執(zhí)行摘要
工業(yè)元宇宙——一個映射和模擬真實世界機器、工廠、城市、交通網絡和其他高度復雜系統(tǒng)的元宇宙領域——旨在為參與者提供對真實世界的完全沉浸式、實時、交互式、持久性和同步性的映射和模擬。
現有以及正在發(fā)展中的技術，包括數字孿生、人工智能和機器學習、擴展現實、區(qū)塊鏈、云和邊緣計算，將成為工業(yè)元宇宙的基石。這些技術的融合將創(chuàng)造一個連接現實世界和數字世界的強大接口，實現協(xié)同效應。
工業(yè)元宇宙將徹底改變工作方式，并為企業(yè)和社會創(chuàng)造重要的新價值。在工業(yè)元宇宙中，企業(yè)可以在為項目投入物理和人力資源之前，在基于現實世界的沉浸式環(huán)境中，創(chuàng)建模型和原型，開展實時測試，實現數十次、數百次甚至數百萬次的迭代。工業(yè)元宇宙工具將開創(chuàng)一個以數字化方式解決現實世界問題的新時代。
消費者元宇宙的實際應用仍在發(fā)展中，而工業(yè)元宇宙的應用由目的驅動，能夠針對性解決現實世界的問題，滿足業(yè)務需求。工業(yè)元宇宙解決方案賦能企業(yè)優(yōu)化資源效率，提高企業(yè)競爭力的同時，助力企業(yè)不斷實現可持續(xù)性、韌性、去碳化和非物質化等關乎人類繁榮發(fā)展的重要目標。
本報告探討了創(chuàng)建工業(yè)元宇宙需要什么，它對企業(yè)和社會的潛在影響，未來面臨的挑戰(zhàn)，以及其將塑造未來的創(chuàng)新應用。本報告形成了以下關鍵洞察：
- 工業(yè)元宇宙將數字世界和現實世界連接在一起。它將實現信息、數據和決策的持續(xù)交換，賦能行業(yè)以數字化方式解決極其復雜的現實世界問題，改變組織的運作方式，創(chuàng)造巨大的社會效益。
- 數字孿生是元宇宙的核心組成部分。元宇宙中的虛擬模型是對真實世界的細致模擬。下一代數字孿生將是高度保真的、基于物理的、由人工智能驅動，且在元宇宙生態(tài)系統(tǒng)中相互聯(lián)系。
- 工業(yè)元宇宙將改變每個行業(yè)?，F有的數字孿生體現了工業(yè)元宇宙在徹底改變設計和工程、測試、運營和培訓方面的實力和潛力。
- 日常生活將發(fā)生顛覆性變化。工業(yè)元宇宙將改變我們體驗物理環(huán)境的方式，以及我們工作、生活、制造商品和旅行的方式。它將幫助我們解決實際問題，推動世界邁向更加可持續(xù)的未來。
- 構建元宇宙的關鍵能力和生態(tài)系統(tǒng)正在顯現。包括連通性、計算能力、數字孿生保真度、互操作性以及隱私性和安全性。同時，必須針對元宇宙工具和應用程序設計和構建對應的市場、支付系統(tǒng)和監(jiān)管框架。
- 合作伙伴關系至關重要。在標準和基礎設施方面開展實質性的跨行業(yè)合作是構建工業(yè)元宇宙的必要條件。組織可能需要與供應商、競爭對手或客戶合作，以建立復雜的技術棧，為玩家參與元宇宙奠定基礎。從老牌公司到初創(chuàng)公司，從政府到個人愛好者，各類元宇宙玩家都將為工業(yè)元宇宙帶來新的想法和聲音。
可以說，這些沉浸式互動空間的最大潛力在于工業(yè)元宇宙。通過將高保真模擬、擴展現實、人工智能、機器學習、物聯(lián)網、區(qū)塊鏈、云和5G/6G等現有技術與仍處于開發(fā)過程中的技術相結合，工業(yè)元宇宙將創(chuàng)建一個與現實世界完全實時同步的沉浸式虛擬世界。
分析師們對這一新興市場的范疇有不同的定義，但他們都預測，元宇宙關鍵組成部分——數字孿生技術的相關投資將迅速增長。Allied Market Research 的調查數據顯示，2021年，全球數字孿生市場的規(guī)模約為65億美元，并將于2030年達到1257億美元。Gartner發(fā)布了類似的預測，稱2031年，數字孿生的市場規(guī)模預計將增長至1830億美元，并指出，2020年至2021年期間，對數字孿生初創(chuàng)公司的風險投資增長了20%。在許多方面，工業(yè)元宇宙都預示著長達數十年的工業(yè)數字化之旅，即工業(yè)4.0——第四次工業(yè)革命的發(fā)展趨勢。
工業(yè)4.0致力于通過將基于物理的、由數據驅動的自主系統(tǒng)與生產設施全面集成并嵌入關鍵流程中，提高生產速度和靈活性。‘
工業(yè)元宇宙將極大地改變當今競爭激烈的市場。通過在數字世界中映射和模擬真實世界的機器、工廠、城市和其他復雜系統(tǒng)，工業(yè)元宇宙將賦能汽車、醫(yī)療等行業(yè)以數字化方式解決極其復雜的現實世界問題。
在這一數字化新階段將出現能夠預測設備故障的虛擬傳感器、改善物流效率的自動駕駛卡車、提高生產力的協(xié)作機器人以及精細的供應鏈優(yōu)化升級。其影響力將遠遠超出產品開發(fā)和機械維護，賦能所有利益相關者超越地理限制開展合作，為產品設計和制造提供新的洞見。
工業(yè)元宇宙的一系列應用領域正在不斷涌現，令人印象深刻。從制造業(yè)和運輸業(yè)，到公用事業(yè)和城市發(fā)展，其帶來的許多新功能將為各行各業(yè)創(chuàng)造價值。 以下是元宇宙在不同行業(yè)的部分用例：
優(yōu)化設計和工程建設：來自不同部門、不同地點甚至不同行業(yè)的團隊成員將能夠在協(xié)作環(huán)境中與客戶互動、設計新產品并獲得實時反饋，免去耗時、昂貴和資源密集型旅行的需要，也無需開發(fā)多個物理原型。此外，工業(yè)元宇宙創(chuàng)造了一個公平的工作環(huán)境。這意味著，分布式的跨學科團隊能夠平等地為項目做出貢獻，每個人都能成為創(chuàng)新者，無需承擔現實世界的風險和成本。
更廣泛的測試和驗證：在高保真、多物理模擬環(huán)境中，各行業(yè)可以在測試大量不同場景的同時，通過機器學習和合成數據訓練賦能自主系統(tǒng)，從而縮短新產品的開發(fā)周期，改善新設施的設計效率，或在產品設計中盡早融入循環(huán)經濟理 念。
虛擬調試：使用制造系統(tǒng)的虛擬模型有助建立韌性，在早期階段即可檢測和糾正設計和軟件的錯誤，無需擔心中斷生產線或浪費物理資源。
強化運營能力：通過模擬工廠或其他工作場所，團隊成員可以在數字世界中收集數據。這些信息可以用于為各類人工智能用例提供支持，如虛擬工廠規(guī)劃、自主機器人、預測性維護和大數據分析。此外，沉浸式實時模擬將為一線員工提供支持，提高他們在現實世界中的運營效率。
提供培訓機會，留住人才：在當今勞動力市場緊張的情況下，組織無法承擔因無法提供培訓和職業(yè)發(fā)展機會而失去人才的損失。元宇宙提供了技能提升和培訓的獨特機會，因為元宇宙可以超越地理位置的限制為員工提供遠程訪問專家技能和虛擬培訓模塊的機會。未來，這些技術將可能有助于緩解老齡化社會中勞動力短缺的問題。
工業(yè)元宇宙中，從整體制造工廠和交通網絡，到不斷發(fā)展的城市和高度復雜的人類系統(tǒng)，下一代數字孿生技術將運用到萬事萬物中。通過連接物理世界和數字世界，工業(yè)元宇宙不 僅將改變組織的運作方式和員工的工作方式，還將通過推動可持續(xù)發(fā)展和改善人類生活，為社會帶來重大利益。
工業(yè)元宇宙的核心將是數字孿生——一個準確反映真實世界物體的虛擬模型。數字孿生整合了一個物理物體全生命周期的所有數據。實際上，數字孿生可以精確地模擬物體的各個方面，模擬之準確和細致達到了無異于真實物體的程度。
盡管工業(yè)元宇宙的基礎仍在建立過程中，但數字孿生已經在改變我們的工作方式。例如，西門子利用數字孿生技術在中國南京規(guī)劃和模擬了一座7.3萬平方米工廠的建設過程。通過整合工廠、生產線和性能數據以及建筑信息，西門子能在實際投建前測試和驗證工廠的性能和效率。數字孿生還被用于優(yōu)化工廠生產效率：新工廠的生產效率比傳統(tǒng)工廠高出20%，生產靈活性高出30%，空間利用效率高出40%。
美國國家航空航天局（NASA）的“毅力號”火星車是數字孿生技術的另一個產物。在以超過每小時12000英里的速度將太空探測器發(fā)射到火星大氣層之前，NASA創(chuàng)建了探測器的數字孿生，用來檢測概念設計中的潛在問題，并預測可能影響火星車安全著陸的障礙。
構建一個與實物完全同步的數字孿生盡管已經顯示出諸多優(yōu)勢，但仍存在創(chuàng)新的空間。實際上，構建物理物體的數字版本只是一個開始。通過數字孿生，團隊可以通過在假設場景中運行模擬模型，為更復雜的商業(yè)案例提供更豐富、更精細的洞察。自動駕駛汽車可以在具有真實感的模擬環(huán)境中接受訓練，并基于在運行過程中收集的真實世界數據改進初始訓練模型。
數字孿生技術帶來的另一大進步是創(chuàng)造快速、逼真、基于物理的數字孿生。這將為參與者提供更沉浸的體驗，并在他們與數字資產或其他參與者的互動中為其提供實時反饋。在一個像真實世界一樣的數字世界中工作時，參與者將獲得做出快速決策所必須的信心。
最后，通過在一個環(huán)境中連接多個數字孿生，企業(yè)將為工業(yè)元宇宙建立支柱。凱捷咨詢公司將這一以人際合作、數字孿生和模擬環(huán)境為特色的下一發(fā)展階段稱為“孿生互聯(lián)網”。若干數字孿生之間的互聯(lián)將賦能企業(yè)模擬不同對象之 間的復雜關系，從而彌合數字和物理世界之間的差距，并在此過程中創(chuàng)建工業(yè)元宇宙。
重塑體驗：元宇宙的影響與價值
顯然，工業(yè)元宇宙將重塑經濟。與互聯(lián)網一樣，它也將從根本上改變世界各地人們的日常體驗。工業(yè)元宇宙將顯著改變我們體驗物理環(huán)境的方式、我們的工作方式以及我們影響地球的方式。
體驗與改善人類環(huán)境
2022年，谷歌地圖通過集成數十億計的街景和航空圖像，創(chuàng)建了我們所處世界的數字孿生，并基于此推出了沉浸式視圖功能。該功能利用先進的計算機視覺和人工智能技術，為用戶提供了城市或熱門地標等某一區(qū)域的多維視角和關鍵細節(jié)，包括最新天氣和交通情況，重塑了用戶對物理世界的體驗。
工業(yè)元宇宙的進步甚至會對我們所走的街道和依賴的公共服務產生影響。例如，位于柏林的西門子施塔特廣場開發(fā)項目將在2030年前將一個面積達76公頃的封閉工業(yè)區(qū)改造成一個面向未來的碳中和城區(qū)。為了監(jiān)測和優(yōu)化進度和運 營，項目通過一個獨特的數字孿生生態(tài)系統(tǒng)收集并整合其開放空間、建筑、基礎設施、能源和交通的靜態(tài)和動態(tài)數據。
打造未來型工作場所
未來，元宇宙的應用將可能改變客戶體驗?？蛻魧⒛軌蛟谔摂M展廳中選擇和購買汽車，足不出戶即可完成購買、試駕、功能選擇和支付等程序。
不僅是虛擬購車，元宇宙還將為工作場所帶來改變。受新冠肺炎疫情影響，網絡會議和遠程辦公得到普及，推動了工作方式的巨大轉變。
此外，工業(yè)元宇宙將增加不受地理位置限制的工作類型， 進一步將就業(yè)與地理因素脫鉤，并為目前仍需面對面互動或基于物理基礎設施的職業(yè)創(chuàng)造“在家辦工”的可能性。與此同時，工業(yè)元宇宙將改變公司新設施選址的考慮因素。工作場所的安全性也將發(fā)生根本性的變化：如在安全的沉浸式數字世界中，培訓工程師維護危險的機械，或幫助現場團隊解決危及生命安全的潛在問題。當你能夠真實地看到并體驗環(huán)境時，你將能夠更直觀地偵測潛在的危險，例 如火災或傷情。
元宇宙也將為實驗性項目提供試驗場，在這個空間里，多個用戶在試驗這些使用場景，并檢驗他們是否能在數字世界中完成其工作。
追求可持續(xù)發(fā)展
一個由可再生能源驅動的節(jié)能元宇宙將有可能通過授權公司利用數據的力量，助力加速可持續(xù)轉型的進程。
數字孿生可以使建筑項目在建造過程中以及整個建筑生命周期內顯著提高資源效率。例如，通過收集在數字世界中生成的數據，并根據這些信息對工廠的數字孿生進行結構性修改，組織可以節(jié)省資源和材料，甚至在施工開始之前就能最小化項目的環(huán)境影響。此外，制造商可以實時集成工程、制造和服務相關數據，提高運營效率和可持續(xù)性。
“信息將取代物理資源的浪費，”數字孿生研究院執(zhí)行董事兼首席科學家Michael Grieves表示。數字世界可以引導人們優(yōu)化使用物理資源，同時推動非物質化轉型，用數字對象或服務取代原有的物理產品。
消費者可以購買他們喜愛產品或服務的數字對等物，或至少可以在數字世界中測試和驗證這些產品和服務，為可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。
元宇宙的關鍵影響：賦能可持續(xù)發(fā)展
統(tǒng)計數據令人震驚：到2050年，世界人口預計將從今天的80億增加到超過90億。隨之而來的將是對能源、清潔水和其他資源不斷增加的需求。為了推動人類未來的繁榮發(fā)展，我們必須改變我們的生活方式。
目前的碳排放和廢棄物制造主要來自工業(yè)生產。通過提高工業(yè)過程的效率，元宇宙將有助于打造一個更可持續(xù)的世界。工業(yè)元宇宙依賴無限可用的數據，而非化石燃料和自然資源運作，因此也將有助于加快凈零碳轉型，提高資源效率。
然而，作為元宇宙技術的“燃料”，計算能力本身需要大量的能源得以運行。確保我們以可持續(xù)的方式滿足這一需求是一項不容忽視或低估的挑戰(zhàn)，生態(tài)系統(tǒng)參與者必須確保能源核算的完全透明化，以證實其環(huán)境影響。
以下是工業(yè)元宇宙推動可持續(xù)發(fā)展的方式：
- 工業(yè)元宇宙可以通過減少建筑和工 業(yè)生產中的物理廢棄物，幫助減少對環(huán)境有害和不可回收材料的使用。它也有可能推動商業(yè)模式的實質性轉變，即用數字服務和資產取代實物的生產和生命周期管理。
- 數字孿生可以支持我們在現實生活中做出更智能、更快的決策，從而優(yōu)化流程以降低成本。這些經過精簡的流程及其基于實時反饋不斷調整的能力將大大減少能源和物理資源的浪費。
- 實驗是創(chuàng)新的先驅，但它很可能成本高昂且浪費資源。然而，在數字世界中，組織可以在不使用任何物理資源的情況下試驗新材料和工藝。這一優(yōu)勢可以應用于可持續(xù)項目本身。例如，生物材料、更高效的風力渦輪機和電動汽車等創(chuàng)新想 法將以更快、更容易的方式推向市場，以進一步推動可持續(xù)發(fā)展。在初始開發(fā)階段即可從產品全生命周期的視角指導產品開發(fā)，并在設計中鼓勵重復使用和改造利用。
- 推動能源結構從化石燃料向綠色電力轉變很有必要。工業(yè)元宇宙可以通過提升運輸效率、提高建筑的能源效率以及優(yōu)化工業(yè)流程，為減少運輸、供暖和制冷等溫室氣體排放最嚴重的用能需求提供有力的支持。
賦能構建新興的工業(yè)元宇宙
作為元宇宙毋庸置疑的構建模塊，數字孿生的價值已經得到了證明，但讓工業(yè)元宇宙變得真正的沉浸、持久且能夠提供實時反饋所需的關鍵能力仍在不斷涌現。
連通性：要想成為一個將物聯(lián)網的互動和協(xié)作提升到新水平的連貫實體， 工業(yè)元宇宙不僅需要合適的硬件和軟件，還需要合適的結締組織。元宇宙的關鍵組件包括“數字孿生、人工智能以及傳輸至虛擬應用程序中的真實數據”，我們還需要連接解決方案，如5G或6G。邊緣計算和區(qū)塊鏈也是必要的，以確保環(huán)境的安全性。所有這些技術都已經存在了，但棘手的部分是將它們結合在一起并連接起來。
計算能力：另一個挑戰(zhàn)是獲得實時、沉浸式體驗所需的計算基礎設施。你需要極其強大的計算能力來支持工業(yè)元宇宙，幸運的是，計算能力正在快速增長。
數字孿生保真度：各行業(yè)還必須找到創(chuàng)建和驗證具有超高保真度模型的方法。為了擁有可靠的預測能力，數字孿生必須表現得與其在現實世界中的對應物一模一樣。
互操作性：構建和培育工業(yè)元宇宙的公司需要具備開放性和互操作性的解決方案，以實現無縫、實時和同步協(xié)作。為此，他們需要建立開放的API、兼容的數據格式和協(xié)議，正如今天的互聯(lián)網協(xié)議套件一樣。這么做的目標在于使用通用 的語言集成工業(yè)元宇宙。這樣，用戶僅需通過拖放操作即可將他們的數字孿生與數十個甚至數百個其他的數字孿生相連。 目前，大多數數字孿生都是通過漫長而復雜的設計和開發(fā)過程定制而成。這意味著實現這一目標并不容易。然而，在可互操作的開放系統(tǒng)和標準化平臺支持下，各行業(yè)將能夠將其數字孿生與合作伙伴和供應商的數字孿生連接在一起，從而創(chuàng)建更大的生態(tài)系統(tǒng)，形成更深入的洞察。中小型企業(yè)也將受益于互操作性和標準化，因為這將有助于開發(fā)成本較低的即插即用解決方案，從而加速其參與元宇宙。
下一個經濟時代：工業(yè)元宇宙也將需要并創(chuàng)造新的商業(yè)模式。構成工業(yè)元宇宙最重要的其中一部分是，它受到參與元宇宙的個人和企業(yè)的信任，適當的監(jiān) 管不僅是為了確保并鼓勵協(xié)作和互操作，同時也有助于解決隱私和安全問題，并保護數字資產的知識產權。
因此，政策制定者和商業(yè)領袖應該以目的為導向打造一個基于元宇宙的未來。
區(qū)塊鏈可能是提高元宇宙安全性和隱私的關鍵因素。區(qū)塊鏈數字身份技術可以幫助行業(yè)更好地了解他們在與誰互動，無論是作為一家想向人類出售服務和 產品的公司，還是在不同機器和數字組件之間的互動中。此外，基于區(qū)塊鏈技術的不可替代代幣（NFT）可以用于證明工業(yè)元宇宙中內容和資產的存在、真實性和所有權。這將實現數字資產全生命周期的價值創(chuàng)造，并催生新的商業(yè)模式，如數字孿生交易。
數字平臺和市場將成為關鍵的賦能要素，為各種規(guī)模的公司提供全面、開放和靈活的元宇宙解決方案。為數字世界專門設計新的融資工具同樣重要。很多時候，技術并不是阻礙企業(yè)快速轉型的原因。通常，金融障礙才是嚴重阻礙進步 的原因。大規(guī)模提供必要的融資產品需要金融和技術知識的結合，以及金融機構、機器制造商、終端客戶以及整個生態(tài)系統(tǒng)中技術和服務合作伙伴之間的合作。
結論：打造虛擬未來
盡管挑戰(zhàn)重重，但毫無疑問，工業(yè)元宇宙即將到來。
警惕畫地為牢
數字解決方案的互操作性和開放性是構建和參與工業(yè)元宇宙的基本前提，也是當前實現成功數字化的基本前提。試圖將他人拒之門外的企業(yè)只會畫地為牢。盡管如此，目前各行其是的局面和做法仍很常見。接口、互操作性，甚至標準都很缺乏。
幸運的是，一些實體正在采取一系列重大舉措，致力于建立參與元宇宙的通用標準和協(xié)議。例如，元宇宙標準論壇旨在通過鼓勵標準組織和企業(yè)之間的合作，推動開放性元宇宙的互操作性標準建立。世界經濟論壇也致力于促進關 鍵利益相關方之間的合作，以綜合和開放的方式構建元宇宙。
盡管具有挑戰(zhàn)，但為元宇宙建立開放標準，并確保其互通性，這為組織創(chuàng)造有意義的技術和社會變革帶來了絕佳機會。
明確目標
然而，即使在目前缺乏通用標準的情況下，組織仍必須決定如何制定和實施明確的工業(yè)元宇宙戰(zhàn)略，包括投資邊緣硬件、工業(yè)5G網絡、數字孿生、人工智能和機器學習等基礎技術，或與元宇宙服務或應用程序供應商合作。
組織還必須為其工業(yè)元宇宙計劃確定價值主張或用例。與任何新興技術一樣， 圍繞元宇宙及其徹底改變企業(yè)運營和人們生活方式的潛力也有許多天花亂墜的討論。通過在明確的目標范圍內工作——例如，最大限度地減少浪費或加快產品開發(fā)周期—組織可以明確關于工業(yè)元宇宙的討論中，什么是真實的、什么不是真實的以及什么是炒作。
賦能員工建立工業(yè)元宇宙
組織還必須考慮員工對其元宇宙戰(zhàn)略的反應。對此，組織可以強調工業(yè)元宇宙將如何創(chuàng)造新的工作機會：例如，普通人也可以像工程師一樣操控高度復雜的機械?；旌犀F實技術和專家的實時反饋可以指導員工為復雜的系統(tǒng)提供服務。不僅如此，培訓和提高技能有助員工做好準備，在元宇宙領域執(zhí)行新的任務并尋求新的職業(yè)道路。
幫助員工接受工業(yè)元宇宙的另一個策略是消除員工對未知事物的恐懼。
為元宇宙項目尋找人才還需要發(fā)掘新的技術人員招募渠道。 企業(yè)必須深入游戲開發(fā)者群體，在建立工業(yè)元宇宙方面獲得他們的幫助，他們已經在為游戲創(chuàng)作3D內容。游戲開發(fā)社區(qū)積累的專業(yè)知識也可以應用于工業(yè)案例中。例如， 我們可能需要在元宇宙中創(chuàng)建機器人，而游戲開發(fā)者早已習慣了做這種工作。團隊成員還必須整合他們的專業(yè)知識才能在這個新的領域取得成功。
建立合作伙伴關系和強大的生態(tài)系統(tǒng)
同樣，組織將越來越需要尋求外部合作伙伴來共同推動元宇宙的創(chuàng)新。例如，位于，特拉維夫的大眾集團Konnect開放創(chuàng)新中心促進大眾與以色列企業(yè)家和初創(chuàng)公司的合作在開發(fā)自動駕駛汽車、電動化、脫碳和工業(yè)4.0技術等方面開展合作。
目前看來，元宇宙技術正在迅速變成主流。如今，公司已經可以開始從這些進步帶來的潛力中獲益，并集結參與新興工業(yè)元宇宙所需的人才、技術和戰(zhàn)略。隨著現實世界和數字世界日漸互聯(lián)，其產生的結果將永遠地改變消費者、員工、工業(yè)和人文要素圖譜。
