元宇宙工厂：走进现实的制造业终极设想

科技

2023-09-01 13:09

文/VR陀螺 WiZ

尽管元宇宙的宏伟计划可能尚未实现，但工业元宇宙已经成为许多企业的现实。

日前，西门子传出一项10亿欧元的德国本土市场投资计划，其中约5亿欧元用于投资埃尔兰根的新技术园区，即西门子工业元宇宙未来的技术活动中心。

该投资是西门子公司全球投资战略的一部分，总计20亿欧元的基金还将覆盖欧洲、美国、中国和东南亚。埃尔兰根的新园区将作为西门子研发中心以及工业元宇宙的生产中心，将以最先进的技术和人工智能创建灵活且可持续的高科技生产模式。

据悉，这家年收入超过720亿欧元、在全球拥有38万余名员工的德国跨国公司早早就加入了工业元宇宙的行列，并在2022年与美国科技公司英伟达合作，共谋虚拟产业蓝图。

图源：pexels

虽然元宇宙已不再是流行语，但作为一项能够直接产生经济效益的元宇宙应用，工业元宇宙仍旧吸引着制造厂商投资入局。

触手可及的另一个孪生世界

得益于工业领域的坚实技术基础和明确的工业场景，工业元宇宙被认为是元宇宙优先落地应用的方向之一。根据市场研究公司TrendForce的数据，到2025年，工业元宇宙预计将推动全球智能制造的市场规模超过5400亿美元，2021年至2025年的复合增长率为15.35%。

与其他元宇宙应用类似，工业元宇宙目前同样仍处发展初期，面向制造过程孪生化的核心业务和应用系统相对较少，离成熟的落地应用还有较大距离。

不过不可否认的是，工厂数字孪生、产品沉浸式体验、AR/VR培训等应用已经展示出了成效，随着应用探索和技术创新不断展开，工业元宇宙的势头正在建立。

其中，数字孪生技术作为工业元宇宙的核心，提供了趋近于现实世界的真实模拟，并对产品研发、基础设施管理、制造和管理培训等领域进行革新。

中国工程院院士李伯虎就认为，工业数字孪生是工业系统的数字化镜像，通过多学科、多物理量、多尺度、大概率的仿真，反映相对应的工业实体系统的全生命周期过程，是产品、产线、产业链仿真、预测、优化、执行的重要技术手段。

工业数字孪生与工业元宇宙相互作用，工业元宇宙催生数字孪生向沉浸式、交互式、智能化拓展，而工业数字孪生则为工业元宇宙虚实交互、虚实协同提供技术支撑，这种技术已出现多年，成为许多企业跨入元宇宙世界的基石。

航天航空器制造商巨头波音公司在2021年就宣布将在元宇宙中构建下一代飞机。通过开发能够运行模拟飞行环境的数字孪生生产系统，波音的工程师可以使用VR设备进行沉浸式3D工程设计。

现代汽车（HMC）也在2022年消费电子产品展（CES）上宣布与Unity达成合作，双方将共同打造元宇宙发展路线与平台。

通过实时3D平台，消费者将能够在购车前通过数字技术试驾，了解车辆参数。企业则可以通过Unity引擎快速制作出车型配置器、虚拟展厅和培训应用等互动式实时应用，模拟产品从设计到上市的每个环节，并有效防止生产事故的出现。同时还可以在虚拟空间中搭建各式各样的行车环境、检测极为罕见的驾驶情形，提高训练质量和安全性。

图源：北京现代

在工业元宇宙中，时空界限变得模糊，制造公司可以使用VR和AR等沉浸式技术构建亲临现场感的远程作业模式，提升生产经营者对作业环境的实时感知，增强员工培训，提高运营效率，优化产品质量，实现会议交互，甚至可以充当技术工具，这也几乎涵盖了当前企业的大多数业务功能。

借助人工智能和虚拟现实，人们得以创建可视化管理的工业系统，从而克服人脑的局限性，以便做出更加理性的决策。使用数字孪生测试和验证新的生产技术和系统，然后再在物理世界中实施，也可以帮助企业降低代价高昂的错误风险。

大厂们的元宇宙布局

工业数字孪生与工业元宇宙的相互作用带来了生产效率的提高，这正是所有制造业企业最为看重的。

前面提到，总部位于德国的工业集团西门子是承诺使用数字孪生等技术构建和运营工业元宇宙的主要制造厂商之一。2022年6月，西门子就宣布与英伟达扩大合作，连接了Xcelerator和Omniverse平台，以通数字孪生技术制造现实世界的虚拟模型。

英伟达将为西门子提供对芯片制造3D设计和协作平台Omniverse的访问，使用人工智能来创建现实世界的高保真模拟。而西门子则通过合作生态系统开放平台Xcelerator提供信息技术基础设施、物联网硬件、软件和数字服务等关键组件，结合Omniverse加速企业数字化转型。

技术加持下，西门子第一家采用数字孪生的工厂落地中国南京。

通过西门子提供的实例展示，我们可以设想出多个真实场景。例如当工厂车间布局发生变化，我们可以通过数字孪生系统推测工人的移动路线变化情况，判断生产安全性，同时也可以根据系统中传感器的数据，通过虚拟模型展示准确找到机器故障的来源，不同地域的团队将能够以虚拟方式进行协作，并使用数字孪生系统快速识别故障并解决问题。

在生产效率方面，相比西门子旗下普通工厂，南京原生数字化工厂产能提高近2倍，生产效率提升20%，柔性生产能力提升30%，产品上市时间缩短近20%，空间利用率提升40%，物料流转效率提升50%。

生产效率的大幅提高足以见得元宇宙与制造业的天然适配性，有了西门子的先例，国内不少企业也对工业元宇宙兴趣颇深。像伊利就在今年推出了全球乳业首个元宇宙数字孪生工厂。借助工业互联网、5G和BIM等技术，伊利的这座无人化数字智造基地日处理鲜奶能力已达6500吨。

根据伊利官方的数据，在灌装车间，超高速灌装机每小时灌装可达40000包，几乎每眨眼一次，就有超4.4包牛奶灌装成功；通过自动抓取多关节KUKA机械手和高空输送链等技术共同协作，自动上纸箱、开箱、放垫片、自动装箱、自动码垛等作业生产效率都得到了极大提高。

图源：伊利

腾讯更是在2022年7月单独成立了数字孪生产品部，被外界解读为是腾讯在数字孪生领域加大布局的一个信号。

据悉，腾讯数字孪生已经在交通、建筑、园区、城市、工业、水务等多个领域探索和实践。在腾讯数字孪生产品副总裁万超看来，来源于行业应用的推动对于数字孪生的发展非常重要，是数字孪生发展当中强有力的助推器。

新部门成立不久后，腾讯就利用数字孪生技术为瑞泰马钢打造了一个同步运行的“透明工厂”。

从生产资料进入、订单匹配、排产以及到生产管理，加入数字孪生阵营的瑞泰马钢生产效率提高了12%，故障率降低25%，品质提升10%；在低碳生产上，其单位产值能耗大幅降低，从90kg标准煤/万元，减少到35kg标准煤/万元，有效实现了节能减排。

谁能想到，在商业元宇宙从“下一个风口”的炒作变成一地鸡毛后，工业元宇宙反而能稳扎稳打、数字孪生工厂遍地开花。

隐私难题，工业元宇宙避不开的鸿沟

但工业元宇宙不只有台面上的光鲜，第一批吃螃蟹的元宇宙先行者们，也最先遇到工业元宇宙发展初期的挑战。

在构建元宇宙场景的过程中，不可避免的要收集用户、环境数据，用于搭建模拟真实的虚拟场景，这使得包括工业元宇宙在内的几乎所有元宇宙应用都回避不了隐私问题。

把元宇宙概念融入企业文化的Meta就因为对面部识别信息的非法采集和非法收集个人信息问题吃了多笔巨额罚款。

2022年2月，美国得州总检察长办公室起诉Facebook母公司Meta在未经同意的情况下，通过人脸识别技术收集了数以百万计得州人的生物识别数据，要求对Meta处以数千亿美元的民事罚款。

2023年1月，爱尔兰数据保护委员会（DPC）声称，Meta定向投放个性化广告违反了欧盟隐私法《通用数据保护条例》（GDPR），并据此向Meta开出3.9亿欧元（约30.74亿元人民币）的罚款。

5月，Meta因向美国发送欧洲用户信息而再次被DPC处以12亿欧元（约94.58亿元人民币）的罚款，成为目前为止根据欧洲标志性数据隐私法《通用数据保护条例》（GDPR）所征收的最高额罚款。

8月，挪威数据保护部门Datatilsynet以隐私泄露为由，判决Meta向挪威方面缴付每日100万挪威克朗（约68.14万元人民币）的罚款。该罚款自8月14日起持续至11月3日，一共82天，全数缴纳的话意味着罚款总额达到8200万挪威克朗（约5587.48万元人民币）。

在这样的数据收集乱象下，需要提防的不仅有黑客，还包括元宇宙服务的提供商，对隐私泄露叫苦不迭的不只有个人用户，也包括对于保密要求更高的工业系统。

整个数字孪生工厂的运行环节都需要对用户身份属性、生物特征等个人信息以及设备信息、控制信息等工厂环境数据进行采集，并最终汇总成元宇宙工厂的数据资源。一旦这些重要数据出现泄露，将对员工个人和工厂造成难以估计的经济损失。

今年年初，西门子工厂数字平台就被曝出泄露了一些敏感信息。

发现漏洞的Cybernews研究团队担忧：“西门子有时会协助一些资产数十亿美元的客户公司处理一些极其敏感的数据，这些数据对于攻击者来说是非常有价值的。”

图源：Siemens

虽然西门子官方明确表示信息泄露问题已经得到解决，但元宇宙工厂可经受不起亡羊补牢式的解决方案，仅从当前来看，数据隐私安全的重点或许还是要放在技术升级及法律监管上。

在技术层面，区块链技术已经被视作保障工业元宇宙持久运行的关键。中国信通院信通院在2023年学术交流年会中就表示，“借助区块链技术，中心化带来的数据威胁被不断降低，工业元宇宙的价值性得到了最大程度的保证，新的工业经济秩序将会出现，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。”

区块链技术能够赋予数据难以篡改的特性，进而支持数据/资源/资产的跨平台管理和流通，用户真正拥有数字资产，是工业元宇宙打造可信价值网络和新型经济体系的基础底座。

而在监管层面，各国出台的政策为数字时代隐私保护提供了法理依据。

2021年10月，美国出台《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4月和7月，欧盟分别通过了《数字服务法》和《数字市场法》，重点关注网络平台内容安全、保护、个人隐私安全以及恶性竞争等关键问题。

2022年11月，我国首个工业元宇宙协同发展组织在北京正式成立。会议通过了工业元宇宙协同发展组织章程和组织机构，并发布《工业元宇宙创新发展三年行动计划（2022-2025年）》，要求完善产业支撑体系，提升安全保障和现代化治理能力。

隐私数据安全问题的解决通常无法一蹴而就，未来，技术的不断补足以及法规的不断完善仍将伴随元宇宙的整个进程，元宇宙的时代终将会到来，而个人和企业的数据也终将真正掌握在自己手中。

结语

现实世界跨入虚拟世界已经成为公认的不可逆转的科技趋势之一，制造业也在这一轮科技变革中抓住数字孪生技术完成了产业形式的更新，在一次次尝试中不断补足短板，完成从小众到大众的突破。设想下万物皆可元宇宙的未来，所有过往的经验都将被重塑，在一个不加盖的虚拟世界中，也只有想象力会成为我们工作生活的唯一限制。

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