场景下，往往只能采用邮件、电话、微信等方式进行信息交换和沟通协作。基于当下信息化、智能化技术的飞速发展，以电子邮件、电话等方式传递信息、数据的效率已经不能满足高效、智能的工作需求，而使用微信等互联网即时通讯工具虽然一定程度解决信息传递效率的困扰，但同时又衍生了企业数据安全、信息碎片化等一系列问题。

案例六，绿色数治开采工艺：3D 可视化智慧矿山

采用 Hightopo 自主创新的 HT 产品搭建 3D 轻量化大型智慧矿山解决方案，根据矿山现场的 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料还原外观建模，围绕以数字化开采、高速掘进、智能通风排水供配电、筛煤工艺等内容为主体的三维立体可视化管理系统。

等等。

同时，工业元宇宙还在智慧城市、智慧园区、智慧工厂、智慧农业、智慧交通、智慧港口、智慧机场、智慧航运、消防应急等方方面面发生着潜移默化的改变，将“工业元宇宙，一起向未来”的理念发挥到极致。

7 小结

工业元宇宙令现实世界与虚拟世界互通发展，呈现虚实融合互相影响的形态，需要强大的算力、网络等基础技术作为底座，也需要强大的芯片、传感器、光学镜头、VR/AR等硬件设备支撑工业元宇宙的想象和发展。为促进工业元宇宙从概念落实到应用，需要进一步开展多方面研究和建设。对于工业元宇宙，我们倡议政府和企业可以布局和发展工业元宇宙相关技术，不要过度吹捧概念，避免基础不牢导致“泡沫”过多。

一方面，要加速数字化、算力等新型基础设施建设，加强云计算、大数据、人工智能等基础技术研究。一是持续推进数字化基础设施建设，推进“双千兆”网络部署与应用，支持工业企业运用新型网络技术和先进适用技术改造建设企业网络，为工业元宇宙提供高带宽、低延时、高可靠的网络接入能力。二是加速建设数据中心，开展算力提升行动，推进国家枢纽节点之间进一步打通网络传输通道，加快实施“东数西算”工程，提升跨区域算力调度水平。三是鼓励高校、科研院所、企业等组织推进云计算、大数据等技术研究，加速工业元宇宙转化进程。

另一方面，应加强VR/AR等相关硬件设备研发与应用，推进光学镜头、显示面板、主控芯片、传感器、存储器等关键设备技术升级。一是推进关键核心技术“揭榜挂帅”行动，针对芯片、传感器、存储器等核心技术和工具设备研发设立专项研究课题，面向高等院校、科研院所、企业等组织“揭榜挂帅”，呼吁有能力的组织围绕薄弱环节开展自主研发或联合研究。二是加速推进建模、仿真类工业软件开发，支持有基础的企业持续开发和完善研发设计类工业软件，鼓励社会资本、产业基金支持我国研发设计类工业软件发展，拉近当前我国研发设计类工业软件与国外的差距，加速补齐短板，为元宇宙赋能工业奠定基础。

展望未来，工业元宇宙的应用场景将实现产品全生命周期覆盖。要筑牢基础，迎接“工业元宇宙”时代的到来。让我们共同携起手来，一起共赴工业元宇宙的智慧之旅，共享工业元宇宙带给我们的便捷与福祉！