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摘 要：纵观我国数字发展新道路,将工业互联网应用于企业的数字化转型已成趋势,但其在信息交互方面仍存在沟通网 络覆盖不全、信息传递不够快速准确等问题。为解决此类问题,学者从虚实结合的角度作为切入点,尝试将元宇宙相关技术注 入工业互联网之中,为其提供新的优化思路。本文针对元宇宙技术在工业互联网的信息交互方面的应用进行研究,综合现阶段 企业数字化转型进程及元宇宙技术在工业互联网中的应用情况,发现元宇宙相关技术已融入工业环境的研发设计、生产制造、 产品营销、售后服务等环节,助力工业互联网打破现有时空范式,加速信息流通,从而实现工业互联网配置与部署的全面升 级。同时,对二者的未来发展进行展望与建议,元宇宙技术与工业互联网的深度融合将进一步开拓新型工业技术发展、多元发 展、绿色发展、循环发展道路,助力我国实现建设工业强国的伟大目标。
关键词：元宇宙,工业互联网,数字化转型,信息交互
Research on the Application of Metaverse Technology in Industrial Internet
HUANG Yifan, FAN Chongjun, ZHANG Hongliu
(Business School, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093)
【Abstract】：Throughout the new road of digital development in China, applying the industrial Internet to the digital transformation of enterprises has become a trend, but there are still problems in its information interaction such as incomplete communication network coverage and insufficient fast and precise information transmission. In order to solve such problems, scholars try to inject metaverse-related technologies into the industrial Internet from the perspective of combining reality with reality as an entry point to provide new ideas for its optimization. In this paper, we study the application of metaverse technology in the information interaction of the industrial Internet, and synthesize the digital transformation process of enterprises and the application of metaverse technology in the industrial Internet at the present stage. We find that metaverse-related technologies have been integrated into the R&D (research and development) and design, manufacturing, product marketing, and after-sales service of the industrial environment, helping the industrial Internet break the existing spatio-temporal paradigm and accelerate the flow of information, thus realizing comprehensive upgrade of industrial Internet configuration and deployment. At the same time, the future development of both is prospected and suggested. The deep integration of meta-universe technology and industrial Internet will further open up the road of new industrial technology development, diversified development, green development and circular development, and help China achieve the great goal of building an industrial power.
【Key words】：meta-universe;industrial Internet;digital transformation;information interaction
引言：现今国际形势下,发展制造业被列为各国国家核心 战略。身处数字化时代,传统的生产模式已不再契合当下的发展理念,传统工业企业如何完成数字化转型成为 目前工业发展所面临的重要问题。第四次工业革命将传 统的产业革命与新一代信息技术革命相结合,逐步推动世界范围内的实体经济走向数字化、网络化和智能化 [1]。 工业互联网作为当代数字化生产的新晋基础设施,以其 跨领域、多技术、高效率等特性受到广泛应用,一跃成 为多国重点发展对象。工业互联网强调多方共连成网、 数据贯穿流通,提高各环节收发数据的速率,增强各节 点获取信息的质量,如此能实现降本增效的目的。但现 阶段工业互联网的发展之路还在不断探索与尝试,数据 监管、处理与交互等方面仍有不足,沟通网络覆盖面不 全,信息传递不够快精全,此时元宇宙相关技术的注 入,为此类问题提供了解决方案。
新兴概念元宇宙近年来备受社会各界关注。当前, 元宇宙除自身发展外,更多的是以虚实结合为切入点 与工业、农业、医疗、教育等领域融合发展。在工业 领域,元宇宙相关技术的注入为工业互联网的优化与 发展开辟全新道路,打破物理隔阂、加速信息流通、 实现全局部署。元宇宙赋予工业新的活力,帮助企业 实现降本增效、促进数字化转型,将工业推入新时代 发展高潮。
1 工业元宇宙发展概况
元宇宙一词诞生于 1992 年的科幻小说《雪崩》,发展 于 2021 年的数字化热潮。元宇宙相关技术的发展与融合, 已诞生出工业元宇宙、农业元宇宙、医疗元宇宙、教育 元宇宙等融合性跨领域元宇宙。简单来说,工业元宇宙 即元宇宙相关技术在工业领域的应用,属于产业元宇宙 的一部分。工业元宇宙综合虚拟现实、人工智能、物联 网、5G、云计算等新兴技术作用于工业生产体系,通过 打通虚拟空间和现实空间之壁垒形成全新的制造与服务 体系,强调虚拟世界的相关概念,这也正是强调物理硬 件和系统联动的工业互联网所未涉及的领域 [2]。工业元 宇宙虽然才问世不久,但我国非常重视其发展与应用。 为落实《“十四五”数字经济发展规划》的要求,促进 数字经济与实体经济深度融合,我国工业元宇宙协同发 展组织与工信部于 2022 年 10 月提出工业元宇宙创新发 展三年行动计划(2022-2025 年),力争通过三年努力, 强化技术储备、加快标准研制、培育应用场景和构建产 业生态, 形成 100 个可复制的典型案例, 打造 100 个工 业元宇宙标杆应用,建设 100 个赋能创新中心。
工业元宇宙的应用已渗透进工业生产的多个环节, 不仅帮助企业降本增效、提高产品品质,在以人为本的 前提之下加强安全管理、减少安全隐患,还能为企业的 创新发展、抢占先机提供更多空间与机会。工业元宇宙 技术的真正落地、有序推广是行之有效的,值得进一步 发展与应用 [3]。
2 元宇宙在工业互联网中的应用
从工业环境中研发设计、生产制选、产品营销、售 后服务四个环节切入,探究元宇宙相关技术在工业互联 网中的应用情况。以下是部分应用场景的简要介绍。
2.1 研发设计环节
2.1.1 模拟运作环境，科学评估选择最优方案
企业在选定生产产品、制定生产方案时, 往往需要 考虑诸多因素,比如生产成本、市场行情等。工业互联 网的推广及应用,使得人、机、物之间的联系更加紧 密,这也意味着生产过程环环相扣,所做的决策与计划 需加倍精确。元宇宙相关技术应用到研发设计环节,帮 助研发人员身临其境地做好决策,让企业能够利用虚拟 平台提前模拟各备选生产方案在不同环境下的运作情 况,并将模拟情况可视化,协助决策者进行全方位考 察,制定更加合适的生产计划。
2.1.2 打造虚拟工厂，虚实结合优化生产流程
生产企业可利用元宇宙相关技术,按需求将现实工 厂中的设备及生产环境进行 1:1 孪生复刻,并让数据能 在现实场景与虚拟场景中顺利流通,实现物理工厂与虚 拟工厂的虚实共生。技术人员在正式生产前,进入创建 好的虚拟工厂,完成生产全流程的模拟与检测,及时发 现产品生产过程中可能存在的问题,并作出相应的记录 与调整,最后将调试好的参数应用于实际生产中。如此 虚实结合的生产方式能帮助技术人员在模拟生产的过程 中不断优化其流程,有效提高生产效率。
2.2 生产制造环节
2.2.1 灵活调整布局，人机融合实现降本增效
生产车间的设施如何布局是一门学问,科学合理的 设施布局可以将人、机、物在时空上巧妙衔接,减小时 间与空间的浪费程度,有效提升工作效率。工业互联网 的应用已将生产车间的各部分紧密相连,但具体的设施 布局还需不断尝试、不断评估、不断优化。元宇宙相 关技术为此过程提供更为便捷的调试可能,它可以通过 虚拟技术模拟不同的生产车间设施布局场景,以此评估 各方案的优劣之处,并在此基础上不断优化,帮助管理 者快速且准确地制定布局方案。同时,在现实生产过程 中,此项技术能够 1:1 孪生复刻车间布局情况,实现动 态生产实时监测,及时了解现场情况,从而进一步完成 车间布局的整改工作,在提高生产效率的同时,保证工 人的安全作业。
2.2.2 实时监测数据，精准反馈确保正常运作
通常,工业生产过程需涉及较多复杂仪器,并且有 时需要实时监测并调整器械参数以保证设备的正常运转,因此数据监管工作不容小觑。面对庞大且实时变化 的数据,元宇宙相关技术能将生产产生的数据记录在虚 拟空间中,同时根据事先制定的准则严格检测各生产设 备的运行情况,能够第一时间发现异常数据并快速定位 来源反馈到管理层,协助管理者完成数据监控工作,在 减轻工作负担的同时提高工作效率。
2.2.3 高效信息交互，多岗协同提升工作效率
高效生产离不开多部门的共同协作,通常一批产品 从研发到生产再到销售的全过程需要不同部门进行信息 交流与协同工作。虽然借助互联网通讯工具可以完成大 部分的信息交互工作,但已不能满足当代高效、实时的 工作要求,无法保证信息传递的准时性、准确性、完整 性与安全性。元宇宙相关技术的出现为此问题提出了有 效的解决方案,员工可以打破时空阻隔,共同进入虚拟 空间进行工作交流,或是以虚拟身份自主查看生产现场 情况,实现多岗协同,共同解决同一任务,有效提高生 产效率,同时实现生产的实时可视化。
2.3 产品营销环节
2.3.1 沉浸“试用”产品，维度突破优化服务体系
企业不仅要专注于有关生产的一系列安排,同时也 应当重视营销销售环节。作为产品的最终使用者,企业 应当从顾客的角度思考如何完善服务体系。从消费心理 来说,通常顾客都希望在购买前能够详细了解产品相关 信息,从而选择更适合的产品。工业产品因其结构复杂 等特性,往往更需要向顾客全方位展示其形态与功能。 有了元宇宙相关技术的帮助,可以让顾客通过虚拟平台 查看并体验各种产品,沉浸式“试用”产品。此项服务 可以实现图像技术从 2D 到 3D 的突破,帮助企业吸引 更多的顾客,同时提高顾客的满意度。
2.3.2 开辟个性生产，创新发展助力智能制造
个性化生产逐步渗透进制造行业,力求以顾客为核 心,在企业能力范围内尽可能地实现顾客的要求,给予 顾客最大的话语权。实现个性化生产,需要串联客户、 设计师与生产企业,在相互沟通中完成个性化产品的定 制与生成。元宇宙相关技术不仅可以打破时空束缚,将 客户、设计师及生产企业三方紧密结合,加强沟通力 度,还能够对个性化产品进行建模与模拟生产,让客户 “真实”地看到心仪的产品, 同时协助生产企业评估生 产可行性,利用虚拟技术快速且精确地将个性化生产全 流程可视化,实现智能制造。
2.4 售后服务环节
2.4.1 打破时空隔阂，远程指导简化设备调配
随着生产规模增大,企业需要更多更复杂的设备来支持生产。与此同时,复杂设备调试或装配繁琐困难、 非专业人士难以独自调试设备等问题随之出现。元宇宙 相关技术的出现可以帮助解决相关问题,例如,通过虚 拟设备实现专家的远程指导,或是系统直接给出操作步 骤,逐步指导员工完成设备的调试与装配工作。如此专 业且快捷的指导,能在很大程度上提升设备调试与装配 的效率,同时,传统专业指导过程的优化巧妙解决邀请 专家的过程复杂、费用较高、时间较长等问题,有效简 化设备的调试与装配过程。
2.4.2 智能检修设备，虚拟诊断降低生产成本
设备故障诊断与应急维修是所有生产类企业必须面 对的环节,正确的故障诊断与及时的设备维修能够有效 降低企业的时间与金钱成本。通过元宇宙相关技术,邀 请专业人士通过虚拟设备自主查看现场故障的具体情 况,在确认维修方案后,可以远程指导现场工人完成修 理工作。或是可以将故障设备在虚拟空间进行 1:1 孪生 复刻,检修师在虚拟空间中对设备进行模拟维修,操作 无误后,再在现实中对设备进行精准维修,能很大程度 优化设备故障诊断与应急维修环节。
3 未来发展趋势
当前,我国元宇宙与工业互联网尚处于不断演进与 发展的阶段,在未来,二者势必会加速融合发展,以更 加优良的技术与严密的体系推动数字化转型,实现智能 制造的目标。以下是对元宇宙相关技术在工业互联网中 应用的未来发展趋势的展望。
3.1 精进算法，提高适配度
当元宇宙相关技术应用于工业互联网时,往往会涉 及虚拟现实、人工智能、物联网、5G、云计算等多项新 兴技术,但当前这些技术仍处于发展优化阶段,应用于 生产过程时所存在的技术不精、适配较低等问题亟待解 决。技术是核心,在未来发展过程中,理应重视关键技 术的提升,不断精进算法,提高适配度,不断细化生产 任务,将更加精密且适配的系统与技术应用于不同的生 产模块。同时,可以通过元宇宙平台将各任务所产生的 数据汇总起来,协助管理者更加高效地完成查看、监督 与部署等工作,优化生产流程,提升管理效率,实现实 时决策。
3.2 多元发展，构建系统工程
多元发展一直是各领域所推行的理念,在工业领域 更是如此,若只聚焦于某项技术本身,而忽略相关技术 之间的横向联系,则很难发挥出 1+1>2 的作用。在未 来发展过程中,应该将虚拟现实、人工智能、物联网、 5G、云计算等新兴技术协同发展,构建系统工程,以此发挥各项技术的巨大潜能。
3.3 节能减排，可持续发展
工业生产所带来的环境污染问题,一直以来都是可 持续发展道路中需迫切解决的问题之一。我国一直强调 要坚持节能减排,强化绿色发展,企业应规划好生产全 流程,将污染降至最低。智慧工厂的出现能有效降低污 染物的排放,并减少能源的消耗。与此同时,元宇宙相 关技术的应用使得当下的智慧工厂更加优化,不仅可以 获得可视化的数据,便于管理者的分析与部署,还可以 利用虚拟技术进行模拟规划与统一调配,提前检验各项 生产计划的合理性,并预备好应急措施,最后再将调试 好的生产参数应用于现实生产之中,实现精准投放、实 时监督、绿色生产。
3.4 反向赋能，形成良性循环
现阶段,在工业领域内元宇宙与工业互联网的关系 多见于前者赋能后者,发展思路常为如何利用现有的元 宇宙相关技术补充工业互联网的短板之处,同时为其开 辟新的发展道路。在发展中后期,伴随技术的阶段性成 熟,元宇宙相关技术赋能工业互联网会逐渐达到阶段 性饱和,此时可逆向思考,将工业互联网反向赋能元宇 宙,构建良性循环互相促进发展,在虚拟概念中注入网络互联思想,增强虚拟空间的交互能力等,缩小虚拟世 界与现实世界的差距,打造更具沉浸式体验的另一世界。
4 结语
工业互联网的应用已显著推动我国数字化转型进 程,虽然当前工业互联网的发展仍有许多问题亟待解 决,但技术的涌现、发展与融合,能够帮助其攻克难 关、补足短板、开拓道路、创新发展。元宇宙相关技术 与工业互联网的融合,从虚实结合的角度为解决其沟通 网络覆盖面不全、信息传递不够快精全等问题提供新思 路,帮助打破物理隔阂、加速信息流通、实现全局部 署。现阶段,元宇宙相关技术在工业互联网中的应用处 于初步发展阶段,但随着技术的不断提升、政策的逐渐 涌现、理念的持续加深,未来发展一片光明。
参考文献
[1] 樊重俊.以工业互联网推动制造强国建设的国际比较及中国 策略[J].上海管理科学,2022.44(6):14-17.
[2] 陈连虎.工业融合元宇宙解锁价值变现新场景[J].软件和集 成电路,2022(5):32-34.
[3] 孙柏林.工业元宇宙—现实世界与虚拟世界互通的桥梁[J]. 计算机仿真,2022.39(7):1-7.
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