2023工業(yè)元宇宙白皮書-工業(yè)元宇宙協(xié)同發(fā)展組織+工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心-2024

2023

工業(yè)元宇宙白皮書工業(yè)元宇宙協(xié)同發(fā)展組織工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心2023年

12月1主要參編單位與組織工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中

心工

業(yè)

元

宇

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協(xié)

同

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展

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織廣東工業(yè)大學(xué)南

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司聯(lián)想新視界（北京）科技有限公

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司工業(yè)云制造（四川）創(chuàng)新中心有限公司蘇

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司亮風(fēng)臺(tái)（上海）信息科技有限公

司青葵智造（北京）科技發(fā)展有限公司北

京

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宙

文

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五

文

化

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公

司（排名不分先后）2主要起草人柯

斌劉波濤江洪峰曾哲君張

宏陸景學(xué)李

嶸陳南江陳雨婷王

斌張星智趙俊輝殷

濤劉永亮夏宏飛魏杉杉宋偉寧賈

敏簡(jiǎn)

奮白欲立王

鵬吳

侖周宇琪李真真李

潭田日輝張黎黎張春艷郭

謹(jǐn)郭增杰張克進(jìn)韋

寧鐘家發(fā)向文杰周琴芬劉

剛孫曉田陽少林楊佳能劉洪強(qiáng)陳秋宇郝雪梅張信揚(yáng)戚

晨謝成鴻陳

琳張

兵劉郁恒趙

勇李

祺沈翀林燕文林

瀾（排名不分先后）3版權(quán)聲明本白皮書版權(quán)由工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心、工業(yè)元宇宙協(xié)同發(fā)展組織共有。使用說明：未經(jīng)工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心或工業(yè)元宇宙協(xié)同發(fā)展組織同意，不得以任何方式復(fù)制、抄襲、影印、翻譯本文檔的任何部分。凡轉(zhuǎn)載或引用本文的觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)，請(qǐng)注明“來源：工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心或工業(yè)元宇宙協(xié)同發(fā)展組織”。違反上述聲明者，編者將追究其相關(guān)法律責(zé)任。4前

言工業(yè)元宇宙是利用虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)構(gòu)建的復(fù)雜先進(jìn)的新數(shù)字化工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，它具有高度沉浸式的交互體驗(yàn)，將有效市場(chǎng)和高效生產(chǎn)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)資源的優(yōu)化配置，推動(dòng)工業(yè)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。當(dāng)前，全球工業(yè)元宇宙處于起步階段，各國都在搶占先機(jī)。為了更好地把握工業(yè)元宇宙的發(fā)展機(jī)遇，推動(dòng)中國工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，在工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心的指導(dǎo)下，工業(yè)元宇宙協(xié)同發(fā)展組織撰寫了《2023

工業(yè)元宇宙白皮書》。本白皮書充分參考了國內(nèi)外相關(guān)研究成果和案例，結(jié)合編寫組對(duì)工業(yè)元宇宙的理解，從工業(yè)元宇宙的概念內(nèi)涵、核心技術(shù)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景、機(jī)遇挑戰(zhàn)、人才及法律法規(guī)等方面的趨勢(shì)進(jìn)行分析，以期為政府、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)等提供有益的參考和借鑒。由于產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處初期、編寫時(shí)間有限等因素，內(nèi)容或有疏漏，敬請(qǐng)諒解。期待與讀者共同探討、共同成長(zhǎng)，共同迎接工業(yè)元宇宙的美好未來。5目錄第一章

概念內(nèi)涵篇

.....................................................................................................1第一節(jié)

從風(fēng)洞到工業(yè)元宇宙

..............................................................................1一、

發(fā)展背景.....................................................................................................1二、

工業(yè)元宇宙的內(nèi)涵定義.............................................................................7三、

工業(yè)元宇宙的關(guān)鍵特征.............................................................................8四、

虛擬仿真、數(shù)字孿生與工業(yè)元宇宙的關(guān)系.............................................9第二節(jié)

工業(yè)元宇宙的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)體系工業(yè)元宇宙的體系結(jié)構(gòu)..................

14一、

工業(yè)元宇宙的體系架構(gòu)...........................................................................14二、

工業(yè)元宇宙的五維技術(shù)體系...................................................................17第三節(jié)

工業(yè)元宇宙助推我國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展...................................................

23一、

工業(yè)元宇宙與新型工業(yè)化.......................................................................23二、

工業(yè)元宇宙與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng).......................................................................26第二章

核心技術(shù)篇

...................................................................................................

31第一節(jié)

新一代人工智能技術(shù)

............................................................................

31一、

新一代人工智能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望...................................................31二、

新一代人工智能技術(shù)核心技術(shù)與技術(shù)特征...........................................34三、

新一代人工智能技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域應(yīng)用和案例...........................40第二節(jié)

數(shù)字孿生技術(shù)

.......................................................................................

43一、

數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望...............................................................43二、

數(shù)字孿生技術(shù)核心技術(shù)與技術(shù)特征.......................................................46三、

數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)路徑...........................50四、

數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)秀案例...............................53第三節(jié)

交互技術(shù)...............................................................................................

55一、

交互技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望.......................................................................55二、

交互技術(shù)的核心技術(shù)和技術(shù)特征...........................................................58三、

交互技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)路徑...................................61四、

交互技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)秀案例.......................................63第四節(jié)

3D

引擎技術(shù)..........................................................................................

67I一、

3D

引擎技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和展望

.................................................................67二、

3D

引擎技術(shù)核心技術(shù)和技術(shù)特性

.........................................................69三、

3D

引擎技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)路徑

.............................72四、

3D

引擎技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)秀案例

.................................75第五節(jié)

區(qū)塊鏈技術(shù)

...........................................................................................

77一、

區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和展望...................................................................77二、

區(qū)塊鏈技術(shù)的核心技術(shù)和技術(shù)特性.......................................................79三、

區(qū)塊鏈技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)路徑...............................82四、

區(qū)塊鏈技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)秀案例...................................92第六節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

...........................................................................................

95一、

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和展望...................................................................95二、

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)和技術(shù)特征.......................................................97三、

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)路徑.............................100四、

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)元宇宙領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)秀案例.................................102第七節(jié)

新型工業(yè)技術(shù)

.....................................................................................

105一、

云化

PLC

技術(shù)與工業(yè)元宇宙.................................................................105二、

先進(jìn)工控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)元宇宙.........................................................108三、

具身智能技術(shù)與工業(yè)元宇宙.................................................................111四、

機(jī)器人化制造技術(shù)與工業(yè)元宇宙.........................................................113第三章

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用篇

.................................................................................................

117第一節(jié)

工業(yè)元宇宙在工業(yè)流程各環(huán)節(jié)的應(yīng)用.................................................

117一、

工業(yè)元宇宙在研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用.....................................................117二、

工業(yè)元宇宙在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用.....................................................123三、

工業(yè)元宇宙在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的應(yīng)用.........................................................131四、

工業(yè)元宇宙在銷售&服務(wù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用..................................................138第二節(jié)

工業(yè)元宇宙在工業(yè)系統(tǒng)各層級(jí)的應(yīng)用.................................................

143一、

工業(yè)元宇宙在工業(yè)系統(tǒng)-設(shè)備層級(jí)中的應(yīng)用........................................143二、

工業(yè)元宇宙在工業(yè)系統(tǒng)-產(chǎn)線層級(jí)中的應(yīng)用........................................150三、

工業(yè)元宇宙在工業(yè)系統(tǒng)-工廠層級(jí)中的應(yīng)用........................................156四、

工業(yè)元宇宙在工業(yè)系統(tǒng)-產(chǎn)業(yè)鏈層級(jí)中的應(yīng)用....................................162II第四章

機(jī)遇挑戰(zhàn)篇

.................................................................................................

167第一節(jié)

工業(yè)元宇宙的發(fā)展機(jī)遇.......................................................................

167一、

工業(yè)元宇宙推動(dòng)智能制造的全面升級(jí).................................................167二、

工業(yè)元宇宙助力新興工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)模式構(gòu)建.....................................170第二節(jié)

工業(yè)元宇宙面對(duì)的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)辦法

....................................................

175一、

聚焦核心技術(shù)創(chuàng)新與融合.....................................................................175二、

配套并完善數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施.....................................................................182三、

創(chuàng)建工業(yè)元宇宙運(yùn)行機(jī)制.....................................................................185四、

培養(yǎng)工業(yè)元宇宙創(chuàng)新人才.....................................................................188五、

推進(jìn)完善元宇宙法律法規(guī).....................................................................197參考資料.....................................................................................................................

204附錄

............................................................................................................................

206III第一章

概念內(nèi)涵篇2010年以來，連普通大眾應(yīng)該都能感覺到，著名科幻作家劉慈欣在《三體》中所描述的“技術(shù)爆炸”似乎正在發(fā)生：大量的新概念新技術(shù)鋪天蓋地地涌現(xiàn)——云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)這些出現(xiàn)僅僅

10

余年的技術(shù)目前已經(jīng)在我們生活中司空見慣，互聯(lián)網(wǎng)+、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生也在快速滲入各行各業(yè)，而近兩年進(jìn)入我們視野的元宇宙、AIGC、具身智能則以風(fēng)卷般的速度一日一更新地創(chuàng)造讓大家瞠目結(jié)舌的全新體驗(yàn)。面對(duì)日新月異的技術(shù)發(fā)展，無論個(gè)人還是組織，都會(huì)手忙腳亂的思考該如何跟上技術(shù)浪潮。任何新技術(shù)的誕生都不是空中樓閣、憑空創(chuàng)造。面對(duì)新技術(shù)，我們不一定都需要從零開始系統(tǒng)掌握。洞悉技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)與原理本質(zhì)，便能在浪潮之巔看清產(chǎn)業(yè)前沿和應(yīng)用落地的未來。對(duì)待本書聚焦的工業(yè)元宇宙也是如此。本章我們將剖析工業(yè)元宇宙如何從早期的風(fēng)洞、實(shí)物仿真一步步經(jīng)過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的歷程發(fā)展到如今人機(jī)物有機(jī)融合的虛擬世界，以幫助從業(yè)者更好去理解工業(yè)元宇宙的內(nèi)涵與特征，以及更好去結(jié)合工業(yè)的需求開展創(chuàng)新應(yīng)用。第一節(jié)

從風(fēng)洞到工業(yè)元宇宙一、發(fā)展背景無論是風(fēng)洞還是工業(yè)元宇宙，都離不開仿真的本質(zhì)?！胺抡妗笔侨祟悓?duì)物理世界進(jìn)行“模擬”的活動(dòng)?！胺抡妗焙汀澳M”在英文中都對(duì)應(yīng)“Simulation”，但在漢語中“模擬”偏動(dòng)詞，是指人類用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的過程，早在三國時(shí)期的古籍中便已出現(xiàn)。遠(yuǎn)到我們古已有之的盆景盆栽和園林假山，近到現(xiàn)代小朋友喜歡的玩具賽車和娃娃布偶，都是人類通過建立模型對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行模擬的典型例子。而“仿真”偏名詞，代表了這一系列的模擬活動(dòng)，在我國航天部門最早出現(xiàn)并在

70

年代逐步推廣至航空、軍隊(duì)部門并廣泛在學(xué)術(shù)科研與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中使用。仿真在工業(yè)界出現(xiàn)的最早形態(tài)是實(shí)物仿真，通過建立逼真的實(shí)物與環(huán)境模型對(duì)工業(yè)對(duì)象進(jìn)行研究和使用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)難以復(fù)現(xiàn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并減少返工迭代的時(shí)間與成本。風(fēng)洞便是實(shí)物仿真的著名實(shí)例，以人工的方式產(chǎn)生并且控1制氣流，用來模擬飛行器或?qū)嶓w周圍氣體的流動(dòng)情況，并量度氣流對(duì)實(shí)體的作用效果。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的氣流環(huán)境會(huì)讓飛行器實(shí)物模型（實(shí)物樣機(jī)）的各模塊

“誤以為”正在大氣中飛行，進(jìn)而產(chǎn)生真實(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與控制動(dòng)作，從而使得研究者可以在實(shí)際靜止的風(fēng)洞環(huán)境中開展低成本的重復(fù)性試驗(yàn)驗(yàn)證，提升最終實(shí)際航行的成功概率。隨著三維轉(zhuǎn)臺(tái)等姿態(tài)控制系統(tǒng)的逐步成熟，駕駛模擬器也開始在航空航天、汽車船舶等工業(yè)部門出現(xiàn)，結(jié)合風(fēng)洞/水洞的流體仿真系統(tǒng)，讓飛行員/船員可以在仿真環(huán)境中逼真的訓(xùn)練對(duì)設(shè)備的駕駛操作，見圖

1。圖

1

駕駛模擬器從風(fēng)洞開始，仿真科學(xué)飛速發(fā)展成以相似理論為基礎(chǔ)構(gòu)建對(duì)象模型并開展運(yùn)行時(shí)分析與評(píng)估的系統(tǒng)性方法，并在航空航天、汽車船舶、鋼鐵冶金等這類環(huán)境高危高熱、場(chǎng)景難以復(fù)現(xiàn)、試驗(yàn)成本過高的工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛深入的應(yīng)用。隨著

20世紀(jì)

90年代工業(yè)軟件、計(jì)算機(jī)仿真等技術(shù)的逐步成熟，仿真從基于實(shí)物系統(tǒng)模型的實(shí)物仿真快速演進(jìn)至局部、全局?jǐn)?shù)字模型的半實(shí)物仿真/虛擬仿真，并逐步作為虛擬樣機(jī)取代實(shí)物樣機(jī)參與到工業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、銷售和訓(xùn)練全生命周期中去，見圖

2。2智能虛擬樣機(jī)基于智能模型的虛擬仿真干預(yù)物理世界對(duì)比項(xiàng)數(shù)字孿生虛擬樣機(jī)計(jì)

算

機(jī)

建

模

與

仿

真

、

系統(tǒng)建模方法、

分布交互仿真、基礎(chǔ)技術(shù)

CAx/D

Fx、

傳感器（

網(wǎng)絡(luò)）

、CAx/DFx、

復(fù)雜系統(tǒng)工程、

人工工業(yè)網(wǎng)絡(luò)/互聯(lián)網(wǎng)智能將不同工程領(lǐng)域的開發(fā)模型結(jié)合在一起，

從外觀、

功能和行為上在計(jì)算機(jī)的虛擬空間中構(gòu)建出與物理孿生類似的數(shù)字化映像，模擬真實(shí)產(chǎn)品，

解決全系統(tǒng)、

全核心目標(biāo)

通過對(duì)物體實(shí)體傳感信號(hào)的接生命周期中人/組織、

經(jīng)營管理和技術(shù)，

信息流、

知識(shí)流、

控制流、服務(wù)流集成優(yōu)化入，

實(shí)現(xiàn)模擬的環(huán)境感知和模擬決策故障預(yù)測(cè)與消除、

設(shè)備資產(chǎn)管

數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)、

虛擬仿真試驗(yàn)、數(shù)字孿生基于傳感器更新的實(shí)體數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)數(shù)字世界典型應(yīng)用理、

工藝流程改進(jìn)虛擬裝配和模擬操作訓(xùn)練圖

2

數(shù)字孿生與虛擬樣機(jī)對(duì)比數(shù)字孿生是虛擬仿真向虛實(shí)交互發(fā)展的重要里程碑階段。在具備物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集能力之前，工業(yè)界的虛擬仿真多數(shù)還是事前的預(yù)先模擬和計(jì)算，如在飛機(jī)試飛之前反復(fù)虛擬試驗(yàn)來驗(yàn)證其飛行控制的準(zhǔn)確性、在汽車實(shí)開之前預(yù)測(cè)其動(dòng)力性能和續(xù)航里程，并不能夠根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來動(dòng)態(tài)調(diào)整和實(shí)時(shí)計(jì)算，見圖

3。機(jī)翼模型（結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)、控制）機(jī)身模型尾翼模型（結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)、熱環(huán)境）（結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)、控制）指揮控制模型（定性、離散事件）引擎模型（發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)、熱環(huán)境）起落架模型（控制、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)）圖

3

虛擬試驗(yàn)飛機(jī)數(shù)字孿生正是伴隨著實(shí)時(shí)數(shù)采能力成熟而誕生的新型虛擬仿真形態(tài)，基于傳感器更新的實(shí)體數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)數(shù)字世界從而達(dá)到仿真結(jié)論的動(dòng)態(tài)修正和演進(jìn)優(yōu)化。3數(shù)字孿生是目前工業(yè)界應(yīng)用虛擬仿真的主要形態(tài)。在可以預(yù)見的將來，多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品都會(huì)同步交付一個(gè)產(chǎn)品數(shù)字孿生給到用戶，不僅用于產(chǎn)品原理和功能性能的展示，更能在產(chǎn)品運(yùn)行使用階段提供產(chǎn)品監(jiān)控與故障維護(hù)等多種基于預(yù)測(cè)性虛擬仿真的服務(wù)。關(guān)注元宇宙的人們通常會(huì)認(rèn)為小說《雪崩》是元宇宙概念的起點(diǎn)，1992年美國科幻作家尼爾·史蒂芬森(Neal

Stephenson)便描述了一個(gè)“戴上耳機(jī)和目鏡，找到連接終端，就能夠以虛擬分身的方式進(jìn)入由計(jì)算機(jī)模擬、與現(xiàn)實(shí)世界平行的虛擬空間。”然而我國“航天之父”錢學(xué)森老先生早在

1990

年討論“VirtualReality”中文譯名的時(shí)候，便提出了“靈境”這一富有中國味的概念，通過數(shù)字化的仿真手段讓人們?nèi)缟砼R其境地去感知虛擬的世界，見圖

4。通過前面對(duì)于仿真的討論可知，無論是史蒂芬森的雪崩還是錢老的靈境，本質(zhì)上都是希望讓人能夠在仿真的宇宙世界中逼真地去感知、交互和創(chuàng)造，最理想的境界甚至是讓元宇宙中的人們像風(fēng)洞中的飛行器一般“誤以為”在真實(shí)的世界里面活動(dòng)。4圖

4

錢學(xué)森老先生關(guān)于“VirtualReality”中文譯名討論如同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的虛實(shí)交互能力催生數(shù)字孿生一樣，元宇宙的興起和落地也得益于

VR/AR/MR、新一代人工智能、區(qū)塊鏈/NFT、自然語言處理/NLP

等先進(jìn)信息技術(shù)的成熟，讓冰冷的工業(yè)仿真系統(tǒng)與人類用戶之間的交互變得越來越自然流暢，讓“人在回路”的人機(jī)物融合系統(tǒng)有了真正實(shí)現(xiàn)的曙光。2021年初，游戲公司

Roblox將“Metaverse”寫入招股書，以“元宇宙第一股”的概念成功上市，成為了引爆元宇宙概念的起點(diǎn)。同年，F(xiàn)acebook正式更名5為

Meta，高調(diào)進(jìn)軍元宇宙相關(guān)產(chǎn)業(yè)，將元宇宙熱度推向新的高潮。一時(shí)間，元宇宙成為了時(shí)下最熱門的話題，受到了空前追捧，被視為互聯(lián)網(wǎng)科技行業(yè)的新一代“風(fēng)口”，各大熱衷于追逐新概念的互聯(lián)網(wǎng)公司、巨頭和資本爭(zhēng)相入局，涌入元宇宙產(chǎn)業(yè)新賽道，見圖

5。圖

5

關(guān)于元宇宙話題的討論目前，產(chǎn)學(xué)研各界對(duì)元宇宙的理解角度大體分為兩派：一派強(qiáng)調(diào)“嶄新的虛擬世界”，在數(shù)字空間里構(gòu)建新世界以虛促實(shí)，這在社交網(wǎng)絡(luò)、游戲文創(chuàng)等領(lǐng)域較為多見；而在工業(yè)制造、城市建設(shè)等領(lǐng)域的元宇宙則更強(qiáng)調(diào)“人、虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界融合構(gòu)成的宇宙”。作為工業(yè)領(lǐng)域元宇宙落實(shí)與拓展的積極參與者，我們對(duì)元宇宙的理解是后者觀點(diǎn)。宏觀地講，元宇宙是綜合運(yùn)用數(shù)字技術(shù)群構(gòu)建的人、虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界融合的場(chǎng)景系統(tǒng)。具體地講，元宇宙是整合多種數(shù)字新技術(shù)群而產(chǎn)生的新型虛實(shí)相融的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會(huì)形態(tài)，是一種去中心化、用戶沉浸式參與、數(shù)據(jù)資產(chǎn)可擁有/拓展、“虛實(shí)融合”的三維化互聯(lián)網(wǎng)。也正是由于元宇宙的上述特性，包括中國航天科工集團(tuán)、中國石油化工集團(tuán)等工業(yè)集團(tuán)都敏銳地洞悉到元宇宙能夠?yàn)楣I(yè)中的人機(jī)物深度融合提供全新的賦能，特別在“人在回路”的層面，讓工業(yè)用戶從以往的“數(shù)據(jù)觀察者和結(jié)論接受者”變成了可以深度介入仿真過程和實(shí)時(shí)自然交互的“系統(tǒng)參與者和數(shù)據(jù)創(chuàng)造者”，進(jìn)而適用于大量依賴專家定性知識(shí)、模型數(shù)據(jù)難以量化、人機(jī)交互復(fù)雜緊密的工業(yè)場(chǎng)景。2022年下半年以來，以李伯虎院士為代表的工業(yè)學(xué)術(shù)界，以及以工信部/工業(yè)文化發(fā)展中心為代表的政府部門，均高度重視并大量投入于工業(yè)元6宇宙相關(guān)的內(nèi)涵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和政策配套。二、工業(yè)元宇宙的內(nèi)涵定義工業(yè)元宇宙的定義會(huì)有很多解釋，李伯虎院士在世界元宇宙大會(huì)上給出基本內(nèi)涵定義為：工業(yè)元宇宙是指在新發(fā)展理念指引下，在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，借助新時(shí)代各類新技術(shù)群跨界融合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域中“人、虛擬空間與現(xiàn)實(shí)空間”虛實(shí)映射/交互/融合、以虛促實(shí)、以虛強(qiáng)實(shí)的工業(yè)全要素鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈和全價(jià)值鏈三鏈智慧、協(xié)同、開放、服務(wù)、互聯(lián)的復(fù)雜數(shù)字工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，見圖

6。圖

6

工業(yè)元宇宙：人/虛擬世界/現(xiàn)實(shí)世界融合構(gòu)成的復(fù)雜數(shù)字工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具體來說，我們認(rèn)為工業(yè)元宇宙有三層內(nèi)涵：一是，是虛實(shí)共生、綜合集成的新型工業(yè)數(shù)字空間，是工業(yè)現(xiàn)實(shí)物理空間與其虛擬平行空間的合集，通過對(duì)工業(yè)實(shí)體及生產(chǎn)過程的數(shù)字化映射、模擬，構(gòu)建而成的新型數(shù)字化應(yīng)用環(huán)境；7二是虛實(shí)協(xié)同、全沉浸式的新型工業(yè)智慧互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中新型數(shù)字化工業(yè)系統(tǒng)，人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器實(shí)體與數(shù)字虛擬體的全面智慧互聯(lián)和互操作，使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)體空間向虛體空間延伸、時(shí)空一致向預(yù)測(cè)性時(shí)間延伸和價(jià)值延伸；三是數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展的新型工業(yè)經(jīng)濟(jì)載體，對(duì)工業(yè)過程和場(chǎng)景的虛擬空間全面部署，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)映射、虛實(shí)交互、虛實(shí)融合、以虛強(qiáng)實(shí)、以虛促實(shí)，促進(jìn)數(shù)/實(shí)融合的工業(yè)高質(zhì)量新發(fā)展。三、工業(yè)元宇宙的關(guān)鍵特征工業(yè)元宇宙的六“新”特征為，見圖

7：圖

7

工業(yè)元宇宙的關(guān)鍵特征新技術(shù)?；谛滦突ヂ?lián)網(wǎng)，在新發(fā)展理念指引下，借助新時(shí)代的

8類新技術(shù)群，尤其是在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，借助新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新信息通信技術(shù)、新智能科學(xué)技術(shù)及新工業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)等

4

類新技術(shù)群跨界深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、云化、智能化技術(shù)為支撐技術(shù)，將工業(yè)領(lǐng)域人、虛擬空間與現(xiàn)實(shí)空間中的工業(yè)全要素鏈、全價(jià)值鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈(三鏈)智慧地連接融合在一起，提供虛實(shí)融合的智慧資源、智慧產(chǎn)品與智慧能力隨時(shí)隨地按需服務(wù)的一種新型智慧服務(wù)互聯(lián)工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的一類新技術(shù)。新模式。一種虛實(shí)映射、虛實(shí)交互、虛實(shí)融合、以虛強(qiáng)實(shí)、以虛促實(shí)，工業(yè)全要素鏈、全價(jià)值鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈(三鏈)“數(shù)字化、物聯(lián)化、服務(wù)化（云化）、協(xié)同化、定制化、柔性化、綠色化和智能化”的去中心化的云邊協(xié)同的智慧協(xié)同互聯(lián)新模式。8新業(yè)態(tài)。物互聯(lián)，智能引領(lǐng)，數(shù)(據(jù))/知(識(shí))驅(qū)動(dòng)，虛實(shí)融合，虛實(shí)互動(dòng)，協(xié)同服務(wù)，跨界創(chuàng)新。新特征。對(duì)全系統(tǒng)及全生命周期活動(dòng)中虛實(shí)融合的要素/流自主智能地感知、互聯(lián)、協(xié)同、學(xué)習(xí)、分析、認(rèn)知、決策、控制、執(zhí)行與創(chuàng)新。新要素/流。工業(yè)全系統(tǒng)及全生命周期活動(dòng)中的虛實(shí)融合的人、技術(shù)/設(shè)備、組織、數(shù)/知、材料、資金（六要素）及人才流、技術(shù)流、產(chǎn)業(yè)流、數(shù)/知流、物流、資金流（六流）。新目標(biāo)。支持工業(yè)系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智慧化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新、綠色、開放、共享、個(gè)性”制造產(chǎn)品及服務(wù)。四、虛擬仿真、數(shù)字孿生與工業(yè)元宇宙的關(guān)系有部分學(xué)者認(rèn)為，元宇宙的概念并不新鮮，只不過是“新瓶裝舊酒”，與近年來火爆的數(shù)字孿生技術(shù)并無差別。在我們看來，任何新技術(shù)的誕生都不是空中樓閣、憑空創(chuàng)造。工業(yè)元宇宙與元宇宙、數(shù)字孿生、仿真以及與工業(yè)現(xiàn)實(shí)世界，都是一脈相承、密不可分卻又各自側(cè)重的關(guān)系，見圖

8。工業(yè)元宇宙繼承了仿真技術(shù)對(duì)“現(xiàn)實(shí)物理世界的逼真模擬”，也強(qiáng)化了數(shù)字孿生關(guān)注的“數(shù)據(jù)/模型”以及“虛實(shí)交互”，并充分吸收了元宇宙作為一種“人在回路”數(shù)字經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在自然人機(jī)交互、數(shù)字化資產(chǎn)以及社交網(wǎng)絡(luò)等方面的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)現(xiàn)實(shí)世界中六要素六流的虛實(shí)有機(jī)融合。圖

8

工業(yè)元宇宙與元宇宙、數(shù)字孿生、仿真之間的關(guān)系9在我們看來，仿真是一種模擬物理世界的技術(shù)，是以相似理論為基礎(chǔ)構(gòu)建對(duì)象模型并開展運(yùn)行時(shí)分析與評(píng)估的系統(tǒng)性方法，將完整的物理機(jī)能與確定性規(guī)律相結(jié)合，根據(jù)當(dāng)前邊界與狀態(tài)來計(jì)算下一狀態(tài)。仿真具備兩個(gè)關(guān)鍵性特征：一是相似性原理。仿真模型必須在幾何、功能、性能等方面與被仿真對(duì)象相似，對(duì)仿真模型開展的研究才足以表征被仿真對(duì)象的真實(shí)特性，從而產(chǎn)生有實(shí)際指導(dǎo)意義的分析預(yù)測(cè)結(jié)果；二是時(shí)間敏感。時(shí)間相關(guān)是仿真計(jì)算區(qū)別于常規(guī)科學(xué)計(jì)算的核心特征。按照時(shí)間步長(zhǎng)或者時(shí)序事件

step

by

step逐步推演計(jì)算得到結(jié)果是典型的仿真過程，也由此會(huì)出現(xiàn)化學(xué)、生物等領(lǐng)域仿真中用于“慢放”轉(zhuǎn)瞬間分子反應(yīng)過程的欠實(shí)時(shí)仿真，以及工業(yè)、交通等領(lǐng)域仿真中用于“快進(jìn)”預(yù)測(cè)未來生產(chǎn)過程或者擁堵情況的超實(shí)時(shí)仿真，見圖

9。狹義來講，傳統(tǒng)的虛擬仿真技術(shù)多數(shù)是離線、前置的仿真，用于事前分析、預(yù)測(cè)物理對(duì)象的表現(xiàn)。當(dāng)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等實(shí)時(shí)通信技術(shù)以及高性能計(jì)算能力的支持下，虛擬仿真系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并同步計(jì)算反饋結(jié)果的時(shí)候，便演進(jìn)到了虛實(shí)交互的數(shù)字孿生階段。圖

9

仿真關(guān)鍵性特征數(shù)字孿生技術(shù)是在傳統(tǒng)仿真技術(shù)上發(fā)展起來的一種整合多物理、多尺度、多學(xué)科屬性，面向產(chǎn)品全生命周期過程，對(duì)物理實(shí)體的數(shù)字副本進(jìn)行仿真、診斷及預(yù)測(cè)以接收來自物理實(shí)體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并更新的在線模擬技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生諸多關(guān)鍵技術(shù)的核心部分，是數(shù)字孿生創(chuàng)建和運(yùn)行的有效支撐。而相較于傳統(tǒng)虛擬仿真技術(shù)，數(shù)字孿生具備的核心特性包括：一是虛實(shí)交互。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等實(shí)時(shí)通信技術(shù)的支持下，數(shù)字孿生在能夠反映物理世界的同時(shí)，接收物理世界的實(shí)時(shí)信息反過來實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)物理世界，其本體與孿生體之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互10反饋和數(shù)據(jù)的雙向傳輸，對(duì)比傳統(tǒng)的仿真技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)具有動(dòng)態(tài)性和雙向性；二是數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動(dòng)。數(shù)字孿生除了構(gòu)建物理對(duì)象的相似模型來驅(qū)動(dòng)仿真之外，還掌握大量實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合愈漸成熟的機(jī)器學(xué)習(xí)等新一代人工智能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型混合驅(qū)動(dòng)的計(jì)算模式——通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)來訓(xùn)練與修正孿生模型進(jìn)而達(dá)到更加準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的仿真結(jié)果。從實(shí)際應(yīng)用來看，無論是傳統(tǒng)虛擬仿真還是數(shù)字孿生，其模擬和研究的對(duì)象多數(shù)為設(shè)備、環(huán)境等物理系統(tǒng)，“人”多數(shù)作為系統(tǒng)用戶對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行觀察和決策響應(yīng)，本質(zhì)上人并沒有實(shí)際參與到仿真系統(tǒng)的具體計(jì)算和運(yùn)行中去。尤其是工業(yè)場(chǎng)景，出于實(shí)時(shí)性和安全性考慮，“人”多數(shù)時(shí)候是觀察者和決策者，并不在仿真交互的回路中。然而工業(yè)中存在大量人在回路的應(yīng)用場(chǎng)景，如車輛駕駛中人的操作習(xí)慣對(duì)整體系統(tǒng)有決定性的交互影響、服裝工廠中工人手工車縫效率與整廠產(chǎn)能間的關(guān)系等等。如何讓人在回路的系統(tǒng)仿真更加準(zhǔn)確有效、人-物理世界-數(shù)字空間的融合交互更加順暢自然，元宇宙技術(shù)的出現(xiàn)為上述問題的解決提供了可能。元宇宙的概念內(nèi)涵眾說紛紜，筆者也并不準(zhǔn)備給出一個(gè)元宇宙的準(zhǔn)確定義，但從工業(yè)產(chǎn)品全生命周期的視角進(jìn)行分析，針對(duì)工業(yè)元宇宙的形成過程建立虛擬工業(yè)世界要素與現(xiàn)實(shí)工業(yè)世界要素的融合模型，元宇宙的如下幾點(diǎn)核心特征為工業(yè)元宇宙的落地提供了一些支撐，見圖

10：圖

10

元宇宙的核心特征（一）人在回路人在回路是元宇宙之所以能夠在

Meta、Robolox等社交游戲平臺(tái)大受歡迎的核心原因。通過

VR/AR等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及

NLP、大模型等人機(jī)交互能力的支持，11會(huì)讓用戶在元宇宙的虛擬世界里沉浸式地體驗(yàn)和自然輕松的交互。這些特性在工業(yè)中同樣適用。除此之外，在工業(yè)元宇宙中，人在回路更重要的是指工業(yè)人員能夠通過人工智能模型、數(shù)字替身等智能體參與到從工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)，一直到工業(yè)產(chǎn)品使用情況跟蹤等各個(gè)階段，并在相應(yīng)的階段發(fā)揮“人”的作用。這點(diǎn)特別體現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中。對(duì)于工業(yè)中所采用的人工智能模型來說，因?yàn)槟Ｐ偷闹悄苁腔谠诖笮蛿?shù)據(jù)集上的上萬次訓(xùn)練，這很容易使得智能模型對(duì)特定數(shù)據(jù)集產(chǎn)生依賴，并由于工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜多變、工業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)大規(guī)模更新等原因，會(huì)使得人工智能模型產(chǎn)生偏差，從而極大地影響生產(chǎn)效率，甚至可能引發(fā)大規(guī)模工業(yè)事故，所以通過“人”讓模型順應(yīng)環(huán)境等其他多變因素具備一定的可行性。不僅如此，由于智能模型在工業(yè)上應(yīng)用的保守性，有些工業(yè)生產(chǎn)人員是通過視覺、嗅覺等其他人體感官經(jīng)驗(yàn)去控制一些工藝的啟停，這樣能夠大大降低生產(chǎn)成本。例如，一些冶金行業(yè)人員根據(jù)爐內(nèi)的焰火等其他現(xiàn)象判斷爐內(nèi)的熔煉情況，這比一般的人工智能模型更加高效和劃算。（二）數(shù)字化資產(chǎn)NFT/數(shù)字化藏品在元宇宙的很多應(yīng)用中扮演了重要角色，但其本質(zhì)上是通過區(qū)塊鏈、NFT等加密技術(shù)讓元宇宙中易于拷貝復(fù)制的數(shù)字化內(nèi)容變成可唯一定義價(jià)值并且交易的數(shù)字化資產(chǎn)。特別是將跟人/動(dòng)作緊密相關(guān)的行為經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為價(jià)值好和可流轉(zhuǎn)的數(shù)字資產(chǎn)。舉例來說，在烹飪方面，同樣是揚(yáng)州炒飯，五星級(jí)大廚用同樣食材炒出來的菜肴通常都要比普通人炒的要美味許多。這種技藝和經(jīng)驗(yàn)不是簡(jiǎn)單通過菜譜就能記錄與復(fù)制的，而且要學(xué)習(xí)大廚炒制的動(dòng)作竅門以及火候調(diào)料的精髓。這些內(nèi)容配合元宇宙中動(dòng)作捕捉、NFT等技術(shù)，就可以相對(duì)容易地將大廚的細(xì)微操作進(jìn)行有效記錄并唯一化定義，從而形成可傳播、復(fù)現(xiàn)甚至交易的元宇宙菜譜。對(duì)應(yīng)地，在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，涉及大量工裝操作、工序調(diào)度的工藝流程也是工業(yè)中十分重要的一環(huán)，且很多企業(yè)將自己的工藝流程轉(zhuǎn)化為一種專利技術(shù)，雖然同樣工業(yè)產(chǎn)品在外觀上可能一致，但是不同的工藝流程對(duì)產(chǎn)品的成本、質(zhì)量和壽命等方面有極大的影響。所以，為了打造出工業(yè)產(chǎn)品在工業(yè)元宇宙中的唯一數(shù)字替身，并且將對(duì)應(yīng)的工業(yè)知識(shí)軟件化，就需要將工業(yè)產(chǎn)品的制造過程作為產(chǎn)品12唯一標(biāo)識(shí)的一部分。此外，與現(xiàn)實(shí)的工業(yè)世界不同的是，工業(yè)元宇宙強(qiáng)調(diào)去除“中心特權(quán)”。從金融的角度上來說，區(qū)塊鏈、NFT等技術(shù)能夠提高金融安全性和透明度，釋放流動(dòng)性和增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，并支持一體化和標(biāo)準(zhǔn)化的經(jīng)濟(jì)體系。從產(chǎn)業(yè)角度上來說，去中心化能夠防止壟斷，增強(qiáng)企業(yè)的科技創(chuàng)新能力。（三）社交網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)實(shí)世界中的工業(yè)是一個(gè)十分龐大的經(jīng)濟(jì)體系，其中很多工業(yè)環(huán)節(jié)如聯(lián)合研發(fā)、工藝會(huì)簽、協(xié)同操作等，往往需要以團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式參與。例如在工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，身處異地的工作人員可以通過自己的數(shù)字替身進(jìn)入工業(yè)元宇宙與其他數(shù)字人開展實(shí)時(shí)討論并進(jìn)行

3D

建模和仿真，解決了人員在線溝通效率低下、產(chǎn)品試制周期長(zhǎng)等現(xiàn)實(shí)問題；在工業(yè)產(chǎn)品制造時(shí)，利用數(shù)字孿生等技術(shù)使得員工可以在工業(yè)元宇宙中執(zhí)行沉浸式的質(zhì)量管理和人工調(diào)度等任務(wù)，有效提高了人員的操作和管理效率；在工業(yè)產(chǎn)品銷售和服務(wù)時(shí)，員工能夠在遠(yuǎn)程沉浸式地為客戶提供高質(zhì)量的使用指導(dǎo)與維修服務(wù)，降低了工業(yè)產(chǎn)品的維護(hù)成本；在企業(yè)內(nèi)部管理時(shí)，企業(yè)人員可以在工業(yè)元宇宙中創(chuàng)建內(nèi)部虛擬會(huì)議室等，在其中進(jìn)行沉浸式的交談，解決企業(yè)內(nèi)部的矛盾，提高企業(yè)管理效率。同樣，對(duì)應(yīng)在工業(yè)元宇宙中，各類工種通過數(shù)字替身連接在同一個(gè)虛擬空間中相互交流與協(xié)作，完成自己的工作任務(wù)。類似的連接還體現(xiàn)在客戶方與服務(wù)方之間，客戶可以連接至工業(yè)元宇宙中沉浸式的參觀工業(yè)產(chǎn)線，之后再根據(jù)自己的需求尋找合適的乙方，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)接。工業(yè)元宇宙即元宇宙相關(guān)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的落地應(yīng)用，則主要強(qiáng)調(diào)人在回路這一核心理念對(duì)現(xiàn)實(shí)工業(yè)空間場(chǎng)景（如研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、營銷售后等環(huán)節(jié)）進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。在工業(yè)元宇宙中，除了能夠?yàn)槿藗兲峁┕I(yè)場(chǎng)景的沉浸式體驗(yàn)外，還能夠幫助企業(yè)將全生命周期中的工業(yè)流程轉(zhuǎn)化為專利技術(shù)以打造數(shù)字化藏品，發(fā)揮虛擬世界的去中心化優(yōu)勢(shì)以構(gòu)建高度融合的新型社會(huì)網(wǎng)絡(luò)。隨著數(shù)字孿生技術(shù)在深度和廣度上的不斷發(fā)展，作為未來工廠的工業(yè)元宇宙也在多方面實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)空間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。工業(yè)元宇宙的構(gòu)建需要數(shù)字孿生技術(shù)的支持，其正常運(yùn)行需要以數(shù)字孿生技術(shù)作為基礎(chǔ)，依托數(shù)字孿生技術(shù)還原物理世界，工業(yè)元宇宙能夠有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和模型的混合驅(qū)動(dòng)，連接物理資產(chǎn)和數(shù)字世界，全面部署現(xiàn)實(shí)工業(yè)環(huán)境的虛實(shí)交互。13第二節(jié)工業(yè)元宇宙的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)體系工業(yè)元宇宙的體系結(jié)構(gòu)一、工業(yè)元宇宙的體系架構(gòu)工業(yè)元宇宙是復(fù)雜先進(jìn)的新數(shù)字化工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，其體系架構(gòu)自下而上主要包括六個(gè)層次，即基礎(chǔ)層、感知層、通信層、邊緣層、云端層和應(yīng)用層，見圖

11。圖

11

工業(yè)元宇宙的體系架構(gòu)首先，基礎(chǔ)層以物理工業(yè)空間中的人、設(shè)備、組織/管理、數(shù)據(jù)/知識(shí)、材料、資金等工業(yè)六要素作為主要對(duì)象進(jìn)行構(gòu)建，為工業(yè)元宇宙中虛擬資源的封裝與池化提供最底層的實(shí)體支撐?；A(chǔ)層不僅僅是對(duì)這六要素的靜態(tài)描述，更是一個(gè)動(dòng)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)捕獲和處理實(shí)體層面的信息，為工業(yè)元宇宙中虛擬資源的封裝與池化提供堅(jiān)實(shí)而可靠的基礎(chǔ)。通過深度集成和互操作性，基礎(chǔ)層的建設(shè)旨在打破信息孤島，將實(shí)體層的復(fù)雜性轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的清晰結(jié)構(gòu)，為上層層次的虛擬14化和智能化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次，感知層通過人機(jī)交互技術(shù)、設(shè)備連通技術(shù)、虛擬組織技術(shù)、數(shù)據(jù)感知技術(shù)、原料接入技術(shù)和價(jià)值實(shí)現(xiàn)技術(shù)等各類技術(shù)與基礎(chǔ)層的六要素一一對(duì)應(yīng)，對(duì)基礎(chǔ)層的工業(yè)六要素進(jìn)行感知與接入。其中，隨著技術(shù)應(yīng)用的不斷演進(jìn)，感知層的人機(jī)交互技術(shù)不僅僅限于操作，還可結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）及混合現(xiàn)實(shí)（MR）等技術(shù)，使得工業(yè)元宇宙的用戶能夠更直觀、全面地與虛擬環(huán)境和虛擬設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)；設(shè)備聯(lián)通技術(shù)的深入應(yīng)用則可將各類工業(yè)設(shè)備聯(lián)結(jié)成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同生產(chǎn)；虛擬組織技術(shù)可使得工業(yè)元宇宙中的組織與管理抽象化和虛擬化，幫助企業(yè)更加靈活有效地完成組織合作；數(shù)據(jù)感知技術(shù)可及時(shí)捕捉到工業(yè)環(huán)境中各個(gè)方面的數(shù)據(jù)，并通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法為生產(chǎn)決策提供支持，幫助企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)流動(dòng)；原料接入技術(shù)可實(shí)現(xiàn)原材料的流動(dòng)和庫存狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的無縫對(duì)接，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化的供應(yīng)鏈管理；價(jià)值實(shí)現(xiàn)技術(shù)可將工業(yè)元宇宙中的各項(xiàng)資源轉(zhuǎn)化為具體的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)虛擬化資源與實(shí)際市場(chǎng)需求的緊密銜接。再次，通信層完成工業(yè)六要素的接入，依托物聯(lián)網(wǎng)、天地一體網(wǎng)、未來互聯(lián)網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)，將六要素的各類信息進(jìn)行高效化傳輸，融合處理成為工業(yè)元宇宙中的虛擬化對(duì)象，例如，將基礎(chǔ)層的人員抽象為虛擬人、將基礎(chǔ)層的組織/管理抽象為虛擬企業(yè)等。通信層作為連接現(xiàn)實(shí)物理世界與工業(yè)元宇宙的關(guān)鍵紐帶，為工業(yè)六要素之間的信息交流提供更為便捷、靈活和高效的方式。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過在人、設(shè)備、組織等工業(yè)六要素上部署傳感器和智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，為工業(yè)元宇宙的信息匯總提供基礎(chǔ)；天地一體網(wǎng)通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)生產(chǎn)活動(dòng)的協(xié)同推進(jìn)，使得工業(yè)元宇宙中的不同實(shí)體可以跨地域限制進(jìn)行合作；未來互聯(lián)網(wǎng)高速、低延遲的特性進(jìn)一步加強(qiáng)了通信層的能力，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性和靈活性，使得工業(yè)元宇宙中各要素之間的通信更加可靠高效。此外，通信層還可以通過優(yōu)化傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)壓縮算法等技術(shù)手段，確保海量數(shù)據(jù)的快速傳輸，以為工業(yè)元宇宙中的各類應(yīng)用提供充足的信息支持。之后，邊緣層對(duì)虛擬后的六要素信息進(jìn)行處理，該層能夠?yàn)楣I(yè)元宇宙中工業(yè)數(shù)據(jù)的智能化處理與實(shí)時(shí)傳輸提供各類邊緣側(cè)服務(wù)。然而邊緣層的功能不僅僅15局限于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸，更是通過對(duì)智能化的處理和服務(wù)，使得工業(yè)元宇宙能夠在本地實(shí)現(xiàn)更為靈活和智能的運(yùn)作。例如，邊緣層強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，可以在數(shù)據(jù)生成的源頭進(jìn)行本地處理和分析，實(shí)時(shí)檢測(cè)異常狀況并采取及時(shí)的糾正措施，避免事故發(fā)生或提前預(yù)警，提高生產(chǎn)線的可靠性和穩(wěn)定性；此外，邊緣層利用邊緣計(jì)算技術(shù)，將計(jì)算任務(wù)從中心云轉(zhuǎn)移到距離數(shù)據(jù)源更近的地方進(jìn)行處理，這樣的架構(gòu)能夠減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，降低對(duì)云端資源的依賴。進(jìn)一步，云端層作為工業(yè)元宇宙的智慧大腦，發(fā)揮著集中管理、智能分析和資源優(yōu)化的核心作用。云端層對(duì)虛擬化的工業(yè)六要素進(jìn)行封裝和池化，形成人力、設(shè)備、產(chǎn)業(yè)、數(shù)據(jù)、原料、價(jià)值資源池，云端層將所有工業(yè)元宇宙資源抽象為各類服務(wù)提供給用戶，滿足用戶根據(jù)實(shí)際情況按需獲取的需求，以達(dá)到人-機(jī)-環(huán)境三者虛實(shí)融合的有機(jī)統(tǒng)一。它不僅是工業(yè)元宇宙集中管理的平臺(tái)，更是一個(gè)智能化的數(shù)據(jù)聚合和處理中心，支持全系統(tǒng)生命周期的創(chuàng)新型應(yīng)用，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、供應(yīng)鏈管理等，促進(jìn)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的全面發(fā)展。最終，應(yīng)用層面向整個(gè)工業(yè)元宇宙中的用戶實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)生命周期的創(chuàng)新型應(yīng)用，促進(jìn)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。應(yīng)用層主要面向于工業(yè)元宇宙的工業(yè)系統(tǒng)粒度和制造生命周期兩個(gè)部分。其中，在工業(yè)系統(tǒng)粒度方面，產(chǎn)業(yè)鏈層的創(chuàng)新型應(yīng)用關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間的數(shù)字化協(xié)同。通過實(shí)時(shí)的供需鏈數(shù)據(jù)共享和分析，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈中的企業(yè)協(xié)同制造，從而提高整體效率。企業(yè)層的創(chuàng)新型應(yīng)用致力于企業(yè)內(nèi)部的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過整合生產(chǎn)、銷售和管理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)各功能部門的高效協(xié)同。車間層的創(chuàng)新型應(yīng)用關(guān)注生產(chǎn)流程的智能化和柔性化。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)各工站之間的協(xié)同工作。設(shè)備層的創(chuàng)新型應(yīng)用通過設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)和自主決策，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的智能協(xié)同。產(chǎn)品層的創(chuàng)新型應(yīng)用致力于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的個(gè)性化，通過數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具，支持客戶參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)按需定制的生產(chǎn)。在制造全生命周期方面，在協(xié)同化制造模式下，應(yīng)用層通過提供協(xié)同工具，促進(jìn)整個(gè)制造生命周期中的合作和協(xié)同。服務(wù)化制造模式強(qiáng)調(diào)制造過程中的服務(wù)化和可配置性，可提供云服務(wù)平臺(tái)，支持企業(yè)按需選擇和配置生產(chǎn)服務(wù)。定制化制造模式注重產(chǎn)品的個(gè)性化生產(chǎn)，通過提供虛擬設(shè)計(jì)和模擬工具，使客戶能夠參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)按需定制。柔性化制造模式關(guān)注生產(chǎn)過程的靈活性和適應(yīng)性，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，調(diào)整生產(chǎn)流程，適應(yīng)需求16的變化。社會(huì)化制造模式注重對(duì)外部環(huán)境的開放性，通過連接供應(yīng)商、合作伙伴和客戶，實(shí)現(xiàn)更廣泛的信息共享和資源協(xié)作。智能化制造模式是整個(gè)制造生命周期的未來趨勢(shì)，可通過嵌入先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能決策、自動(dòng)優(yōu)化和預(yù)測(cè)性維護(hù)，推動(dòng)整個(gè)制造生命周期的智能化轉(zhuǎn)型。以上六層級(jí)之間環(huán)環(huán)相扣，關(guān)系十分密切，即下一層是實(shí)現(xiàn)上一層的基礎(chǔ)，上一層則是對(duì)下一層功能的擴(kuò)展，共同形成工業(yè)元宇宙的體系架構(gòu)。該體系架構(gòu)具有如下新特色：（1）在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，以

AI

驅(qū)動(dòng)的工業(yè)元宇宙中全要素鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈（三鏈）的智慧融合。（2）是邊緣端與云端協(xié)同形成的新架構(gòu)。（3）是以云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)、新互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、建模仿真等為代表的新通信技術(shù)與新工業(yè)技術(shù)的融合。（4）實(shí)現(xiàn)了全系統(tǒng)虛擬化和服務(wù)化，尤其是感知層、接入層、通訊層的虛擬化和服務(wù)化。（5）實(shí)現(xiàn)了以用戶為中心的虛實(shí)融合六要素的智慧共享服務(wù)。（6）體系架構(gòu)中的各層均具有新時(shí)代下的新內(nèi)涵和新內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)融合、以虛強(qiáng)實(shí)，系統(tǒng)跨域的再創(chuàng)新。二、工業(yè)元宇宙的五維技術(shù)體系值得指出，工業(yè)元宇宙尚處于不斷演進(jìn)與發(fā)展的階段。我們認(rèn)為目前的工業(yè)元宇宙技術(shù)體系是一個(gè)五維的技術(shù)體系群。包括整體架構(gòu)子體系、支撐技術(shù)子體系、安全技術(shù)子體系、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)子體系、工業(yè)軟件子體系，見圖

12。17圖

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工業(yè)元宇宙技術(shù)體系（一）工業(yè)元宇宙技術(shù)體系的整體架構(gòu)子體系工業(yè)元宇宙技術(shù)體系的整體架構(gòu)子體系，是在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，包括工業(yè)元宇宙系統(tǒng)總體技術(shù)、智能產(chǎn)品專業(yè)技術(shù)、智能感知/接入/通信層技術(shù)、智能邊緣處理平臺(tái)技術(shù)、智能云端服務(wù)平臺(tái)技術(shù)、智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、智能生產(chǎn)/裝備技術(shù)、智能經(jīng)營管理技術(shù)、智能仿真與試驗(yàn)技術(shù)、智能售前/售中/售后服務(wù)技術(shù)等，見圖

13。圖

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工業(yè)元宇宙技術(shù)體系的整體架構(gòu)子體系圖1.工業(yè)元宇宙系統(tǒng)總體技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的智能制造新模式、商業(yè)模式、系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)、系統(tǒng)集成方法論、工業(yè)價(jià)值實(shí)現(xiàn)技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)施及水平與能力評(píng)估技術(shù)等。182.智能產(chǎn)品專業(yè)技術(shù)包括面向互聯(lián)化、服務(wù)化、協(xié)同化、個(gè)性化（定制化）、柔性化、社會(huì)化、去中心化的新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的智能數(shù)字化產(chǎn)品專業(yè)技術(shù)。3.智能感知/接入/通信層技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的各類信息感知技術(shù)、意識(shí)交互技術(shù)、視覺輸出技術(shù)、普適物聯(lián)技術(shù)；傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、天地一體化網(wǎng)、未來互聯(lián)網(wǎng)、物理安全防護(hù)技術(shù)等。4.智能邊緣處理平臺(tái)技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的邊緣資源、產(chǎn)品、能力/感知通訊虛擬化/服務(wù)化技術(shù)；服務(wù)化的邊緣人工智能引擎技術(shù)、邊緣智能制造大數(shù)據(jù)引擎/仿真引擎/區(qū)塊鏈引擎；云邊協(xié)同技術(shù)、邊緣制造技術(shù)、邊緣技術(shù)安全防護(hù)技術(shù)等。5.智能云端服務(wù)平臺(tái)技術(shù)虛擬化制造服務(wù)云端環(huán)境的構(gòu)建/管理/運(yùn)行/評(píng)估技術(shù)；智能虛擬化制造云可信服務(wù)技術(shù)；制造知識(shí)/模型/大數(shù)據(jù)管理、分析與挖掘技術(shù)；服務(wù)化的智能制造云端智能引擎/工業(yè)仿真引擎；新一代人工智能引擎技術(shù)、普適自然交互技術(shù)；智能化的信息技術(shù)引擎/工業(yè)場(chǎng)景渲染引擎；去中心化的工業(yè)價(jià)值引擎；平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)、云端技術(shù)安全防護(hù)技術(shù)等。6.智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)包括面向群體智能的設(shè)計(jì)技術(shù)、面向跨媒體推理的設(shè)計(jì)技術(shù)、物理與數(shù)字云端交互協(xié)同技術(shù)、基于云計(jì)算的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)仿真技術(shù)/人機(jī)工程仿真技術(shù)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與知識(shí)指導(dǎo)的設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)、分析和優(yōu)化技術(shù)、云

CAX/DFX技術(shù)、智能虛擬樣機(jī)技術(shù)、云設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等。7.智能生產(chǎn)/裝備技術(shù)包括智能工業(yè)機(jī)器人、智能柔性生產(chǎn)、智能機(jī)床、智能

3D

打印、面向跨媒體推理的智能生產(chǎn)工藝、基于大數(shù)據(jù)的智能云生產(chǎn)技術(shù)、基于群體智能的生產(chǎn)調(diào)度仿真技術(shù)/生產(chǎn)性物流規(guī)劃仿真技術(shù)、云生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等。8.智能經(jīng)營管理技術(shù)包括基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與知識(shí)指導(dǎo)的智能項(xiàng)目管理、企業(yè)管理、質(zhì)量管理、基于NFT的工業(yè)價(jià)值交易技術(shù)；基于大數(shù)據(jù)的智能云供應(yīng)鏈管理、云物流管理、云資19金流管理、云銷售管理技術(shù)、云營銷標(biāo)準(zhǔn)、云管理標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)安全、管理安全防護(hù)技術(shù)、面向過程的工業(yè)要素標(biāo)識(shí)技術(shù)、去中心化體系構(gòu)建技術(shù)等。9.智能仿真與試驗(yàn)技術(shù)包括基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與知識(shí)指導(dǎo)的智能建模與仿真技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、單件/組件/系統(tǒng)的智能試驗(yàn)技術(shù)；基于大數(shù)據(jù)的仿真與試驗(yàn)技術(shù)、智能仿真云技術(shù)、云仿真標(biāo)準(zhǔn)等。10.智能售前/售中/售后服務(wù)技術(shù)包括基于數(shù)字孿生的虛擬運(yùn)維技術(shù)；基于大數(shù)據(jù)的智能售前/售中/售后綜合保障服務(wù)技術(shù)、智能增值服務(wù)技術(shù)、智能云裝備故障診斷和預(yù)測(cè)健康管理技術(shù)、云服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等。（二）工業(yè)元宇宙的支撐技術(shù)子體系工業(yè)元宇宙支撐技術(shù)子體系包括新信息通信技術(shù)群、新工業(yè)仿真/數(shù)字孿生技術(shù)群、新工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)群、新智能科學(xué)技術(shù)群、新工業(yè)技術(shù)群等，見圖

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工業(yè)元宇宙的支撐技術(shù)子體系1.新信息通信技術(shù)群包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)/CPS、服務(wù)計(jì)算、高效能計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理、電子商務(wù)、系統(tǒng)安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、區(qū)塊鏈、NFT等。2.新工業(yè)仿真/數(shù)字孿生技術(shù)群包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的機(jī)理/非機(jī)理建模、智能仿真平臺(tái)/系統(tǒng)，仿真應(yīng)用工程、AR/VR/MR等。3.新工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)群包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

5G/6G、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、天地一體化網(wǎng)絡(luò)、未來網(wǎng)絡(luò)等。4.新智能科學(xué)技術(shù)群包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、人機(jī)融合智能、類腦20智能、群體智能、跨媒體智能、自主無人智能、腦機(jī)接口等。5.新工業(yè)技術(shù)群包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的先進(jìn)工藝、元器件、材料、質(zhì)量、3D打印、智能機(jī)器人、智能機(jī)床及產(chǎn)品設(shè)計(jì)/生產(chǎn)/管理/試驗(yàn)/銷售/保障/服務(wù)等基礎(chǔ)技術(shù)和、連續(xù)/離散/混合工業(yè)應(yīng)用專業(yè)技術(shù)。（三）工業(yè)元宇宙的安全技術(shù)子體系工業(yè)元宇宙的安全技術(shù)子體系是在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，包括物理安全防護(hù)技術(shù)、數(shù)字安全防護(hù)技術(shù)、管理安全防護(hù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)安全防護(hù)技術(shù)、用戶安全防護(hù)技術(shù)等，見圖

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工業(yè)元宇宙技術(shù)體系的安全技術(shù)子體系1.物理安全防護(hù)技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的物理環(huán)境安全、硬件設(shè)備安全、未來網(wǎng)絡(luò)通信鏈路安全、安全電磁兼容環(huán)境等。2.數(shù)字安全防護(hù)技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的網(wǎng)絡(luò)訪問控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)技術(shù)、信息加密技術(shù)、反病毒技術(shù)、入侵防護(hù)技術(shù)、系統(tǒng)安全技術(shù)等。3.用戶安全防護(hù)技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的交互行為分析技術(shù)、行為辨識(shí)技術(shù)、用戶隱私保護(hù)技術(shù)、虛擬人身份認(rèn)證技術(shù)等。4.經(jīng)濟(jì)安全防護(hù)技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的工業(yè)內(nèi)容安全標(biāo)識(shí)解析技術(shù)、工業(yè)價(jià)值安全交易制度、虛擬貨幣安全防護(hù)技術(shù)等。5.管理安全防護(hù)技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的工業(yè)元宇宙安全法則、工業(yè)元宇宙安全制度、工業(yè)元宇宙安全文化等。21（四）工業(yè)元宇宙的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)子體系工業(yè)元宇宙的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)子體系是在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，包括總體標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)等，見圖

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工業(yè)元宇宙技術(shù)體系的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)子體系1.總體標(biāo)準(zhǔn)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的去中心化體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)估與咨詢標(biāo)準(zhǔn)、集成與互操作標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)營與管理標(biāo)準(zhǔn)、虛擬與池化標(biāo)準(zhǔn)等。2.平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的智慧資源/能力感知、物聯(lián)接入、虛擬化、服務(wù)化、協(xié)同化標(biāo)準(zhǔn)；智慧制造環(huán)境構(gòu)建/運(yùn)行/評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)；制造知識(shí)/模型/大數(shù)據(jù)/過程要素管理標(biāo)準(zhǔn)；普適人機(jī)交互標(biāo)準(zhǔn)以及去中心化的工業(yè)價(jià)值實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)等。3.應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的云設(shè)計(jì)/仿真/生產(chǎn)/試驗(yàn)/營銷/服務(wù)/管理標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)等。4.基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的信息分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)、參考模型標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)以及信息/功能安全標(biāo)準(zhǔn)等。（五）工業(yè)元宇宙的工業(yè)軟件子體系工業(yè)元宇宙的工業(yè)軟件子體系是在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，包括系統(tǒng)軟件、平臺(tái)軟件、應(yīng)用軟件等，見圖

17。圖

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工業(yè)元宇宙技術(shù)體系的工業(yè)軟件子體系221.系統(tǒng)軟件技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的智能制造服務(wù)器操作系統(tǒng)技術(shù)、沉浸式桌面操作系統(tǒng)技術(shù)、移動(dòng)終端操作系統(tǒng)技術(shù)和自適應(yīng)嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)、面向新形態(tài)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)技術(shù)、制造業(yè)編程語言技術(shù)等。2.平臺(tái)軟件系統(tǒng)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的智能制造資源/能力感知軟件技術(shù)、物聯(lián)軟件技術(shù)、智能制造資源/能力虛擬化/服務(wù)化軟件技術(shù)；智能虛擬化制造服務(wù)環(huán)境的構(gòu)建/管理/運(yùn)行/評(píng)估軟件技術(shù)；智能虛擬化制造系統(tǒng)可信服務(wù)軟件技術(shù)；制造知識(shí)/模型/大數(shù)據(jù)管理、分析與挖掘軟件技術(shù)；普適人機(jī)交互軟件技術(shù)；異構(gòu)數(shù)據(jù)知識(shí)圖譜構(gòu)建及管理軟件技術(shù)等。3.應(yīng)用軟件技術(shù)包括新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的智能制造產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件技術(shù)、生產(chǎn)軟件技術(shù)、管理軟件技術(shù)、仿真與實(shí)驗(yàn)軟件技術(shù)及服務(wù)軟件技術(shù)、工業(yè)可視化編程軟件技術(shù)等。第三節(jié)

工業(yè)元宇宙助推我國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展一、工業(yè)元宇宙與新型工業(yè)化我國正處于全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家開局起步的關(guān)鍵時(shí)期，即在中國，正開啟“全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家”的高質(zhì)量發(fā)展階段；正貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念；正構(gòu)建“以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)”的新發(fā)展格局。工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本，興國之器，強(qiáng)國之基。在我國新征程上，工業(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，任重道遠(yuǎn)。黨的二十大報(bào)告提出了一個(gè)目標(biāo)：“到

2035

年基本實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化”。這一目標(biāo)強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持將發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國。全國新型工業(yè)化推進(jìn)大會(huì)傳達(dá)了習(xí)近平總書記的重要指示：“新時(shí)代新征程，以中國式現(xiàn)代化全面推進(jìn)強(qiáng)國建設(shè)、民族復(fù)興偉業(yè)，實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化是關(guān)鍵任務(wù)?！碑?dāng)前世界正處于百年未有之大變局加速演進(jìn)期，工業(yè)化的全球格局和技術(shù)內(nèi)涵都在發(fā)生深刻變革，大國博弈日趨復(fù)雜。只有適應(yīng)時(shí)代要求和形勢(shì)變化，加快推進(jìn)新型工業(yè)化建設(shè)，做強(qiáng)做優(yōu)做大實(shí)體經(jīng)濟(jì)，提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性23與能力，才能構(gòu)建新的大國競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，我們可以明確看到，我國工業(yè)戰(zhàn)線的新征程是“推進(jìn)新型工業(yè)化”，旨在促進(jìn)新型工業(yè)化的高質(zhì)量發(fā)展。新型工業(yè)化是指在新的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下，以高新技術(shù)為引領(lǐng)，以提高工業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)、資源環(huán)境友好型和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的具有中國特色的新型工業(yè)化道路。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央從黨和國家事業(yè)全局出發(fā)，對(duì)推進(jìn)新型工業(yè)化道路、全面建成社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國作出了一系列的戰(zhàn)略部署，具有深遠(yuǎn)的歷史意義和重大的現(xiàn)實(shí)意義。其中主要包括推進(jìn)新型工業(yè)化的發(fā)展規(guī)劃、出臺(tái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃、加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)政策支持和國際合作等措施，更具體地剖析如下。（一）我國推進(jìn)新型工業(yè)化的發(fā)展規(guī)劃通過提升制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化／云化和智能化水平，推動(dòng)制造業(yè)向中高端延伸，加強(qiáng)制造業(yè)的創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向新型工業(yè)化轉(zhuǎn)型，培育新興產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，我國提出了六點(diǎn)主要任務(wù)，包括促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)、加快建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系、提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的韌性和安全水平、健全產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新體系、推動(dòng)高端化智能化綠色化發(fā)展以及全面提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。這些舉措將有助于構(gòu)建制造強(qiáng)國和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而推進(jìn)新型工業(yè)化發(fā)展，見圖

18。圖

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我國推進(jìn)新型工業(yè)化的主要任務(wù)（二）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃與工業(yè)元宇宙相互支持。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃24是我國推進(jìn)新型工業(yè)化的重要措施，其目標(biāo)是推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化／云化和智能化，提高制造業(yè)的效率和質(zhì)量，推動(dòng)制造業(yè)向中高端延伸，提高制造業(yè)的創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》規(guī)劃了一系列主要任務(wù)，包括推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)、加強(qiáng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、推動(dòng)人才培養(yǎng)和推動(dòng)國際化發(fā)展。而工業(yè)元宇宙則提供了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)和平臺(tái)基礎(chǔ)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以連接制造業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)和參與主體，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同，而工業(yè)元宇宙則通過虛擬模擬環(huán)境將這些數(shù)據(jù)可視化和可操作化，為制造業(yè)提供更高效、智能和靈活的生產(chǎn)方式。（三）產(chǎn)業(yè)政策支持我國高度重視推進(jìn)新型工業(yè)化，為此出臺(tái)了一系列政策支持，如支持國有企業(yè)、民營企業(yè)、大中小微等各類企業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策、人才政策、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)政策和環(huán)保政策等，為制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化／云化和智能化提供了重要支持，推動(dòng)了制造業(yè)向工業(yè)元宇宙轉(zhuǎn)型。產(chǎn)業(yè)政策支持將推動(dòng)工業(yè)元宇宙的應(yīng)用和發(fā)展。（四）加強(qiáng)國際合作我國在推進(jìn)新型工業(yè)化的過程中，加強(qiáng)國際合作是非常重要的一部分。為此，我國采取了一系列措施，包括加強(qiáng)國際合作機(jī)制建設(shè)、推動(dòng)“走出去”戰(zhàn)略、加強(qiáng)國際標(biāo)準(zhǔn)制定、推動(dòng)國際產(chǎn)能合作、加強(qiáng)人才交流和推動(dòng)貿(mào)易自由化等。這些措施有助于推動(dòng)我國制造業(yè)向國際化方向發(fā)展，提高我國制造業(yè)在國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，工業(yè)元宇宙的實(shí)施需要跨越國界的數(shù)據(jù)共享和合作，因此國際合作具有重要意義。通過加強(qiáng)國際合作機(jī)制的建設(shè)，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)能合作，以及促進(jìn)人才交流和貿(mào)易自由化，可以推動(dòng)工業(yè)元宇宙的國際化應(yīng)用，促進(jìn)工業(yè)元宇宙的國際化發(fā)展。工業(yè)元宇宙是推動(dòng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化的重要抓手，它將數(shù)字化技術(shù)與工業(yè)相結(jié)合，為工業(yè)發(fā)展帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。工業(yè)元宇宙可以為新型工業(yè)化提供一個(gè)數(shù)字化的平臺(tái)，通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化、智能化管理和資源的高效利用。利用數(shù)字孿生技術(shù)，工業(yè)元宇宙可以將實(shí)體生產(chǎn)線排版重構(gòu)到虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)實(shí)體與虛擬場(chǎng)景完美融合，見圖

19。這為企業(yè)提供了一個(gè)真實(shí)還原全過程的平臺(tái)，可以在其中進(jìn)行反復(fù)模擬優(yōu)化，提升各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)效率。同時(shí)，它25也使工程人員能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，有效提高運(yùn)營效率。此外，工業(yè)元宇宙采用模塊化設(shè)計(jì)理念，通過在虛擬中添加模塊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線擴(kuò)展升級(jí)，大幅降低了現(xiàn)實(shí)環(huán)境的試錯(cuò)成本。工業(yè)元宇宙可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能優(yōu)化升級(jí)及資源精準(zhǔn)配置，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)管理。這就為推進(jìn)新型工業(yè)化提供了強(qiáng)大助力，能夠助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而提升國家整體制造業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。圖

19

通用電氣（GE）的數(shù)字化工廠，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全球范圍內(nèi)設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)共享二、工業(yè)元宇宙與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（一）概念區(qū)分與聯(lián)系工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是通過

5G、邊緣計(jì)算等新一代信息通信技術(shù)與新一代人工智能的深度融合，構(gòu)建人、機(jī)、物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)，其以實(shí)體聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)以及服務(wù)聯(lián)網(wǎng)，提供數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能生產(chǎn)、制造、管理支撐。核心是發(fā)展具備感知、分析、決策、控制和管控一體化的信息物理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效、智能、優(yōu)質(zhì)和快速的市場(chǎng)響應(yīng)，推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，見圖

20。26圖

20

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)圖工業(yè)元宇宙是將

XR、AI、IoT、云計(jì)算、數(shù)字孿生等元宇宙相關(guān)技術(shù)與實(shí)體工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用模式和工業(yè)生態(tài)。通過連接虛擬空間與現(xiàn)實(shí)世界，工業(yè)元宇宙構(gòu)建起覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈和全價(jià)值鏈的全新制造和服務(wù)體系，降低成本并提高生產(chǎn)效率，助力工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。從技術(shù)角度來看，工業(yè)元宇宙應(yīng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)版。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)核心在于利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)全流程中的人、機(jī)、物、系統(tǒng)等全面連接，促進(jìn)數(shù)據(jù)要素的充分流動(dòng)和共享。工業(yè)元宇宙在數(shù)據(jù)要素充分連接和共享的基礎(chǔ)上，還包括時(shí)空引擎+實(shí)時(shí)渲染+大規(guī)模建模技術(shù)、自然交互技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊與算力技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)/傳感技術(shù)，以及數(shù)字孿生技術(shù)等構(gòu)成。從內(nèi)涵特征來看，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相比，工業(yè)元宇宙更加注重虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的交互融合，讓數(shù)據(jù)信息更深入地服務(wù)于企業(yè)運(yùn)營、資源調(diào)度、人員協(xié)同等方面。工業(yè)元宇宙不僅延續(xù)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建，還在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了更多的應(yīng)用場(chǎng)景和功能，為企業(yè)提供更全面、更智能的數(shù)字化服務(wù)。總之，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)元宇宙之間存在密切的聯(lián)系，但也有明顯的區(qū)別。27工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建和物理硬件的聯(lián)動(dòng)，而工業(yè)元宇宙則在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化了虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)動(dòng)，為企業(yè)提供更高效、更智能的數(shù)字化服務(wù)。（二）省部級(jí)政策與導(dǎo)向黨的十九大報(bào)告指出，“加快建設(shè)制造強(qiáng)國，加快發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合?！?017年國務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議通過《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，促進(jìn)實(shí)體經(jīng)濟(jì)振興，加快轉(zhuǎn)型升級(jí)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正成為領(lǐng)軍企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的新賽道、全球產(chǎn)業(yè)布局的新方向、制造大國競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)。2018年以來，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”連續(xù)六年被寫入政府工作報(bào)告，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)推動(dòng)制造強(qiáng)國、數(shù)字中國建設(shè)、促進(jìn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的支撐作用愈發(fā)明顯。2017年，在工業(yè)和信息化部的指導(dǎo)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織編寫了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書》提出要基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建立虛實(shí)映射、實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能診斷、協(xié)同優(yōu)化的數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)對(duì)象和工業(yè)流程的全面洞察。《國務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》提出發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從虛擬到實(shí)體、推動(dòng)低成本、模塊化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的部署應(yīng)用，云化研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理和運(yùn)營優(yōu)化軟件。2020年

3月，工信部印發(fā)《中小企業(yè)數(shù)字化賦能專項(xiàng)行動(dòng)方案》指出應(yīng)用人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)，集成建模、仿真等通用操作系統(tǒng)，夯實(shí)數(shù)字化平臺(tái)；同年

12月《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》（工信部信管〔2020〕197號(hào)）提出加快工業(yè)機(jī)理模型、知識(shí)圖譜建設(shè)。支持建設(shè)云仿真、數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)加工、故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）等技術(shù)專業(yè)型平臺(tái)，開展基于數(shù)字孿生、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)的產(chǎn)品模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)分析，打造設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、裝備能效優(yōu)化、產(chǎn)品衍生服務(wù)等模式。2021

年

12

月，《國家發(fā)展改革委等部門關(guān)于推動(dòng)平臺(tái)經(jīng)濟(jì)規(guī)范健康持續(xù)發(fā)展的若干意見》（發(fā)改高技〔2021〕1872號(hào)）鼓勵(lì)平臺(tái)企業(yè)拓展“互聯(lián)網(wǎng)+”消費(fèi)場(chǎng)景，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)等智能產(chǎn)品普及應(yīng)用；《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》（國發(fā)〔2021〕29號(hào)）提出探索發(fā)展跨越物理邊界的“虛擬”產(chǎn)業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)集群，加快產(chǎn)業(yè)資源虛擬化集聚、平臺(tái)化運(yùn)營和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化新生態(tài)。2022年

4月《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)工作組

2022年工28作計(jì)劃》（工廳信管〔2022〕256號(hào)）提出深化“平臺(tái)+數(shù)字孿生”“平臺(tái)+人工智能”“平臺(tái)+區(qū)塊鏈”等新技術(shù)融合發(fā)展；10月發(fā)布《虛擬現(xiàn)實(shí)與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022—2026

年）》（工信部聯(lián)電子〔2022〕148

號(hào)），明確圍繞重點(diǎn)垂直行業(yè)領(lǐng)域，推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合，支持虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維、培訓(xùn)等產(chǎn)品全生命周期重點(diǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用推廣，強(qiáng)化與數(shù)字孿生模型及數(shù)據(jù)的兼容，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)全流程一體化、智能化。2023年

5月《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)工作組

2023年工作計(jì)劃》（工信