工业元宇宙促进制造业创新变革

本文转自：中国电子报

工业元宇宙促进制造业创新变革

本报记者 张维佳

图为工程师佩戴AR智能眼镜进行现场巡检

工业元宇宙是数字化转型新阶段

“这个传动电机持续高温异常，找不出问题在哪里……”在宝武钢铁（以下简称“宝钢”）生产基地的热轧产线上，一线装备人员正通过AR智能头盔呼叫工程师远程协作。只见他用AR智能眼镜扫描生产设备识别码，将实时获得的设备数据信息以“第一视角”传输给远方的工程师。工程师将标注异常点的实时画面后推送回一线人员后，不出几分钟，问题就得到了解决。

在工业领域，虚拟现实及元宇宙技术已成为新一代生产力工具，赋能产品研发、装配、维修等各个环节，成为推动新型工业化的强劲力量。

工业是国民经济的主体和增长引擎。随着新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，虚拟现实与人工智能、5G、云计算、物联网等新一代信息技术加速融合发展，推动工业、制造业高端化、智能化、绿色化升级。

“工业元宇宙可以使整个工业体系在虚拟背景下重构，突破传统边界与束缚，促进产业融合，实现持续性的降本增效。”一位业内专家告诉记者，通过对复杂的现代工业系统进行彻底地、全方位地、系统性地采用数字孪生技术，就可以使整个工业处于数字化、智能化和信息化的直观状态。这种重构打破了传统工业企业的边界与束缚，实现在技术支撑下的产业融合。此外，工业元宇宙能够实现生产托管，物流、物资配送等功能，可以实现可持续性的降本增效。

“工业元宇宙是工业数字化转型的新阶段。”北京泰尔英福科技有限公司工程师焦臻桢表示，元宇宙是由多种信息技术融合应用构筑起的新型经济活动空间与生态系统，将催生出大量新型应用与经济活动，为数字经济的发展带来新的机遇。在工业领域，随着工业数据不断积累，工业模型与算法越发成熟，在线协同、虚拟研发等需求和场景不断涌现，都为工业元宇宙的发展打下了基础，并将结合数字空间等技术，与工业互联网进一步深度融合。

为进一步打造成熟的工业元宇宙，开拓虚实互促的制造业增长新模式，日前，工业和信息化部等五部门联合印发《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023－2025年）》（以下简称《行动计划》），突出强调以构建工业元宇宙、赋能制造业为主要目标，大力探索虚实互促的制造业创新变革，在工业关键流程的元宇宙化改造、重点行业工业元宇宙布局、探索工业元宇宙创新应用模式三个方向发力。

清华大学新闻学院元宇宙文化实验室主任沈阳认为，《行动计划》重点强调工业元宇宙，是对未来工业和经济发展趋势的前瞻性规划。他分析指出，经过几十年的发展，我国已成为世界第一制造大国，且工业体系完整、门类齐全。大力发展工业元宇宙，一方面可以加快推动传统制造业转型升级，提升“中国制造”在全球市场的影响力和话语权；另一方面，从物质生产端看，工业元宇宙也是电商元宇宙等元宇宙类型的源头和基础，其快速发展有助于构建起完整的元宇宙产业链。

一直以来，元宇宙的概念范畴都比较宽泛，好像什么都可以做。而本次《行动计划》重点聚焦以工业元宇宙为代表的垂直行业，为产业未来的发展提供了清晰的方向和策略。”亮风台品牌公关总监陈西瑞向记者表示，我国工业正处于转型升级和创新发展的重要阶段，亟须新一代信息技术赋能。而元宇宙技术与工业结合度非常高，覆盖了从研发、制造、售后到管理的全流程，应用空间广阔。“《行动计划》的出台恰逢其时，相信元宇宙产业将迎来一个‘脱虚向实’的新发展阶段。”陈西瑞说。

工业元宇宙关注解决“实际问题”

在宝钢，利用AR技术进行现场辅助AR巡点检、设备故障诊断已经得到广泛应用。在陈西瑞看来，钢铁行业有着工业制造领域丰富的应用场景，同时对信息化、智能化有迫切的需求。“在设备运维、设备故障诊断、培训等场景下，钢铁行业面临的问题在于已有的工业互联网或数据业务平台尚无法满足复杂的设备、数据、系统之间的互联互通与现场处置需求，运维模式亟须从‘以人为核心’的设备管理方式，转变为‘以数据为核心’。”陈西瑞指出。

为此，宝钢生产基地的热轧产线上配备了AR智能巡点检系统和工业级AR智能眼镜。该系统以工业工程为基础，将点巡检作业进行细化，巡检人员佩戴AR智能眼镜，扫描生产设备识别码，在视野前方就能获得环境数据、维修履历、操作手顺、故障记录、图档履历、备件信息等相关设备或产线信息，再通过语音输入传输给管理端工程师。这样一来，管理工程师就可以在实时画面中标注异常点，推送回一线人员视野前方，完成人、（现）场、数（字）的融合。此外，AR智能眼镜还可显示设备构造、设备三维模型图、巡检标准、巡检路线等信息，即使是缺乏经验的新人，也可以轻松地完成巡检。

“我们点检员就好比现场设备的健康管家，每天都要巡视。有了AR点检，原来每天要花费两个小时，现在仅需半个小时。”宝钢德盛5G智慧钢铁项目负责人陈国龙介绍，以往存在设备巡检单记录效率低、纸质巡检易丢失、记录耗时长等问题，AR智能设备的应用将巡检全程可视化、智能化，从而减少人为失误。

除了设备故障检修、生产现场检测外，虚拟现实技术还在远程设备操控、协同研发设计、机器视觉质检、柔性辅助装配、厂区智能物流、无人智能巡检等场景中实现初步应用，勾勒出工业元宇宙的雏形。

在工业仿真验证应用中，虚拟现实技术可以从组件库中构建虚拟原型来进行仿生制品的设计验证。比如，在虚拟现实环境中对车辆、飞机和建筑物等原型的行为进行测试，进一步缩短产品制造周期。

在物流与供应链管理方面，通过网络服务连通世界各地的物流中心与工厂，实现供应链与物流信息的同步，随后建立包括物流环境、设备、货物种类、数量等要素的全环节模型，计算时间、效率及经济性，生成智慧化拣货与排单策略，以快速面对、弹性适应每天不断变化的订单需求。根据集邦咨询预测，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，年复合增长率或高达15.35%。

工业元宇宙赋能“千行百业”

除了钢铁行业，虚拟现实及元宇宙技术在航空航天、交通运输、石油化工、汽车制造、医疗等领域的应用场景也在不断拓展。

“每个行业的应用场景不同，技术上也有不同的要求。”上述专家表示。例如，危化品行业作业环境非常危险，所以需要产品设备具有防爆、防水、防腐蚀等多个防护等级；医疗行业因为作业环境复杂，产品不能给医护人员增加负担，所以在产品的轻量化上需要有更多的考量。此外，元宇宙在工业领域的消费利用，需要更强大的软硬件支持，例如更强大的算力平台、展示技术、网络信息通信技术。

此外，工业元宇宙发展还面临四大问题：一是数据采集、数据存储与处理能力以及数据标准的统一性还未实现；二是现有基础设施与技术在某些方面还不能满足工业元宇宙的高要求；三是跨区域、跨行业、跨企业、跨部门兼容适用的工业元宇宙系统仍未建立；四是数据传输过程中面临数据丢失和网络攻击的问题，数据存储环节则易引发数据泄密风险。

杭州灵伴科技有限公司联合创始人向文杰认为，工业元宇宙的实现离不开感知、理解、协调、展现四大要素。它们除了要通过AI能力和AR交互来实现，还要充分考虑包括数据、信息、决策数字资产的因素。“简单来说，远程协作是一个成熟的市场，但是要实现生产、服务、全链路结合，就还有很长的路要走。”向文杰说道，“现在市场上大部分人更愿意讲现实世界和虚拟世界的融合，做数字孪生的生态。但是对于工厂的一线工人来说，数字孪生仍具有距离感。我们认为从工业互联网走向工业元宇宙的过程中，人是核心价值。未来希望能够借用AR能力武装更多一线工人，提高工人的工作效率，让协同更高效，让工作更简单。”