2023工业元宇宙发展洞察报告.pdf

前言随着元宇宙概第一股 Roblox 上市，元宇宙迅速引发世界关注，国外脸书（Facebook）、微软（Microsoft）、英伟达（NVIDIA）等，国内腾讯、字节跳动、百度等科技公司纷纷布局该领域。元宇宙利用区块链、人工智能、扩展现实（XR）、数字孪生等技术实现对现实世界的有效数字拓展，完成对现实世界的空间延伸、时间延伸和价值延伸，实现虚拟世界和现实世界时空融合。工业元宇宙基于元宇宙的关键特征、要素、相关技术与应用，将扩展现实、数字孪生为代表的新型信息通信技术与工业经济深度融合，从而构建工业元宇宙新型基础设施、应用模式和工业生态，服务于工业经济、赋能工业生产、促进工业领域数字化高质量发展，带动工业企业数字化转型新升级。工业元宇宙通过打造与现实工业经济映射和交互的虚拟世界，构建起工业产品全生命周期的虚实共生、企业和消费者智能高效闭环下的全息智能制造、工业智能经济体系，解决工业多应用场景中的痛点问题。但由于工业元宇宙概念较为前沿，涉及的技术种类复杂，产业类型多，目前工业元宇宙的产业体系尚未建立完善。因此，为统一工业元宇宙的认识，明确工业元宇宙概念，促进工业元宇宙的产业集聚发展，结合2022 中国工业元宇宙产业研究报告、元宇宙通证、中国元宇宙白皮书、元宇宙发展研究报告 1.0、元宇宙特征与属性 START 图谱等材料和权威专家观点，深入调研产业发展状况，针对工业元宇宙的概念、价值、政策、应用、关键要素、技术体系、产业体系以及重点问题进行了详细阐述，尝试定义了工业元宇宙概念、技术体系和产业体系，并对元宇宙未来发展进行了深入思考，希望为工业元宇宙的落地应用和产业发展提供参考和借鉴。指导单位：指导单位：中关村区块链产业联盟中关村区块链产业联盟目录一、元宇宙概述.1（一）元宇宙发展脉络.1（二）元宇宙基本内涵和特征.2（三）元宇宙的应用探索及成效.5二、工业元宇宙概念与价值.6（一）工业元宇宙概念.6（二）工业元宇宙的价值.8三、工业元宇宙国内外相关政策.9（一）工业元宇宙国外相关政策.9（二）工业元宇宙国内相关政策.12四、工业元宇宙应用探索.14（一）工业元宇宙变革生产者的操作模式.15（二）工业元宇宙优化设计者的创作过程.17（三）工业元宇宙提升经营者的管理效率.19（四）工业元宇宙丰富服务者的实施手段.22五、工业元宇宙关键要素及发展阶段.24（一）工业元宇宙关键要素.24（二）工业元宇宙发展阶段.25六、工业元宇宙关键技术.27（一）扩展现实技术.28（二）模型技术.29（三）数字孪生技术.29（四）区块链技术.30（五）数字资产与数字身份.30（六）人工智能技术.31七、工业元宇宙产业体系.31（一）工业元宇宙产业布局.31（二）工业元宇宙参与主体.37（三）工业元宇宙主要产业.31八、工业元宇宙需关注的重点问题.38（一）工业元宇宙监管形势将更为严峻.38（二）信息安全与隐私保护将更加困难.39（三）传统经济体系将迎来巨大冲击.40（四）工业元宇宙标准体系需求更加急迫.40（五）基础设施建设需要跨越式发展.41附件 1：元宇宙大事记.42附件 2：国内元宇宙政策汇编.45参考文献.55工业元宇宙发展洞察报告（2023）1一、元宇宙概述（一）（一）元宇宙发展脉络元宇宙发展脉络元宇宙理念很早有萌芽，1990 年，钱学森先生提出将“Virtual Reality”翻译为“灵境”。钱先生认为“灵境技术及多媒体能大大扩展人脑的知觉，因而使人进入前所未有的新天地，新的历史时代要开始了”。1992 年，尼尔斯蒂芬森（Neal Stephenson）科幻小说雪崩出版，在该书中作者首次使用了“Metaverse”一词。小说描述了一个通过“目镜”可进入，通过“化身”可跨时空交互，实现平行世界的自由穿梭的元宇宙世界。图 1 元宇宙发展时间线工业元宇宙发展洞察报告（2023）2产业界围绕元宇宙开展了很多探索，特别是 3D 游戏、虚拟世界游戏。2021 年 3 月，随着元宇宙概第一股 Roblox上市，元宇宙开始迅速传播，国外脸书、微软、英伟达等科技公司纷纷布局相关领域，国内腾讯、字节跳动、百度等公司也纷纷进入。2021 年 10 月份，脸书正式改名为Meta 彻底拥抱元宇宙，使得元宇宙进入了公众视野并成为产业热点。2021 年以来，“元宇宙”这一概念的关注度呈现指数级暴涨，国内外相关要素厂商纷纷提出“元宇宙”发展战略规划，展现出超出想象的发展潜力。2022 年，元宇宙领域继续蓬勃发展，微软巨资收购动视暴雪继续为元宇宙打造添砖加瓦，谷歌与 NBA 合作推出元宇宙项目Google Pixel Arena，Meta 发布四款 VR 原型机，众多科技巨头公司宣布成立元宇宙标准论坛。国内元宇宙市场整体规模持续扩大，据中国元宇宙发展报告(2022)显示国内元宇宙上下游产值已超过 400 亿。2022 年 9 月，世界人工智能大会元宇宙博览会在上海成功举办。（二）（二）元宇宙基本内涵和特征元宇宙基本内涵和特征元宇宙最初多以游戏的方式呈现，并逐渐整合互联网、数字化娱乐、社交网络等功能。长远看，元宇宙作为虚拟世界和现实世界融合的载体，将向整合社会经济与商业生产活动迈进。但总体上，元宇宙还处于萌芽时期，全球尚未对元宇宙的定义和理解形成统一标准。工业元宇宙发展洞察报告（2023）3Roblox 首席执行官 Dave Baszucki 表示，“我们对未来有个共同的愿景，这种愿景有时会被称为“元宇宙”。它能够给全人类带来非凡的体验，有朝一日，人们得以聚集在一起，社交、学习、娱乐、工作，惊叹于元宇宙的奥秘”。Facebook 创始人扎克伯格认为，“你可以把元宇宙看作是一个具身性的互联网。在这里，你不再浏览内容而是在内容中”。中国信息通信研究院金键指出“元宇宙是全人类对科技发展、产业变革、社会治理、环境变化、宇宙认知等提出的新愿景新蓝图，也是高阶数字经济的空间形态”。阿里巴巴达摩院 XR 实验室负责人谭平认为“元宇宙就是 VR/AR 眼镜上的整个互联网。VR/AR 眼镜是即将要普及的下一代移动计算平台，而元宇宙则是互联网行业在这个新平台上的呈现”。综合业界对元宇宙的认识和阐述，我们认为，元宇宙是构建在新型基础设施之上，实现虚拟世界和现实世界时空融合的新一代互联网应用和社会生态。元宇宙利用区块链、人工智能、XR、数字孪生等技术实现对现实世界的有效数字拓展，可以完成对现实世界的空间延伸、时间延伸和价值延伸。工业元宇宙发展洞察报告（2023）4图 2 元宇宙概念图元宇宙正在变革甚至重塑现有互联网生态体系。Roblox公司首席执行官戴维巴舒基提出了元宇宙所需具备的八要素：身份、社交、沉浸感、低延迟、多元化、随地、经济系统、文明。分析师 Matthew Ball 提出元宇宙应具有以下六个特征：永续性、实时性、无准入限制、经济功能、可连接性、可创造性。Beamable 公司创始人 Jon Radoff 提出元宇宙构造七个层面：体验、发现、创作者经济、空间计算、去中心化、人机交互、基础设施。清华大学元宇宙发展研究报告 2.0提到，元宇宙具有时空拓展性、人机融生性和经济增值性三大特征，以及生存空间拓展、视角纬度拓展、感观体验拓展和思想实践拓展四大拓展。概括起来，元宇宙主要具备时空融合性、多元共生性、价值融通性和自主多样性等四大特性。时空融合性是工业元宇宙发展洞察报告（2023）5指元宇宙不仅完成对现实世界的数字拓展，更是在时间和空间上提供了多种发展的可能，时间和空间高度统一。多元共生性是指元宇宙可将多重身份进行统一，化身将成为元宇宙身份的主要特点。价值融通性是指元宇宙实现了现实世界和数字世界的价值流转和融合，新型经济体系将会出现。自主多样性是指元宇宙给予了用户充分的自主和自由，世界更加多样。（三）（三）元宇宙的应用探索及成效元宇宙的应用探索及成效当前游戏和社交领域仍是元宇宙应用的主要方向。游戏领域目前具备了物理、音视频以及一些特殊的内容创作平台，并在平台上产生了大量优秀作品，给予用户优秀的虚拟体验。图 3 游戏引擎在社交领域，传统的文字、视频等社交手段不断被新的方式所取代，虚拟世界、虚拟演唱会、虚拟毕业典礼等新的社交方式不断涌现。工业元宇宙发展洞察报告（2023）6图 4 社交应用随着元宇宙概念的爆发，元宇宙在文旅、体育、房地产、办公等多个领域的探索如火如荼，元宇宙在工业领域的应用同步开启。二、工业元宇宙概念与价值（一）（一）工业元宇宙概念工业元宇宙概念美国 4Sight 首席技术运营官 Wilhelm Swart 表示“工业元宇宙是最具有竞争力的战场”。德勤元宇宙系列白皮书未来已来 全球 XR 产业洞察报告提到，“元宇宙的发展路径包括两个方向：一是由实向虚，基于虚拟世界对于现实世界的模仿，通过构建沉浸式数字体验，增强现实生活的数字体验，强调实现真实体验的数字化。二是由虚向实，超脱对于现实世界的模仿，基于虚拟世界的自我创造，不但能够形成独立于现实世界的价值体系，还能够对现实世界产生影响，强调实现数字体验的真实化”。其中，由实向虚方向，主要源于产业和工业的数字化转型需工业元宇宙发展洞察报告（2023）7求，基于虚拟世界对于现实世界的模仿，通过构建沉浸式数字体验，增强现实生活的数字体验，强调实现真实体验的数字化，工业元宇宙正是这一发展方向的重要内容。2022 年 3 月，中国电子报刊登的工业元宇宙：展现智能制造的未来形态一文中提到，“工业元宇宙即元宇宙相关技术在工业领域的应用，将现实工业环境中的研发设计、生产制造、营销销售、售后服务等环节和场景在虚拟空间实现全面部署”。工业元宇宙是元宇宙在工业领域的应用，是基于元宇宙核心基础设施和应用理念，构建的服务于工业经济的新型工业运行体系和工业模式。工业元宇宙通过区块链、人工智能、XR、数字孪生等技术，打通人、机、物、系统等领域的无缝连接，实现数字技术与现实工业结合，促进实体工业高效发展和变革发展。工业元宇宙将促进工业从全面的“务实”走向“虚实结合、共同发展”。一方面，工业元宇宙强化了现实世界与虚拟世界的联动，改变了生产、设计、经营、管理、维护等模式，推动工业的数字化转型。另一方面，工业元宇宙通过数字分身、社交体系、经济体系等，变革工业的组织模式、生产模式和价值链条。工业元宇宙的意义和目的是产生具体产业应用实际价值。与消费场景下诞生超现实的内容创造和用户体验感相工业元宇宙发展洞察报告（2023）8比，工业元宇宙构建的场景和对象是一个确切物理系统，所要解决的问题、组织关系和任务都是明确的。（二）（二）工业元宇宙的价值工业元宇宙的价值工业元宇宙促进工业数字化转型。工业元宇宙通过真实映射与模拟仿真，构建现实世界的拓展和延伸，通过虚实融合实现概念验证、产品测试、仿真运营、虚拟装配等，大幅度提升工业企业生产效率，减少试错和运营成本，解除生产上的空间限制，促进工业全球化生产模式的形成。工业元宇宙激发技术产业创新。元宇宙中数字虚拟人、虚拟营销、虚拟会议等新模式正在向工业领域拓展，进一步带动区块链、人工智能、扩展现实（XR）、数字孪生等技术在工业中的应用，并通过虚拟世界建设汇聚在线资源，将激发巨大技术创新、产业创新和应用创新。同时，工业元宇宙将进一步带动大数据中心、算力基础设施、区块链、工业互联网等基础设施建设，加速构筑数字底座。工业元宇宙加速数字经济发展。全球经济中数字经济的占比持续提升，元宇宙及工业元宇宙发展，将带动数字资产化及数字资产的全球化流动交易，多个国际知名咨询机构公开表示看好元宇宙的未来市场规模。如普华永道预计，2030 年元宇宙市场规模将达到 1.5 万亿美元，彭博行工业元宇宙发展洞察报告（2023）9业则估计届时元宇宙市场规模可以达到 2.5 万亿美元；摩根士丹利预计，未来元宇宙潜在市场空间将超 8 万亿美元。根据元宇宙作者何超的预测：未来 80%的数字财富将在元宇宙中创造。在工业元宇宙方面，亿欧智库2022 中国工业元宇宙产业研究报告提到“中国制造业正在面临制造业外流、地缘经济分裂、劳动力成本上升等灰犀牛风险，元宇宙元年之后，褪去科幻外衣的元宇宙将成为未来 10-20 年的最强科技风口”。Trend Force 集邦咨询数据显示，工业元宇宙将催动全球智能制造市场规模于 2025 年达 5400 亿美元，2021 至 2025 年复合成长率达15.35%。三、工业元宇宙国内外相关政策（一）（一）工业元宇宙国外相关政策工业元宇宙国外相关政策美国率先提出“元界”概念，并持续关注数据安全和隐私保护问题。关于数据安全，美国商品期货交易委员会（U.S.Commodity Futures Trading Commission，CFTC）委员 Brian Quintenz 建议要加强对底层技术，尤其是区块链技术的监管，并通过追究技术开发者责任的方式来保护交易的安全。当前，美国政府对元宇宙相关热点，如 Web3、数字资产等持鼓励态度。2021 年 10 月，提出政府对人工智能数据的所有权和监督法案，要求对人工智能系统所涉及的数据特别是面部识别数据进行监管。2022 年 3 月 9工业元宇宙发展洞察报告（2023）10日，美国总统签署“关于确保数字资产负责任发展”的行政命令，要求各部门通力合作，就数字资产展开相关研究。2022 年 8 月，美国国会研究服务局（CRS）发布题为元宇宙：概念和国会应考虑的问题的报告，阐述了元宇宙的相关概念，关键技术，以及重点企业布局，用以分析当下存在的风险及机遇。欧盟在元宇宙上积极开展探索，以法国为代表，其依托政治、科技优势，在时尚领域以及游戏领域中率先形成消费级应用，同时在非同质化通证（NFT）以及工业领域也有所布局。如法国西部卢瓦尔河大区的智能工厂创新科研中心，业务涉及航空、航海、陆运及能源等多个领域，配备虚拟现实工业中心，可通过虚拟现实（VR）技术来设计新型工厂、检测新机器、研究人体工学以及员工培训等，实现了工业元宇宙数字技术和工业生产领域的初步探索。2023 年 7 月 11 日，欧盟委员会通过了名为Web4.0 和虚拟世界的倡议：在下一次技术转型中领先的新战略。欧盟希望通过落实该战略，抓住互联网技术新风口，提高其国际话语权及竞争力。韩国采用政府引领模式积极发展元宇宙，重点关注元宇宙城市、虚拟数字人、XR 等方向，且给予了产业基金支持，并对金融、旅游业、公共服务等元宇宙应用方向有所侧重。2021 年 5 月，韩国科学技术信息通信部发起成立了工业元宇宙发展洞察报告（2023）11包括现代、SK 集团等 200 多家韩国本土企业和机构的“元宇宙联盟”。2021 年 7 月，韩国公布数字新政 2.0推出数字内容产业培育支援计划，共投资 2024 亿韩元（11.6 亿元），其中 XR 内容开发、数字内容开发和 XR 产业基础共支援 760 亿韩元。2021 年 11 月 3 日，首尔市长提出首尔愿景 2030 计划，计划投资 30 亿韩元建设元宇宙首尔，未来服务领域涵盖包括经济、教育、旅游、通信、城市、行政、和基础设施 7 个领域。韩国产业界对元宇宙关注度极高，主要侧重于元宇宙平台、虚拟人、VR 等方面，并初步形成了游戏、虚拟偶像、虚拟世界等领域应用。2023 年 2月，韩国科学技术信息通信部表示，政府将投入 2233 亿韩元(约合人民币 11.9 亿元)扶持元宇宙产业。对关键技术以及医疗、教育、防务、产业、经济等各领域的研发，元宇宙实验室人才培养投入资金，并建立元宇宙企业并购基金，积极支持国内元宇宙企业发展。日本侧重对虚拟空间应用方向的布局，并对加密资产如虚拟货币、NFT 等展开了重点关注。2021 年 7 月，日本经济产业省发布了关于虚拟空间行业未来可能性与课题的调查报告，报告认为，政府应着重防范和解决“虚拟空间”的法律问题，并对跨国、跨平台业务法律适用条款加以完善；政府应与业内人士制定行业标准和指导方针，并向全球输出此类规范。2021 年 12 月，成立元宇宙的业界工业元宇宙发展洞察报告（2023）12团体“一般社团法人日本元宇宙协会”，启动市场构建，力争使日本成为元宇宙发达国家。2022 年 4 月，日本成立面向应用推进研究和规则完善的“元宇宙推进协议会”。2023 年，日本成立“元宇宙推进协议会”探讨关于网络虚拟空间运用的法律制度及相关政策建议。（二）（二）工业元宇宙国内相关政策工业元宇宙国内相关政策我国高度重视元宇宙的发展，2022 年 1 月，工业和信息化部在中小企业发展情况发布会上提出要培育一批数字产业化专精特新中小企业，培育一批进军元宇宙、区块链、人工智能等新兴领域的创新型中小企业。2022 年 3月，工业和信息化部工业文化发展中心发布关于征集首批工业文化数字藏品素材的通知，提出将筹建工业元宇宙服务平台，并拟推出工业文化数字藏品。2022 年 10 月，工业元宇宙协同发展组织在北京正式成立，并发布工业元宇宙创新发展三年行动计划（2022-2025 年），提出 3年实现“三个 100”目标，着力推进工业元宇宙全方位健康发展。地方政府出台政策，加速布局元宇宙。截至 2022 年 8月份，我国已有 24 个省市将元宇宙写入政府工作报告、产业规划及扶持政策中。截至 2023 年 1 月，全国范围内已有18 个省级（含直辖市）单位及 22 个市级单位发布了约 90项支持元宇宙产业的政策。其中，北京市于 2023 年 3 月发工业元宇宙发展洞察报告（2023）13布关于推动北京互联网 3.0 产业创新发展的工作方案（20232025 年），提出北京将把握机遇，带动元宇宙等软硬件技术协同创新发展，推动北京率先建成具有国际影响力的互联网 3.0 科技创新和产业发展高地。上海市印发上海市电子信息产业发展“十四五”规划，加强元宇宙底层核心技术基础能力的前瞻研发，推进深化感知交互的新型终端研制和系统化的虚拟内容建设，探索行业应用。为加快推动“元宇宙”领域关键技术的攻关突破，于2023 年 6 月印发上海市“元宇宙”关键技术攻关行动方案（20232025 年）。重庆市在渝北区元宇宙产业创新发展行动计划（2022-2024 年）提出，抢抓数字经济和元宇宙发展新机遇，打造“元宇宙先导试验区”和“元宇宙生态产业园”，构建元宇宙治理与产业发展体系。重庆永川于 2023 年 1 月发布重庆市永川区元宇宙产业发展三年行动计划（2023-2025），打造以数字内容制作为特色的全国知名、西部领先的元宇宙应用示范城市为目标。广州市发布广州市黄埔区、广州开发区促进元宇宙创新发展办法，对元宇宙相关项目提供专项支持，为广东省、广州市元宇宙领域产业发展提供试点经验和示范引领。武汉市政府于 2022 年 11 月发布武汉市促进元宇宙产业创新发展实施方案（20222025 年），力争到 2025 年建成创新链、产业链、价值链协同发展的我国元宇宙创新发展工业元宇宙发展洞察报告（2023）14先导区与核心区。南京市在政府工作报告中提出，加快元宇宙产业链上下游各环节各主体的协同发展，促进元宇宙与区块链、人工智能、云计算的创新融合，积极构建新金融、新产业的强磁场，新技术、新产品的孵化器，新体系、新模式的试验田，推动更多应用场景落地。成都市在政府工作报告提出，大力发展数字经济，用好网络信息安全、超算中心等优势赛道，加快发展人工智能、大数据、云计算等新兴赛道，主动抢占量子通信、元宇宙等未来赛道，力争数字经济核心产业增加值占地区生产总值 12.8%以上，并于 2023 年 1 月印发成都首个聚焦元宇宙的政策文件成都市元宇宙产业发展行动方案（20222025 年），旨在培育 100 家细分赛道核心企业，形成元宇宙企业梯度集群为目标，提出到 2025 年，成都元宇宙产业体系初具雏形，相关产业规模达到 1500 亿元。国内元宇宙相关政策参见附件 2。四、工业元宇宙应用探索工业元宇宙通过数字孪生、数字分身、数字资产、扩展现实等虚实融合手段，促进生产、设计、经营、服务等环节以及培训、销售、运维等配套服务和价值体系的变革，现已有相关探索。工业元宇宙发展洞察报告（2023）15（一）（一）工业元宇宙变革生产者的操作模式工业元宇宙变革生产者的操作模式工业元宇宙具有时空拓展性，模糊了时空边界。例如，通过增强现实（AR）应用的可视化、可交互的特点，使得生产人员亲临现场感的远程作业模式成为主流，为生产者带来全新的操作模式。执行复杂维护程序的维护人员可以通过 AR 头盔看到每个步骤并把虚拟空间的操作指令映射到物理设备上，在最短的时间内提供更精确的情景信息，降低了出错风险并加快了执行流程。危化企业在生产过程中对人员实时定位，对人员规范、操作规范的把控，并对厂区和危化品进行 24 小时不间断监管。场景一：宗申发动机智能产线重庆忽米通过为宗申动力构建基于虚拟现实的智能产线，实现了从仓储、车间物流、装配、总检下线的产线全面 3D 可视化管理及数据监测，不仅可以实时了解产线生产现状、产品质量等，还能多视角切换生产线可视化展示及数据监测场景。通过利用数字孪生技术与 PCS、SCADA、AGV 系统进行数据集成，实现整个产线区域的生产计划、物流、设备工艺参数、设备加工状态等数据的 3D 可视化管控，有效提高车间管控效率、辅助车间人员智能决策。宗申动力通过对该工厂摩托车发动机生产线智能化改造，其自动纠错防错能力提升了 10.6 倍，产品质量一次测试合格率从 96%提高到 99%，作业自动化率增长了 10 倍。工业元宇宙发展洞察报告（2023）16图 5 宗申动力 1011 智能产线场景二：海尔“首样质检”新场景工厂首件产品检测对生产质量把控意义重大，如能及时发现首件产品问题就能够极大避免整体产线的产品质量问题，为企业规避损失。目前很多工厂采用人工检查并填报纸质单据的方式，检查过程用人多、效率低；报告及数据上传存在滞后、易出错、易遗漏等问题。2021 年，青岛中德智慧园区内的滚筒互联工厂引入 AR智能眼镜和 AR 首件质检系统。质检员开始质检后，AR 眼镜将自动开启全程录像。通过 AR 眼镜，质检员可以在检测现场查看到流程中每一步骤的检验内容、操作指导等数字信息、还可通过语音进行程序控制、质检项目选择、检测结果输入等。在完成整个场景后，将检验信息上传到质检后台，后台支持相关数据的查询、展示及报告的生成。AR首件质检实现了工厂工单无纸化、信息标准化、巡检电子化、管理可追溯等能力积累，助力海尔在首件质检中效率提升。工业元宇宙发展洞察报告（2023）17图 6 海尔“首样质检”（二）（二）工业元宇宙优化设计者的创作过程工业元宇宙优化设计者的创作过程工业元宇宙下的研发设计将大大提高产品开发的效率，降低产品的开发成本。在产品设计方面，通过工业元宇宙可控制产品设计的前提条件，模拟产品使用的环境因素，并基于在工业元宇宙平台中设计的产品模型对产品各零部件的作用方式做出直观、精准的模拟，能够有效验证产品性能。在协同设计方面，工业元宇宙能够打破地域限制，支持多方协同设计，产品使用者也可在工业元宇宙平台上参与产品设计并体验产品。在个性化设计方面，使用者可以在工业元宇宙平台里上传需求数据，参与产品设计过程，使得产品更加贴近用户需求，并极大的增强用户体验。场景三：英伟达与宝马联手打造虚拟汽车工厂工业元宇宙发展洞察报告（2023）18宝马的每条工厂生产线可以生产多达十种不同的汽车，而且每种汽车有 100 多种选项。因此在售的 40 多种宝马车型共有 2100 种可能配置，而宝马每年生产的 250 万辆汽车中有 99%是定制的，这对汽车的设计和生产提出了更高的要求。英伟达针对不同类型用户构建了可在 Omniverse 软件中使用的不同类型的 Omniverse 应用，其中为建筑、工程和施工专业人员设计的 Omniverse View，兼容当前设计者多使用 Autodesk Revit、Dassault Systems、CATIA 和 Unity3D 等多种不同的软件工具。图 7 宝马工厂通过 Omniverse 平台，设计者可以获得全球 31 座工厂的各类产品数据，有效解决了设计规划耗时、产品无法兼容和数据更新滞后的问题。在设计阶段可以体验建立后的真实工厂样子，可以基于模型进行优化设计；在物理世界中生产任何东西之前，基于提前设计并进行模拟生产。工业元宇宙发展洞察报告（2023）19场景四：酷特智能打造 C2M 的“服装智造”酷特智能原来是经营西装、衬衫等正装系列产品的传统企业。早在互联网时代和定制消费潮流来临之前，敏锐把握市场需求变化，预先判断制造企业演变趋势，在没有成功的经验可循的情况下，主动开展“互联网+个性化定制”的转型。图 8 3D 智能量体酷特智能在工业元宇宙发展浪潮下，推出了 3D 智能量体软件，可以在 7 秒内采集人体 19 个部位 22 个数据，并实现智能搭配和场景可视。酷特智能将服装大规模个性化定制领域的经验进行编码化、程序化，形成标准化的解决方案，实现“零库存、高利润、低成本、高周转”的运营能力。（三）（三）工业元宇宙提升经营者的管理效率工业元宇宙提升经营者的管理效率通过工业元宇宙平台，能够沉浸式体验虚拟智能工厂工业元宇宙发展洞察报告（2023）20的建设和运营过程，与虚拟智能工厂中的设备、产线进行实时交互，可以更加直观、便捷地优化生产流程，开展智能排产。在智能工厂建设前期，可利用工业元宇宙平台建设与现实智能工厂的建筑结构、产线布置、生产流程、设备结构一致的虚拟智能工厂，从而实现对产能配置、设备结构、人员动线等方面合理性的提前验证。在智能工厂运行阶段，生产过程中的任何变动都可在虚拟智能工厂中进行模拟，预测生产状态，实现生产流程优化。这将极大提升工程经营者的管理效率，不仅可以完成工厂 100%的直观展示，还可进行全环节的数字管控和工业要素 3D 数字化的全描述展示和连接。场景五：宝武钢铁“AR 智能运维系统”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。宝武钢铁引入 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。作为国内首批实现 5G 钢铁生产企业，宝武充分结合 5G、云计算、边缘计算、大数据、人工智能、AR 等新一代信息技术，借助 AR 智能运维系统，赋能运营维护、设备管理等各个环节，在发挥下沉式部署优势，保障数据安全的前提工业元宇宙发展洞察报告（2023）21下，实现关联设备的数字信息可视化、精准远程无障碍协作与高效过程记录管理，大大提高运维效率。图 9 宝武钢铁场景六：工厂安全生产训练考核三原色携手至信工厂打造了基于虚拟现实技术的安全生产训练系统，将现实中难以开展的安全操作在一比一的虚拟生产车间中还原，实现具有针对性的安全工作、学习训练以及考核，并引入大数据和人工智能技术，对学员的训练考核结果进行评判，提高作业人员的规范化操作意识，掌握安全操作技能，有效避免实际生产过程中安全事故的发生，大大提高了工厂人员安全培训效率。图 10 至信安全生产训练考核工业元宇宙发展洞察报告（2023）22（四）（四）工业元宇宙丰富服务者的实施手段工业元宇宙丰富服务者的实施手段工业元宇宙通过对物理世界的映射，借助数字孪生、人工智能、扩展现实等关键技术，可以为服务者提供多种虚拟化形象、虚拟场景，有效的打破服务者与用户间的时空界线，帮助服务者与用户进行更高效的交流。同时，工业元宇宙构建的新型经济体系也加速了资源流转的速度，产品形态和生产的组织模式发生了巨大变化，这为新服务领域的出现提供了可能。场景七：三一集团打通数字化服务“最后一公里”传统客户服务模式下，服务工程师需要反复奔赴现场，花费大量时间清除故障；而服务工程师还会因为经验不足，需向异地专家寻求技术支持，而异地专家又“看不到说不明”。现场的不可视直接导致双方往往“鸡同鸭讲”，难以高效排故。图 11 三一重工工业元宇宙发展洞察报告（2023）23场景八：阿里巴巴每平每屋解决方案家居家装是一个低频消费场景，对于消费者而言，在整个体验过程中，总是碰到信息不对称，服务过程中产生大量争议的苦恼。而在传统家装行业里，消费者和装修公司、家居商家存在难以逾越的鸿沟，客户需求的反馈往往得不到及时的跟进。在家居家装业科技创新方面，每平每屋基于 3D 设计、语音机器人、VR 展厅、社群营销工具等技术，不仅可以打造数字门店和数字展厅，还可以实现上线云量房，构建房屋模型和户型数据库，进而可以提供在线家居设计、一键出图、在线报价、在线下单等服务。在新型经济体系的支撑下，用户不到店也能与门店互动交易，数字门店及数字展厅的产品也可按需生产，实现一键下单，设计图直接到达工厂生产系统，一键拆解成生产工序，生成对应零部件模型生产数控设备加工代码，并通过工业互联网实现模型驱动数控设备对原材料进行加工。图 12 家装 3D 设计工业元宇宙发展洞察报告（2023）24五、工业元宇宙关键要素及发展阶段（一）（一）工业元宇宙关键要素工业元宇宙关键要素美国创投家 Matthew Ball 在元宇宙框架一文中提到，元宇宙分位 8 大范畴，7 个核心要素，包括硬件，算力，虚拟平台，网络，支付，内容、服务与资产，交换工具与标准等。德勤在元宇宙综观愿景、技术和应对中提到，元宇宙中虚实世界是对现实世界的复刻，虚拟世界主要包含虚拟社会体、虚拟物品、身份识别、经济系统、生产系统、社会系统等基本要素。虚拟世界与真实世界要在统一的编码规则和识别系统、社交规则、价值对换、虚实支持、NFT 版权、文明规则、治理之争等方面达成一致。结合针对元宇宙组成要素的这些阐述以及工业特点，我们将工业元宇宙的关键要素归纳为四个方面：一是工业元宇宙核心功能，包括基于区块链等技术的去中心化基础设施，提供数字孪生、XR、算力引擎、数字身份、工业微服务组件等使能要素的元宇宙平台，以及工业元宇宙应用。二是工业元宇宙关键体系，主要包括社交体系、数字身份体系、经济体系和安全体系，四大体系贯穿工业元宇宙各功能层级，支撑和保障工业元宇宙中信息交互和数字资产交易。三是对工业元宇宙的监管，主要包括政策、治理规则等，负责引导工业元宇宙的健康发展。四是工业元工业元宇宙发展洞察报告（2023）25宇宙的支撑基础，主要包括与工业元宇宙相关的技术、标准、产业、服务等。工业元宇宙的关键要素如下图所示。图 13 工业元宇宙关键要素（二）（二）工业元宇宙发展阶段工业元宇宙发展阶段工业元宇宙的概念内涵将基于技术创新、应用探索和多元融合不断演变，针对元宇宙发展业界提出多种阶段划分方式，根据用户获取虚拟网络的内容形态的方式和互联网底座的技术基础，可分为 Web1.0、Web2.0 和 Web3，基于用户参与虚拟空间互动使用的 VR/AR/MR/XR 技术，可分为 VR/AR 主导阶段和 MR/XR 主导阶段；基于虚实融合的程度，可分为数字孪生、数字原生和虚实共生三个阶工业元宇宙发展洞察报告（2023）26段；德勤将元宇宙分成萌芽阶段、起步阶段、成熟阶段和终局阶段。结合这些观点，我们根据虚实融合、生态连通、人机交互和信息交互等程度，将工业元宇宙的发展阶段划分为局部孪生、区域共生和全域融生三个阶段。局部孪生阶段属于初期发展阶段。在该阶段中，现实世界的生产过程和需求结构尚未改变，线上与线下融合的模式将继续以沉浸式体验的方式加速进化。以工业巡检为例，早期只能通过人工方式进行巡检，随着信息化和数字化的不断推进，逐渐出现了信息化辅助工具以及数字化自动化巡检的方式进行巡检，一定程度上降低了信息偏差，提高了巡检效率。未来 XR 等技术广泛使用后，巡检人员可以直接看到数字化设备的实时数据和相关预警信息。表面上看，沉浸感是一种丰富感官体验的形式，从内核上分析，沉浸式体验其实秉承着和区块链类似的属性，即充分获取尽可能丰富而真实有效的信息，以此促进虚拟体验与现实世界的交互。区域共生阶段属于快速发展阶段。该阶段中，数字化技术不仅将虚拟世界变得更真实，还将改造物理世界的生产过程。根据数据显示，截至 2020 年 12 月，受疫情影响，全年人均每天使用手机时长达到了 5.72 小时，大约占全天时间的 36%。可以预测在第二阶段人们在虚拟世界的工业元宇宙发展洞察报告（2023）27时间占比有望上升至 60%以上。一方面，人工智能、大数据、工业智能化等技术的普遍应用极大提升了生产效率，现实世界的劳动力需求锐减。另一方面，虚拟世界的内涵不断丰富，不仅是娱乐，工作和生活也逐步向元宇宙迁移。人工智能、仿生人、基础引擎等业务将正式进入商用阶段。工业元宇宙在全域融生阶段走向成熟。用户可在工业元宇宙里完成生活、生产等各个环节的活动，而且能够从中获利，甚至获取各种生活用品。工业产品与工业生产活动中的各个环节都可以通过工业元宇宙进行，如生产指令下发、生产活动追踪、生产结果查看、供应链物资追踪等，终端用户会有更真实的参与感。此外，通过元宇宙能够将生产的产品与生活相结合，不断满足个性化定制化需求，使得用户可在元宇宙和现实社会的无缝切换，反过来也促进了现实社会的发展，会有无数现实世界中无法想象的新产品出现。六、工业元宇宙关键技术元宇宙是技术的综合体，根据元宇宙通证描述，区块链、交互、电子游戏、人工智能、网络及运算和物联网等六大技术群共同构成元宇宙的技术底座，并强调元宇宙的发展不止依赖各个技术的成熟，还依赖各个技术之间的相互整合。工业元宇宙通过聚合生产设备、生产线等底工业元宇宙发展洞察报告（2023）28层硬件以及工业控制系统、生产管理系统等工业软件，结合扩展现实、数字孪生、区块链人工智能等技术，搭建平台，通过强化工业信息流动，推动工业要素虚实有机融合，最终实现工业的新发展。来源：中译出版社元宇宙通证图 14 元宇宙 BIGANT 六大技术全景图（一）（一）扩展现实技术扩展现实技术扩展现实（XR）是指通过计算机将真实与虚拟相结合，打造一个人机交互的虚拟环境，是虚拟现实（VR）、增强现实（AR）以及混合现实（MR）等多种技术的统称。XR 技术是工业元宇宙的关键入口，在 XR 创建的虚拟空间中，现实和数字世界可随时进行切换，并将用户感知、记工业元宇宙发展洞察报告（2023）29忆以及认知放大，彻底颠覆传统的人机交互的模式。利用XR 技术，工业元宇宙可完全根据场景所需定制交互环境，真正做到工业生产随时随地，无处不在。（二）（二）模型技术模型技术模型作为虚拟世界所有数字映像和形象的载体，是虚拟世界搭建的基本元素。按照基本视图，工业元宇宙中的虚拟世界远远大于现实世界，虚拟世界的构建一方面需要以现实世界为依据，建立对应物体的数字映像，另一方面创作者也可根据需要建立虚拟世界的数字形象，这是虚拟世界构建的基础。因此，工业元宇宙作为工业生产中开放、共创和可交互的虚拟空间，模型是创造理和价值承载的关键。（三）（三）数字孪生技术数字孪生技术数字孪生是工业元宇宙的核心关键技术，也是工业元宇宙发展的一个必经阶段和关键内涵。数字孪生技术可以实现工业元宇宙中对现实世界一比一还原的关键内容，支撑工业元宇宙的搭建。按照基本视图，工业元宇宙中的虚拟世界远远大于现实世界，虚拟世界的构建一方面需要以现实世界为依据，建立对应物体的数字映像，另一方面创作者也可根据需要建立虚拟世界的数字形象，这是虚拟世界构建的基础。因此，工业元宇宙作为工业生产中开放、工业元宇宙发展洞察报告（2023）30共创和可交互的虚拟空间，数字孪生将是创造虚拟工业世界和价值承载的关键。（四）（四）区块链技术区块链技术区块链技术是工业元宇宙实现的关键。工业元宇宙是为工业生产进行服务的，当工业元宇宙覆盖到工业产业全链路时，经济利益将成为工业元宇宙需要解决的首要问题。而在有限的互联网经济框架下，中心化成为了威胁新型经济体系形成的主要原因。借助区块链技术，中心化带来的数据威胁被不断降低，工业元宇宙达成了永远在线、用户真正拥有数字资产等关键目标。（五）（五）数字资产与数字身份数字资产与数字身份数字资产与数字身份工业元宇宙价值实现的底座。工业元宇宙将是一个持久运行的虚拟世界，价值性是其存在的重要基础。在区块链技术的基础上，数字资产实现了虚拟世界对现实世界的价值延伸，并与现实世界的经济体系进行连接，保障了元宇宙的价值性。数字