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)

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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（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

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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

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，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)用場景、機(jī)遇挑戰(zhàn)、人才及法律法規(guī)等方面的趨勢進(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，敬請諒解。期待與讀者共同探討、共同成長，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)各層級的應(yīng)用.................................................

143一、

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

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

工業(yè)元宇宙在工業(yè)系統(tǒng)-工廠層級中的應(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.................................................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)元宇宙面對的挑戰(zhàn)與應(yīng)對辦法

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

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ξ锢硎澜邕M(jìn)行“模擬”的活動(dòng)?！胺抡妗焙汀澳M”在英文中都對應(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)境模型對工業(yè)對象進(jìn)行研究和使用，從而實(shí)現(xiàn)對難以復(fù)現(xiàn)的工業(yè)現(xiàn)場進(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，并量度氣流對實(shí)體的作用效果。相對運(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)建對象模型并開展運(yùn)行時(shí)分析與評估的系統(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)

通過對物體實(shí)體傳感信號的接生命周期中人/組織、

經(jīng)營管理和技術(shù)，

信息流、

知識流、

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?！比欢覈昂教熘浮卞X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、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

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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，對工業(yè)過程和場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

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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

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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)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，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“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)建對象模型并開展運(yùn)行時(shí)分析與評估的系統(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象相似，對仿真模型開展的研究才足以表征被仿真對象的真實(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)測物理對象的表現(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，對物理實(shí)體的數(shù)字副本進(jìn)行仿真、診斷及預(yù)測以接收來自物理實(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)用場景，如車輛駕駛中人的操作習(xí)慣對整體系統(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

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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，并且將對應(yīng)的工業(yè)知識軟件化，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現(xiàn)實(shí)工業(yè)空間場景（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

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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、材料、資金等工業(yè)六要素作為主要對象進(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)層的六要素一一對應(yīng)，對基礎(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局限于簡單的數(shù)據(jù)傳輸，更是通過對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，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，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，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)、智能邊緣處理平臺技術(shù)、智能云端服務(wù)平臺技術(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/評估技術(shù)；智能虛擬化制造云可信服務(wù)技術(shù)；制造知識/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)場景渲染引擎；去中心化的工業(yè)價(jià)值引擎；平臺標(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)與知識指導(dǎo)的設(shè)計(jì)預(yù)測、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

14。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/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

15。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)、平臺標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)等，見圖

16。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/評估標(biāo)準(zhǔn)；制造知識/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/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)建新的大國競爭優(yōu)勢。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、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)新能力和核心競爭力，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、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)競爭力。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，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)新能力和核心競爭力。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)平臺建設(shè)、加強(qiáng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級、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)和平臺基礎(chǔ)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可以連接制造業(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)在國際市場的競爭力。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，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，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，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，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

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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，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)和快速的市場響應(yīng)，推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，見圖

20。26圖

20

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(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)用場景和功能，為企業(yè)提供更全面、更智能的數(shù)字化服務(wù)?？傊?，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。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正成為領(lǐng)軍企業(yè)競爭的新賽道、全球產(chǎn)業(yè)布局的新方向、制造大國競爭的新焦點(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)平臺白皮書》提出要基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，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)對工業(yè)對象和工業(yè)流程的全面洞察?！秶鴦?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；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）提出加快工業(yè)機(jī)理模型、知識圖譜建設(shè)。支持建設(shè)云仿真、數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)加工、故障預(yù)測與健康管理（PHM）等技術(shù)專業(yè)型平臺，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）鼓勵(lì)平臺企業(yè)拓展“互聯(lián)網(wǎng)+”消費(fèi)場景，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）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）提出深化“平臺+數(shù)字孿生”“平臺+人工智能”“平臺+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），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