□ 文 劉嘉瑞 崔立鵬

0 引言

2023年9月，工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合印發(fā)《元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2023—2025年）》（以下簡(jiǎn)稱“行動(dòng)計(jì)劃），為工業(yè)元宇宙發(fā)展指明了方向，帶來諸多產(chǎn)業(yè)升級(jí)新機(jī)遇。工業(yè)元宇宙結(jié)合5G、XR、AI、區(qū)塊鏈等新型信息技術(shù)，使數(shù)據(jù)更深入地服務(wù)于企業(yè)運(yùn)營(yíng)、資源調(diào)度、人員協(xié)同等，加速形成虛實(shí)互動(dòng)的智能制造新模式、提升工業(yè)價(jià)值創(chuàng)造、重構(gòu)數(shù)字工業(yè)發(fā)展新生態(tài)、推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)向未來高級(jí)形態(tài)發(fā)展。工業(yè)元宇宙技術(shù)將進(jìn)一步釋放我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值。

1 工業(yè)元宇宙賦能新型工業(yè)化

我國(guó)制造業(yè)體系全、場(chǎng)景多、市場(chǎng)大，具備發(fā)展元宇宙產(chǎn)業(yè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但在關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)治理等方面仍存在短板弱項(xiàng)。元宇宙在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展即通過對(duì)復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景的全域感知、孿生建模和深度仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)系統(tǒng)和生產(chǎn)過程中全要素的協(xié)同管控和全局優(yōu)化運(yùn)行，形成人際協(xié)同、虛實(shí)互控、數(shù)字融合對(duì)應(yīng)新的生產(chǎn)模式。

1.1 工業(yè)元宇宙“6+3”總體體系架構(gòu)

工業(yè)元宇宙是復(fù)雜先進(jìn)的新型數(shù)字化工業(yè)系統(tǒng)，了解其系統(tǒng)全貌至關(guān)重要?？偨Y(jié)產(chǎn)學(xué)研各界對(duì)工業(yè)元宇宙的系統(tǒng)闡述，可以初步提出工業(yè)元宇宙總體體系架構(gòu)，主要由“6大層級(jí)+3大保障體系”組成（如圖1所示），自下而上包括：

圖1 工業(yè)元宇宙系統(tǒng)總體體系架構(gòu)

● 資源層：虛實(shí)融合的人、技術(shù)/設(shè)備、組織、數(shù)據(jù)/知識(shí)、材料、資金等工業(yè)六要素；

● 感知層：面向工業(yè)虛實(shí)融合的六要素的各類感知與接入技術(shù)；

● 通信層：軟件定義網(wǎng)絡(luò)、6G、天地一體網(wǎng)等未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；

● 邊緣層：新一代人工智能引領(lǐng)下的工業(yè)邊緣云服務(wù)及應(yīng)用支撐服務(wù)；

● 云端層：新一代人工智能引領(lǐng)下的工業(yè)高級(jí)云端服務(wù)，各類工業(yè)元宇宙引擎服務(wù)以及應(yīng)用支撐服務(wù)；

● 應(yīng)用層：面向工業(yè)制造領(lǐng)域的全系統(tǒng)全生命周期創(chuàng)新應(yīng)用；

● 保障體系：面向工業(yè)元宇宙的安全防護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、生態(tài)運(yùn)營(yíng)的三大保障體系。

1.2 工業(yè)元宇宙推動(dòng)實(shí)體工業(yè)數(shù)智化發(fā)展

工業(yè)元宇宙是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，通過虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)的融合應(yīng)用，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)從物理空間向數(shù)字空間拓展，提供更為真實(shí)的沉浸式體驗(yàn)。工業(yè)元宇宙通過數(shù)字孿生等創(chuàng)新技術(shù)，構(gòu)建實(shí)體工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)仿真模型和實(shí)體工廠的相互融合與促進(jìn)，從而推動(dòng)工業(yè)的生產(chǎn)流程更加精準(zhǔn)和高效。

首先，元宇宙幫助實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)體系的靈活協(xié)作。通過“數(shù)字孿生工廠”以及基于XR技術(shù)的智能眼鏡，元宇宙技術(shù)幫助工業(yè)生產(chǎn)體系實(shí)現(xiàn)了虛擬空間與實(shí)體生產(chǎn)體系的靈活協(xié)作，在各環(huán)節(jié)提升協(xié)作效率。其次，工業(yè)元宇宙極大降低工業(yè)領(lǐng)域人力與時(shí)間成本。通過元宇宙技術(shù)實(shí)現(xiàn)多角色在虛擬裝配空間的協(xié)同工作，指導(dǎo)實(shí)體工業(yè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，賦能工業(yè)各環(huán)節(jié)與場(chǎng)景，達(dá)到降本增效的目的。

1.3 工業(yè)元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期覆蓋

綜合產(chǎn)學(xué)研各界觀點(diǎn)，工業(yè)元宇宙發(fā)展主要可分為三個(gè)階段：

● 底層技術(shù)突破（2022-2027年）；VR/AR/MR和全息投影技術(shù)在工業(yè)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)規(guī)?；涞兀?0%的生產(chǎn)一線員工可以熟練掌握如何借助新型XR頭盔提高工作效率。

● 產(chǎn)業(yè)躍升變革（2027-2032年）；工業(yè)元宇宙由單點(diǎn)式場(chǎng)景應(yīng)用過渡到示范性推廣、再到全面普及，最后促進(jìn)產(chǎn)業(yè)整體變革。

● 工業(yè)元宇宙雛形（2032-2042 年）：一批工業(yè)元宇宙時(shí)代的新型應(yīng)用場(chǎng)景將誕生，虛擬世界的應(yīng)用場(chǎng)景、虛實(shí)交互類場(chǎng)景將相繼出現(xiàn)。

當(dāng)前，現(xiàn)有工業(yè)元宇宙案例更傾向于“數(shù)字孿生”技術(shù)的應(yīng)用。未來，工業(yè)元宇宙的應(yīng)用場(chǎng)景將覆蓋從生產(chǎn)制造到營(yíng)銷服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期，由“虛”向“實(shí)”指導(dǎo)和推進(jìn)工業(yè)流程優(yōu)化和效率提升。其中，生產(chǎn)制造、技能培訓(xùn)、營(yíng)銷服務(wù)三個(gè)場(chǎng)景較為典型。

1.3.1 生產(chǎn)制造

通過打造工業(yè)元宇宙平臺(tái)，員工及組織者能夠沉浸式體驗(yàn)數(shù)字工廠的建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)全周期，利用XR、人機(jī)交互設(shè)備與虛擬智能工廠中的設(shè)備、生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，直觀、便捷地優(yōu)化實(shí)際生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線產(chǎn)能提升。

例如，日本川崎重工使用微軟工業(yè)元宇宙產(chǎn)品對(duì)工廠的工人在生產(chǎn)、維修和管理供應(yīng)鏈等方面提供幫助，用于制造機(jī)器人。員工通過Azure Percept 邊緣計(jì)算系統(tǒng)與HoloLens 相結(jié)合，能夠更快地發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線發(fā)生故障的原因，并使用HoloLens與專家遠(yuǎn)程連線交流，通過AR 技術(shù)的視覺提示引導(dǎo)他們完成維修過程。

1.3.2 技能培訓(xùn)

工業(yè)元宇宙能夠通過VR設(shè)備在虛擬世界中操作與專業(yè)技能有關(guān)的虛擬交互設(shè)施，為員工提供更加直觀、生動(dòng)的培訓(xùn)方式，使員工能快速掌握崗位所需技能。對(duì)于石油化工、重型機(jī)械等特殊行業(yè)，可以通過工業(yè)元宇宙平臺(tái)搭建虛擬空間，盡可能避免實(shí)際操作過程中可能產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)。

例如，羅克韋爾公司使用FactoryTalk InnovationSuite系統(tǒng)平臺(tái)為員工提供AR 線上技能培訓(xùn)，受訓(xùn)人員利用便攜的平板電腦、手機(jī)或AR眼鏡即可接受高度擬真的互動(dòng)演示、培訓(xùn)。系統(tǒng)記錄整個(gè)過程來幫助管理者分析、精確定位知識(shí)差距并通過進(jìn)一步培訓(xùn)解決這些差距，提升員工能力。

1.3.3 營(yíng)銷服務(wù)

工業(yè)元宇宙能夠?yàn)楫a(chǎn)品提供透明化的溯源系統(tǒng)，讓客戶能夠直觀地查看產(chǎn)品的質(zhì)量、原料等各種詳細(xì)信息，甚至實(shí)際參與生產(chǎn)過程，使客戶體驗(yàn)大幅提升。另一方面，工業(yè)元宇宙也為產(chǎn)品銷售開啟了虛擬商品渠道，通過實(shí)物商品與虛擬商品結(jié)合的方式，進(jìn)一步刺激消費(fèi)欲望。

2022 年，寶馬中國(guó)推出一款“ifactory 體驗(yàn)之旅”云游戲，用戶無需下載，即可在1∶1還原的里達(dá)廠區(qū)開放空間中虛擬漫游，在沖壓、涂裝、總裝等車間進(jìn)行參觀及模擬參與裝配過程，通過線上的方式在里達(dá)工廠“造”一輛BMW i3。

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的加劇，發(fā)展更高水平、更有競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)制造業(yè)已成為全球的戰(zhàn)略共識(shí)。通過促進(jìn)各類資源要素加速流動(dòng)、各類市場(chǎng)主體加速融合，元宇宙可極大提高制造業(yè)生產(chǎn)效率和供給質(zhì)量，全面加快我國(guó)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐。

1.4 《行動(dòng)計(jì)劃》為工業(yè)元宇宙發(fā)展指明方向

《行動(dòng)計(jì)劃》提出以構(gòu)建工業(yè)元宇宙、賦能制造業(yè)為主要目標(biāo)，大力探索虛實(shí)互促的制造業(yè)創(chuàng)新變革，提出從三個(gè)方面培育三維交互的工業(yè)元宇宙，包括在工業(yè)關(guān)鍵流程的元宇宙化改造、重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)元宇宙布局、探索工業(yè)元宇宙創(chuàng)新應(yīng)用模式。

在重點(diǎn)行業(yè)布局和應(yīng)用場(chǎng)景拓展方面，2022 年11月，工信部工業(yè)文化發(fā)展中心發(fā)布《工業(yè)元宇宙創(chuàng)新發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2022-2025)》，提出3 年實(shí)現(xiàn)“三個(gè)100”的目標(biāo)，其中之一是面向工業(yè)制造、數(shù)字文旅、教育、醫(yī)療、能源、建筑、媒體、農(nóng)林、交通運(yùn)輸、城市管理、公共服務(wù)、商務(wù)辦公、安全生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)配送、數(shù)字藝術(shù)消費(fèi)等重點(diǎn)行業(yè)，推動(dòng)工業(yè)元宇宙技術(shù)、產(chǎn)品的集成創(chuàng)新和試點(diǎn)示范，打造100 個(gè)工業(yè)元宇宙標(biāo)桿應(yīng)用，培育一批應(yīng)用解決方案供應(yīng)商。此次五部門印發(fā)的《行動(dòng)計(jì)劃》則大大縮小了優(yōu)先布局的重點(diǎn)行業(yè)范圍，提出針對(duì)家電、汽車、船舶、航空航天、重大技術(shù)裝備、電子信息制造等離散型制造業(yè)，加速實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)元宇宙的跨行業(yè)協(xié)同。

2 電信運(yùn)營(yíng)商具有布局工業(yè)元宇宙的先天優(yōu)勢(shì)

一方面，工業(yè)元宇宙對(duì)網(wǎng)絡(luò)、算力、數(shù)據(jù)傳輸能力等底層基礎(chǔ)設(shè)施提出了極高要求。長(zhǎng)期以來，運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建5G、云計(jì)算、智慧中臺(tái)為基礎(chǔ)的“連接+算力+能力”新型基礎(chǔ)設(shè)施，形成了“云、網(wǎng)、邊、端”的各層次能力布局，具有深厚的網(wǎng)絡(luò)、算力技術(shù)沉淀，形成了元宇宙發(fā)展的相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，未來通信網(wǎng)絡(luò)以及算力的發(fā)展也將極大程度地影響元宇宙發(fā)展的進(jìn)程。

另一方面，工業(yè)元宇宙業(yè)務(wù)涉及“端—管—云—內(nèi)容”等全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)需求，而電信運(yùn)營(yíng)商早已從傳統(tǒng)語音、流量等業(yè)務(wù)向內(nèi)容、終端、云、物聯(lián)網(wǎng)等全業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，同時(shí)擁有大數(shù)據(jù)、AI、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，電信運(yùn)營(yíng)商有望憑借其行業(yè)地位和技術(shù)積累在元宇宙發(fā)展的過程中開啟新一輪增長(zhǎng)曲線。

2021年元宇宙概念爆發(fā)以來，國(guó)內(nèi)外科技巨頭開始積極布局元宇宙產(chǎn)業(yè)，電信運(yùn)營(yíng)商也陸續(xù)加入。例如，日本移動(dòng)通信網(wǎng)公司（NTT Docomo）把元宇宙視為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后的下一個(gè)發(fā)展方向，并應(yīng)用NTT正在發(fā)展的次世代通訊技術(shù)，研發(fā)更輕巧好用的眼鏡式VR終端裝置。同時(shí)，利用元宇宙空間提供工業(yè)應(yīng)用、開發(fā)軟件等，與包括初創(chuàng)公司在內(nèi)的合作伙伴合作開發(fā)工業(yè)虛擬世界工具，通過虛擬互動(dòng)空間，遠(yuǎn)程的工程師可以協(xié)同使用這些工具共同開發(fā)產(chǎn)品或測(cè)試原型。

相比之下，我國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商在企業(yè)服務(wù)、工業(yè)元宇宙領(lǐng)域的部署相對(duì)較少。2022 年10月，中國(guó)電信發(fā)布工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)，建立在中國(guó)電信云網(wǎng)融合基礎(chǔ)架構(gòu)之上提供數(shù)據(jù)使能服務(wù)，為制造企業(yè)提供全要素、全價(jià)值鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)賦能服務(wù)，打通數(shù)據(jù)孤島，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)高效流通。

3 電信運(yùn)營(yíng)商面向工業(yè)元宇宙的發(fā)展策略與建議

未來，面對(duì)工業(yè)元宇宙發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，電信運(yùn)營(yíng)商亟須通過筑牢技術(shù)底座，推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)與工業(yè)元宇宙更好地融合發(fā)展。

3.1 加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)、算力等元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

高速網(wǎng)絡(luò)、算力等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對(duì)工業(yè)元宇宙產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展至關(guān)重要。通過不斷推動(dòng)5G專網(wǎng)、IPv6、區(qū)塊鏈等新型技術(shù)發(fā)展，滿足工業(yè)元宇宙數(shù)據(jù)時(shí)延、傳輸帶寬等方面需求，將為工業(yè)元宇宙提供高帶寬、低延時(shí)、高可靠的網(wǎng)絡(luò)接入能力。通過加速布設(shè)數(shù)據(jù)中心，推進(jìn)各樞紐節(jié)點(diǎn)間打通網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，并基于算網(wǎng)融合理念打造的算力基礎(chǔ)設(shè)施，將大幅提升在仿真分析、實(shí)時(shí)渲染等工業(yè)元宇宙場(chǎng)景下的算力調(diào)度水平。

電信運(yùn)營(yíng)商可依托國(guó)家“東數(shù)西算”戰(zhàn)略以及“國(guó)家云”的打造，升級(jí)云網(wǎng)融合基礎(chǔ)設(shè)施，深化元宇宙“算力網(wǎng)絡(luò)”建設(shè)，發(fā)揮云邊側(cè)潛力，構(gòu)建算隨數(shù)動(dòng)、數(shù)智相生、異構(gòu)協(xié)同、數(shù)算云網(wǎng)一體的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施。在筑牢云網(wǎng)基建的同時(shí)，積極與產(chǎn)業(yè)內(nèi)各方加強(qiáng)合作，打造圍繞元宇宙場(chǎng)景的智算應(yīng)用，并通過成立智能算力應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新中心等方式，助力打造新型算力生態(tài)體系。

3.2 依托云網(wǎng)基礎(chǔ)能力，輸出“元宇宙工廠”解決方案

工業(yè)元宇宙將是未來數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方向，電信運(yùn)營(yíng)商應(yīng)依托云網(wǎng)基礎(chǔ)能力及“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”能力，做好產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型促進(jìn)工作。電信運(yùn)營(yíng)商可依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)，進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)仿真、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，輸出為傳統(tǒng)制造業(yè)工廠服務(wù)的“元宇宙工廠”解決方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造、運(yùn)維管理、營(yíng)銷服務(wù)的全生命周期、生產(chǎn)資源全要素、跨產(chǎn)業(yè)鏈全面連接，助力傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。

3.3 加強(qiáng)自主可控，打造工業(yè)元宇宙信創(chuàng)路徑

工業(yè)領(lǐng)域的核心軟硬件必須建立在自主可控的基礎(chǔ)之上，已逐步成為業(yè)界的共識(shí)。研發(fā)自主可控科技工業(yè)是工業(yè)元宇宙技術(shù)應(yīng)用的必由之路，高度契合國(guó)家倡導(dǎo)的“大國(guó)重器”、“智能制造”政策導(dǎo)向。電信運(yùn)營(yíng)商應(yīng)在建成自主可控、安全可信的分布式云的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)接國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析節(jié)點(diǎn)等基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)工業(yè)元宇宙信任體系與數(shù)據(jù)安全共享平臺(tái)，保障工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可信接入，提升信息保護(hù)、數(shù)據(jù)安全共享等公共服務(wù)能力。面向制造、化工、能源等工業(yè)元宇宙相關(guān)行業(yè)企業(yè)、人員、設(shè)備，提供安全可信的數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，保障中國(guó)特色工業(yè)元宇宙信息安全。

4 結(jié)束語

工業(yè)元宇宙是元宇宙新型信息通信技術(shù)和工業(yè)實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合創(chuàng)新的新型生產(chǎn)制造模式和工業(yè)生態(tài)，對(duì)促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化具有重要意義，也將對(duì)實(shí)體經(jīng)濟(jì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的融合發(fā)展創(chuàng)造巨大的價(jià)值。電信運(yùn)營(yíng)商作為信息通信行業(yè)的先鋒，應(yīng)發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)、千兆寬帶、云計(jì)算、IDC、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，賦能實(shí)體工業(yè)和傳統(tǒng)制造企業(yè)，加快助力工業(yè)元宇宙持續(xù)走深向?qū)崱！?/p>