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工业元宇宙已来临—解析工业元宇宙应用场景

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近日,工信部副部长王江平在京调研虚拟现实等新一代信息技术在工业制造领域的应用情况,并召开相关企业座谈会。

会议强调,要针对虚拟现实等新一代信息技术如何赋能工业领域开展深入探讨研究,进一步促进虚拟现实等技术在各界的应用,精确瞄准行业的痛点、难点,不断提高技术应用的深度、广度。这次座谈会被业界惊呼“工业元宇宙”来袭!

工业元宇宙即元宇宙相关技术在工业领域的应用。

相比于消费元宇宙,工业元宇宙更关注解决实际场景中的确切问题,其价值或远大于消费元宇宙。

国际高科技产业市场研究机构集邦咨询预测,到2025年工业元宇宙将催动全球智能制造市场规模突破5400亿美元,2021至2025年复合成长率高达15.35%。

目前,工业元宇宙已有多个实践案例,如电力企业应用的工业一体化AR智能头盔,波音公司利用虚拟现实技术设计的波音777飞机等。这也说明尽管工业元宇宙仍处于初级阶段,但元宇宙与工业实体经济进一步融合是一种不可避免的趋势。

一、工业元宇宙

一般认为,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。

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近日,工业元宇宙协同发展组织在京正式成立。会议通过了工业元宇宙协同发展组织章程和组织机构,并发布《工业元宇宙创新发展三年行动计划》。

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《行动计划》提出,力争通过3年的努力,以工业元宇宙的技术储备、标准研制、应用培育和生态构建为目标,通过创新能力提升等四项行动,实现3个100:形成100个可复制的典型案例,为应用推广提供标准模板;打造100个工业元宇宙标杆应用,提供元宇宙在工业领域的高水准落地示范;建设100个赋能创新中心,并推动建设一批“工业元宇宙+垂直行业”的工业元宇宙开放平台。

二、工业元宇宙体系

工业元宇宙主要由五大体系构成,包括技术体系,标准体系,产品体系,服务体系和保障体系等。

工业元宇宙的技术体系尚处于不断演进与发展的阶段,目前主要由时空引擎+实时渲染+大规模建模技术,自然交互技术,区块链技术,网络通讯与算力技术,人工智能技术,物联网/传感技术,数字孪生技术等构成。

其中,工业元宇宙的热点技术包括5G、算力网络、虚拟现实/增强现实技术、数字孪生技术、人工智能技术、区块链技术、工业元宇宙平台及先进计算等。

三、工业元宇宙应用场景

从产品全生命周期的角度来看,工业元宇宙已在工业的研发阶段、生产阶段、管理阶段、销售阶段、实训阶段实现不同程度的应用;从工业系统的层级来看,工业元宇宙已实现设备级、产线级、工厂级、产业链级应用,皆大幅度地促进了企业提质降本增效、服务产业链治理与供应链优化。

在工业元宇宙中,时空的限制被打破,围绕研发、制造和销售环节构建起覆盖全产业链制造和服务体系。

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1、研发环节

在研发环节,工业元宇宙在工厂端产线设计、工艺端产品研发等环节,通过将现实世界的测试、分析等在虚拟世界中模拟,很大程度的减少研发过程中的能量消耗与试错成本。

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国内家电巨头美的从几年前就开始布局数字孪生与仿真技术,逐步向“工业元宇宙”领域切入。目前,美的已经利用仿真系统和数字孪生搭建了一个将实体工厂1∶1还原的虚拟数字工厂。通过在虚拟工厂中模拟生产,大幅提升了新产品试制试产效率,缩短了产品的上市周期。

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国际上,西门子通过数字孪生模拟水流,进行了大量的实验调整设备,大幅减少能源设备的维护时间,节省大量的成本;爱立信做了整个城市的数字孪生,用来模拟在哪些位置放置5G基站效果更好,成本最低;奥迪推出的名为“虚拟装配线校检”技术,依托3D投射和手势操控技术,帮助流水线工人在名为“CAVE”的虚拟空间中完成对实际产品装配工作的预估和校准。

2、生产制造环节

在生产制造环节,可通过工业元宇宙相关技术进行制造流程管理、设备日常运营维护,大幅提升了生产制造效率,减少了生产测试成本、运维成本。同时,可通过远程操控保障危险环节作业人员的安全。

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波音、宝马等国际巨头也已实现虚拟制造。2020年GTC大会上英伟达发布了一款企业设计协作和三维平台Omniverse,集成了包括语音AI、计算机视觉、自然语言处理、模拟等方面的技术,为全球700多家客户提供专业的元宇宙底层服务架构。宝马集团就选择了英伟达发布的Omniverse平台,依靠数字孪生体进行模拟生产,目前已经将生产网络中31家工厂的工人的工单指令进行模拟,将生产计划减少了30%。

在工业元宇宙中,还可通过AR/VR等终端实现人机交互作业并获得AI的指导与决策,形成了一种“游戏式”的新的工作方式。

头戴式计算机品牌瑞欧威尔推出的全新品牌moziware以及相关新产品,通过AR头戴计算机进行语音操控、AR识别等,用来查看设备信息,测量部件尺寸,查看装配说明,实现远程协作。

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例如,在汽车制造行业,可通过AR技术帮助技术人员远程实时求助技术专家,成功消除了因制造现场无法快速获取专业知识而导致的车辆维修困难问题,减少了车辆停机时间。同时,有效减少了专家外派异地而产生的出差费用,提高工作效率的同时,间接减少了交通出行产生的碳排放。

在物流仓储场景,将AR技术引入现场管理体系中,员工通过语音控制确认货物信息,减少了手动操作带来的失误,实现了分拣流程规范化。某头部快消品牌在其28个国家和地区的仓储物流现场使用了AR技术解决方案后,生产效率提升了6%~8%。

3、设备运维

在设备运维方面,工业元宇宙也开启了全新的设备运维工作方式。

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国内,宝武钢铁与AR企业亮风台合作,针对多岗位协同作业场景信息交换不通畅所造成的信息滞后与延时情况,打造了“AR智能运维系统”。通过关联设备的数字信息可视化,精准远程协作、高效记录管理过程,在保障数据安全的前提下,有效提升了作业现场的信息交互能力。

4、产品测试

对于应用标准高、测试要求复杂的产品,工业元宇宙能够提供虚拟环境以开展试验验证和产品性能测试。通过虚实结合实现物理空间和虚拟空间的同步测试,更加直观地感受产品的内外部变化,提高测试认证效率和准确性。例如,相对于民用消费级芯片产品,车规级AI芯片由于工作环境多变、安全性要求高等因素,功能设计复杂,其研发、测试、认证流程十分严苛,需满足多项国际国内行业标准。工业元宇宙可为车规级AI芯片提供虚拟测试空间,工程师可以用较低的成本对车规级AI芯片进行测试,也可以模拟和体验搭载AI芯片的自动驾驶汽车,提高车规级AI芯片的测试、认证效率。

5、技能培训

工业元宇宙能够有效提高教学培训效率,为高等院校、企业等组织提供培训学生、员工专业技能的虚拟设备,让学员更加直观地操作生产设备。同时,对于地震、失火等极端特殊情况,可以通过工业元宇宙平台搭建虚拟空间,供相关人员演习逃生路线和检验事故处理办法。

6、产品销售

在产品销售环节,元宇宙成为消费者交互参与的媒介。在产品销售的过程中增强产品展示的维度,让消费者更直观地感受产品,增加参与性,帮助企业触达用户。

客户购买产品,核心是要满足某种需求。然而很多时候,客户的需求并不是确定的,因此就需要供需双方进行沟通。沟通内容既包括产品信息,也包括企业的生产能力、管控水平、价格成本等。

企业应用信息化技术已经有了很多很好的案例,例如戚墅堰机车车辆厂针对上海铁路局领导查看新曙光动车组油漆方案图不满意,希望提供效果图的情况,联合浦镇车辆厂、某软件公司、上海电影制片厂设计并制作了效果图,获得了认可,推进了新曙光动车组项目落实。

又如资阳内燃机车厂在参与一个美国项目招标时,针对美方提出的原有产品存在局部缺陷的情况,根据美方提供的产品图纸进行建模,利用有限元软件进行仿真分析,重新优化了产品设计,最后赢得了订单。

进入元宇宙时代,与客户的沟通,生产过程的管控,工业产品的应用服务越来越多地需要转向线上,因此工业企业需要积极思考,利用虚拟化技术,更好地展现产品,展现生产能力和保障能力,从而满足客户的需要,为企业赢得发展的机会。

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大众汽车通过空气动力可视化技术,将汽车空调吹出来的空气在车内的流动情况进行可视化,客户可以清楚地看到空调的空气从车的哪个位置吹出来、气流是怎么样运作的,用户有兴趣体验的话销售就达到了目的,增加了生意谈成的概率。

一些引人注目的工业元宇宙将实现的用例:

通过虚拟工厂参观和互动组装提升品牌知名度

产品和服务的虚拟演示

通过区块链技术、加密货币和不可替代代币支付

用于产品和服务的设计、模拟和测试的协作研发

利用数字客户来改善现实世界的客户体验

机器、工厂、供应链甚至整个生态系统的布局、性能和相互作用的模拟

利用数字人类模拟人类行为

材料、组件和服务供应商评估

资产管理和维护模拟

服务提供商的虚拟选择

通过原始设备制造商或数字技术供应商策划的市场销售虚拟双附件

销售和运营计划优化,基于在元宇宙中捕获的数据模拟

可持续解决方案和流程的测试环境

四、工业元宇宙的未来

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。

展望未来,可以预期的是将产生海量用户创造的有价值的内容;网络等基础设施能力得到充分应用,而且高算力、高展示力设备更为先进;信息的模式发生革命性改变,通过/XR技术实现更好地展示、交流、体验与交易,手势、体感、脑波等新交互技术可以更好地表达、接收、交流个人思想;人工智能、人机结合,利用3D打印、集成制造、智能制造、云制造等工业基础设施,可以更加高效便捷地促进虚拟产品变成现实;工业产品必将极大丰富,更为美观便利,同时成本降低,质量提高,价值提升;国民经济将高速度、大规模、高水平迈向现代化,社会将更具创新活力与创新能力,人民将享受更多的获得感与幸福感。

蓝裕文化工业旅游规划设计院认为,工业元宇宙是对现有工业4.0的颠覆。因为工业的发展需要的是颠覆式的进展,如果停留在原有的发展模式,工业终将陷入停滞。从人工到使用工具,从人使用工具到机械化生产,从人操控机械到机械自动化,再到人机合作,人使用工具的能力越来越强。人常说人力有限,但机器的力量则数倍数十倍于人,元宇宙,只是工业发展的必然。而从工业开启元宇宙,则更有利于元宇宙的发展壮大,工业,依然是人类的根基。

关键词:蓝裕文化,酒庄设计,博物馆设计,展馆设计,工业游设计,工业旅游设计,文化产业园设计,特色工业园设计,特色文旅小镇设计,酒厂游设计,回厂游设计,酒体验设计,白酒营销策划,体验店设计,室内设计,建筑设计,规划设计,环境设计。

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