近日，美國科技公司巨頭們紛紛公布了2022年第三季度財報。面對“裁員”“市值蒸發(fā)”等消息，科技行業(yè)真的走向下坡路了嗎？本文透過現(xiàn)象看本質(zhì)，重新分析了美國科技公司們利潤下降增長放緩的原因，結(jié)合當(dāng)下環(huán)境對這些現(xiàn)象提出了前瞻性的理解，希望能為你提供有用的參考。

摘要

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，標(biāo)識解析體系是打通物理世界的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，區(qū)塊鏈?zhǔn)菍崿F(xiàn)信用傳遞和數(shù)據(jù)安全共享的關(guān)鍵技術(shù)，而元宇宙是基于互通物理世界，將區(qū)塊鏈、人工智能、VR/AR等技術(shù)進行整合，并對現(xiàn)實世界所涉及的內(nèi)容生產(chǎn)、經(jīng)濟系統(tǒng)、用戶體驗等實施改造。

通過分析當(dāng)前數(shù)字工廠存在的問題、現(xiàn)實世界與虛擬世界的關(guān)系以及當(dāng)前工廠元宇宙的研究現(xiàn)狀，構(gòu)建了基于標(biāo)識解析體系和“星火·鏈網(wǎng)”體系的工廠元宇宙6層體系架構(gòu)，詳細闡述了物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、策略層、應(yīng)用層、交互層的功能和作用。通過對一些特定場景的分析和描述，認(rèn)為工廠元宇宙發(fā)展雖然可能面臨很多挑戰(zhàn)，但是它能夠改變傳統(tǒng)數(shù)字化工廠的生產(chǎn)模式，促進產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。

0 引言

在2021年3月，中國政府發(fā)布了《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》，在加快推進數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和推進產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面，明確提出要培育壯大人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、網(wǎng)絡(luò)安全等新興數(shù)字產(chǎn)業(yè)，提升通信設(shè)備、核心電子元器件、關(guān)鍵軟件等產(chǎn)業(yè)水平，構(gòu)建基于5G的應(yīng)用場景和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。推動數(shù)據(jù)賦能全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同轉(zhuǎn)型，深化研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場服務(wù)等環(huán)節(jié)的數(shù)字化應(yīng)用，培育發(fā)展個性定制、柔性制造等新模式，加快產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化改造。

目前，隨著我國兩大新型基礎(chǔ)設(shè)施體系（即：國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系、國家區(qū)塊鏈“星火·鏈網(wǎng)” 體系）的建立、應(yīng)用和推廣，促進了工業(yè)數(shù)字化及智能化的發(fā)展，解決了工業(yè)企業(yè)之間的“數(shù)據(jù)孤島”問題，保障了工業(yè)數(shù)據(jù)的安全性和可信性。

但是由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，大型工廠規(guī)模不斷擴大，存在著智能監(jiān)控裝置部署分散、日常巡檢與管控壓力大、人員成本高、生產(chǎn)協(xié)同困難、產(chǎn)品定制化困難、系統(tǒng)維護自動化程度低和上崗工人培訓(xùn)耗時費力且成效不夠顯著等一系列問題，根據(jù)相關(guān)研究報告，元宇宙技術(shù)能夠達到遠程操控作業(yè)、虛擬運維、模擬運行、實境培訓(xùn)等需求，為解決當(dāng)前存在的問題提供了方向。

為帶動生產(chǎn)力提升、改進工廠生產(chǎn)模式、人員協(xié)同模式，促成企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和以人為本的轉(zhuǎn)型，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)，進而促進價值分配與經(jīng)濟模式轉(zhuǎn)變，保障人員生產(chǎn)安全和設(shè)備運行安全，打造工廠元宇宙成為了數(shù)字化工廠進一步升級轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

元宇宙作為集成了擴展現(xiàn)實（XR）、人工智能、區(qū)塊鏈和5G等多種技術(shù)的融合成果，大型工廠作為具有相對固定場景且數(shù)字化程度較高的物理環(huán)境，使得工廠完全具備構(gòu)建元宇宙條件與優(yōu)勢。

因此，本文基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析與星火·鏈網(wǎng)體系，對元宇宙賦能未來工廠展開研究，提出基于元宇宙概念的打造工廠元宇宙的技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)用與挑戰(zhàn)，對減少人力成本、時間成本和避免資源浪費有著正向促進作用，對實現(xiàn)產(chǎn)品個性化定制、產(chǎn)品全生命周期管理、資產(chǎn)價值鏈傳遞和高效運維等具有重要意義，同時，對實現(xiàn)“十四五”規(guī)劃將起到推動性作用。

1 元宇宙概述

2021年被稱為“元宇宙元年”，相關(guān)報告習(xí)慣將超出現(xiàn)實世界物理限制的虛擬世界稱為“元宇宙”。

隨著“元宇宙”投資市場颶風(fēng)的掀起，多方資本介入，相關(guān)概念股持續(xù)大漲，Roblox股價暴漲，估值超600億美元，INVIDIA推出元宇宙平臺Omniverse，2021年8月，字節(jié)跳動公司為提前布局元宇宙，共斥資90億元收購Pico，2021年10月，一直致力于數(shù)字孿生平臺研究的供應(yīng)商——DataMesh公司，為打造工業(yè)“元宇宙”，實現(xiàn)了接近1億元的資本融合。

在資本驅(qū)動和巨頭的疊加效應(yīng)下，作為新興概念的元宇宙被完全引爆，成為 2021 年貫穿工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化、娛樂、區(qū)塊鏈等多個行業(yè)的爆點。

隨著虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生、5G通信技術(shù)、區(qū)塊鏈、AI、低時延遠程控制等技術(shù)的發(fā)展，元宇宙的定義不斷具象化，如Wright[1]等（2008）認(rèn)為元宇宙不僅僅是簡單的電腦或游戲程序，而是一個能同時支持大量人員進行社交互動的大型3D虛擬網(wǎng)絡(luò)世界。

Rehm[2]等將元宇宙定義為技術(shù)發(fā)展趨勢與社會和商業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之間的中介，他們相信通過虛擬分身和沉浸式的輔助技術(shù)可以實現(xiàn)這種連接。清華大學(xué)沈陽教授認(rèn)為元宇宙是通過整合人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)而形成的一個理念或概念，并不是一種單純的技術(shù)。

隨著工業(yè)數(shù)字化的發(fā)展，將元宇宙概念引入至工業(yè)場景成為了可能，據(jù)相關(guān)分析報告定義，以“工業(yè)元宇宙”為標(biāo)志的未來工廠發(fā)展的三個階段，第一階段：黑燈工廠與無人化車間，第二階段：以數(shù)字孿生、CPS信息物理系統(tǒng)和全連接工廠為標(biāo)志的未來工廠，第三階段：以“工業(yè)元宇宙”為標(biāo)志的未來工廠，如今第一階段和第二階段均已實現(xiàn)，正在向第三階段邁進。

比如：擁有1.8萬平方的小米黑燈工廠，車間沒有工人，卻能每秒生產(chǎn)一部小米手機。綜上所述，元宇宙是未來工廠的發(fā)展方向，通過利用擴展現(xiàn)實、數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈等多種前沿技術(shù)，使用戶以數(shù)字替身的方式進行生產(chǎn)、創(chuàng)作和經(jīng)濟交易，通過這種方式保持著對現(xiàn)實世界全面的感知與控制，但又與現(xiàn)實世界平行。

2 研究現(xiàn)狀分析

2.1 元宇宙相關(guān)政策動向

隨著元宇宙相關(guān)概念的提出及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，各個國家和組織對元宇宙表現(xiàn)出不同的態(tài)度。

美國是首先對元宇宙進行探索的國家，其主要關(guān)注元宇宙在開放性條件下如何保障相關(guān)數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。

韓國為打造本土的虛擬現(xiàn)實平臺，成立了“元宇宙”聯(lián)盟，聯(lián)盟內(nèi)成員主要包括SK公司、LG公司、現(xiàn)代汽車等公司。歐盟注重元宇宙的規(guī)則、監(jiān)管和安全問題，為充分保障用戶權(quán)益和網(wǎng)絡(luò)安全，先后出臺了《人工智能法案》、《數(shù)字服務(wù)法案》等法律法規(guī)。

我國一直致力于推進產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級和工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟的快速發(fā)展，出臺了多項推動元宇宙發(fā)展的政策（如表1所示）。

2018年12月，國家工信部在《關(guān)于加快推進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》一文明確指出：到2025年，需要將我國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)整體提實力進入全球前列，2021年3月，國家工信部提出“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動計劃（2021-2023年），形成增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實等典型行業(yè)千兆應(yīng)用示范，2022年“兩會”提案成立國家級“元宇宙”研發(fā)機構(gòu)，屆時工信部明確提出了在我國培育進軍元宇宙的創(chuàng)新型企業(yè)的建議。

表1 各單位/地區(qū)推動元宇宙發(fā)展的政策Table 1 Policies of each unit/region to promote the development of the metaverse

2.2 元宇宙行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2007年Metaverse Roadmap團隊就確定了元宇宙世界的四個主要場景：增強現(xiàn)實、生命日志、虛擬世界和鏡像世界[9]。

在2014年Facebook收購Oculus VR，率先進行元宇宙產(chǎn)業(yè)布局，于2021年10月公司更名為“Meta”，宣布正式向元宇宙進軍[10]。

騰訊公司在元宇宙系統(tǒng)布局上開展了多項投資，如：與Roblox合作成立公司，投資Epic Games，Avakin life等游戲。另外，騰訊還推出智慧信息底層平臺Citybase，正式進軍城市信息模型領(lǐng)域[11]。

除此之外，字節(jié)跳動對元宇宙也采取了積極的應(yīng)對態(tài)度，分別向“中國版Roblox”投資1億元和以90億元的價格收購VR Pico，進入VR賽道。除這些互聯(lián)網(wǎng)巨頭外，谷歌、蘋果、百度、阿里巴巴等公司也都在積極籌劃元宇宙相關(guān)業(yè)務(wù)。

2.3工廠元宇宙研究現(xiàn)狀

2022年1月7日消息，韓國現(xiàn)代汽車宣布與3D內(nèi)容平臺Unity開展合作旨在打造元宇宙數(shù)字虛擬工廠[12]。寶馬構(gòu)思并設(shè)計的最新工廠可實現(xiàn)1分鐘下線1輛車，所生產(chǎn)的每輛車均可實現(xiàn)定制化，整個生產(chǎn)的流程均在Omniverse元宇宙環(huán)境下進行模擬。

我國在工廠元宇宙的研究仍處于起步階段，根據(jù)《中國元宇宙商標(biāo)申請企業(yè)畫像報告（2021年）》[13]，于2021年底，我國相關(guān)企業(yè)申請的元宇宙商標(biāo)共計1.14萬個，包含小鵬汽車、比亞迪汽車、國聯(lián)云等在內(nèi)的企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)開始推進元宇宙數(shù)字化工廠的平臺建設(shè)，期望通過模擬工廠生產(chǎn)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝和流程，實現(xiàn)降本增效和綠色低碳的發(fā)展。

3 技術(shù)架構(gòu)

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計

當(dāng)前元宇宙處于探索階段，針對不同場景下元宇宙應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界并未形成統(tǒng)一的定義。

Jon Radoff[14]基于出口市場價值鏈的產(chǎn)業(yè)分工提出了7層元宇宙架構(gòu)，以滿足產(chǎn)業(yè)需求，該架構(gòu)從底層到頂層分別為：基礎(chǔ)設(shè)施、人機交互、去中心化、空間計算、創(chuàng)造者經(jīng)濟、發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)、用戶體驗。華子荀等[15]基于教育元宇宙的教學(xué)場域提出了的4層元宇宙架構(gòu)，包含物理層、軟件層、應(yīng)用層、分析層，以滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學(xué)需求。

李默[16]基于智慧圖書館服務(wù)模式提出了圖書館元宇宙體系6層架構(gòu)，包含物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、規(guī)則層、應(yīng)用層和交互層，為元宇宙在智慧圖書館的應(yīng)用研究提供了參考。

元宇宙通過實現(xiàn)全真互聯(lián)網(wǎng)，賦能現(xiàn)實工廠的工藝設(shè)計、排產(chǎn)計劃、生產(chǎn)流程、員工交流、個性化定制、設(shè)備和系統(tǒng)維護等環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)改變工廠生產(chǎn)模式和員工工作、生活、交流方式的目的。

在工廠數(shù)字原生世界中，通過我國構(gòu)建的標(biāo)識解析和“星火·鏈網(wǎng)”兩大基礎(chǔ)設(shè)施體系，實現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)內(nèi)外各平臺數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)的可信傳遞。但由于打造工廠元宇宙需要對現(xiàn)實世界進行映射，映射過程中需要對現(xiàn)實世界物理身份進行綁定，同時元宇宙需要依靠區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)信用價值安全傳遞。

因此，本文結(jié)合元宇宙的相關(guān)技術(shù)、基本特點、核心要素和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析平臺、星火·鏈網(wǎng)平臺、工廠數(shù)字化平臺，構(gòu)建工廠元宇宙模型，設(shè)計工廠元宇宙體系架構(gòu)，該架構(gòu)共6層，分別為物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、策略層、應(yīng)用層、交互層，如圖1所示。

圖1 工廠元宇宙6層架構(gòu)Figure 1. 6-layer architecture of factory Metaverse

3.2 分層介紹

（1）物理層

物理層是構(gòu)建整個工廠元宇宙體系的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行лd體，該層主要包含賦有標(biāo)識編碼的感知設(shè)備、工控設(shè)備、生產(chǎn)線、智能化加工及檢測單元、智能化物流單元等數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。

感知設(shè)備主要是利用智能移動終端、傳感器模塊、視覺感知攝像頭、高精度GPS、RFID等設(shè)備，感知、識別工廠內(nèi)部的設(shè)備（如：生產(chǎn)、加工、物流、控制設(shè)備等）和工廠環(huán)境（如：溫濕度、光照強度等），以及獲取建設(shè)工廠元宇宙的基本數(shù)據(jù)（如：用戶的數(shù)據(jù)信息可以通過移動終端和GPS進行獲取），最終利用自動標(biāo)識掃碼器、RFID 實現(xiàn)對工廠物料、產(chǎn)品、設(shè)備的使用數(shù)據(jù)進行實時上傳。

物理層和軟件層中間的傳輸通道是整個物理層最關(guān)鍵的部分，通過利用5G/6G網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)、AioT網(wǎng)絡(luò)、邊緣計算網(wǎng)絡(luò)、TSN網(wǎng)絡(luò)形成的通信管道，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實時傳輸。通過AioT、TSN等網(wǎng)絡(luò)將多維度的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)在云端和邊緣端進行保存，并將數(shù)據(jù)上傳至軟件層進行使用。

（2）軟件層

軟件層是整個架構(gòu)的關(guān)鍵層，該層主要包含兩大軟件，即：工業(yè)系統(tǒng)性軟件和工業(yè)應(yīng)用性軟件。軟件層主要是負責(zé)加工、分析和處理經(jīng)物理層上傳的數(shù)據(jù)，同時為數(shù)據(jù)層提供應(yīng)用數(shù)據(jù)源支撐，該層在工廠元宇宙中起到了核心驅(qū)動器的作用。

工業(yè)系統(tǒng)軟件用途主要是控制、協(xié)調(diào)工廠內(nèi)部接入的硬件設(shè)備，支撐應(yīng)用軟件的設(shè)計、研發(fā)、部署和運行，該部分主要包括元宇宙系統(tǒng)軟件、云計算系統(tǒng)、人工智能控制軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、Windows/Linux/Android/IOS操作系統(tǒng)等多種系統(tǒng)。

應(yīng)用軟件則是指一些定制化軟件，這些軟件可以實現(xiàn)工廠元宇宙定制化功能，通過應(yīng)用軟件與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系結(jié)合，打通與物理層、現(xiàn)實應(yīng)用場景之間的關(guān)系，構(gòu)建一個基礎(chǔ)性的EOP平臺，為整個數(shù)字工廠的3D構(gòu)建軟件、實時通信軟件、腦機交互軟件等提供公共型服務(wù)。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要由數(shù)據(jù)中心、數(shù)字資產(chǎn)中心和數(shù)字孿生三個部分組成。

數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)對工廠元宇宙產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)（用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、行為和操作數(shù)據(jù)等）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)（標(biāo)識編碼數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)（設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)）、能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物料信息數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、模擬仿真數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)、設(shè)備故障與維護數(shù)據(jù)等）等海量原始數(shù)據(jù)的匯聚與存儲，為數(shù)據(jù)的更上層的應(yīng)用提供原始數(shù)據(jù)分析和參考。

數(shù)字資產(chǎn)中心是一個底層基礎(chǔ)平臺，基于該平臺可實現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)交易，平臺采用分布式去中心化的區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)資產(chǎn)的可信性、安全性和數(shù)字化，同時，通過采用虛擬電子形式對非貨幣性資產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)籌管理。

數(shù)字孿生是對工廠的內(nèi)外部環(huán)境、實時數(shù)據(jù)和歷史狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)，通過構(gòu)建與現(xiàn)實數(shù)字化工廠一一對應(yīng)的數(shù)字孿生體，可實現(xiàn)智能工廠的精細化管理，為員工、用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（4）策略層

策略層主要是為數(shù)據(jù)應(yīng)用建立規(guī)范化的策略，構(gòu)建監(jiān)管體系，維護數(shù)字化工業(yè)生產(chǎn)秩序。策略層主要包括數(shù)字治理、工藝流程、組織監(jiān)管、生產(chǎn)流程、智能化排班排產(chǎn)、行為活動、推理計算、強化學(xué)習(xí)等。

其中，數(shù)字治理就是依托數(shù)據(jù)要素作為驅(qū)動力，構(gòu)建開放、創(chuàng)新、協(xié)同的治理體系；工藝流程是以工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)為依托，構(gòu)建產(chǎn)品工藝模型，實現(xiàn)工藝流程的管控；組織監(jiān)管主要是為保障制度的實施；生產(chǎn)流程主要是基于生產(chǎn)要素，利用推理計算策略和強化學(xué)習(xí)方法構(gòu)建生產(chǎn)過程模型，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的虛擬透明化。

此外，策略層還需要通過生產(chǎn)流程和工廠制度實現(xiàn)智能化排班排產(chǎn)、約束生產(chǎn)者的行為活動，保障生產(chǎn)的有序執(zhí)行。

（5）應(yīng)用層

應(yīng)用層位于策略層之上，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及運算技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等作為支撐，并與工廠元宇宙融合，共同為工廠內(nèi)外的不同類型用戶提供應(yīng)用。

工廠元宇宙利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為工廠內(nèi)萬物連接及虛實共生提供技術(shù)保障，利用網(wǎng)絡(luò)及運算技術(shù)將應(yīng)用層上各系統(tǒng)的運算結(jié)果傳輸至用戶端，比如面向用戶的虛擬咨詢、虛擬辦公、社交服務(wù)、虛擬培訓(xùn)、資源調(diào)度等；采用人工智能技術(shù)為用戶提供智能生產(chǎn)、班次交接、互動交流等功能應(yīng)用；采用區(qū)塊鏈技術(shù)，依托星火·鏈網(wǎng)平臺研發(fā)虛擬數(shù)字貨幣及對應(yīng)的數(shù)字化交易軟件，搭建虛擬經(jīng)濟體系和DID用戶身份認(rèn)證體系，實現(xiàn)用戶虛擬資產(chǎn)價值的安全傳遞和安全交易。

（6）交互層

交互層為用戶提供工廠元宇宙入口，用戶可通過AR/VR、移動終端、PC、腦機接口、可穿戴設(shè)備等獲得在工廠元宇宙中的全感官沉浸式體驗。

通過人機交互設(shè)備打通一條可使用戶抵達工廠元宇宙的隧道，采用觸覺、視覺、語音、動作、意圖等多種感知技術(shù)，實現(xiàn)工廠元宇宙與用戶多感官的信息交互，遠程指導(dǎo)工廠自動化生產(chǎn)、設(shè)備自動化檢查和維護。

4 應(yīng)用場景

4.1 場景1：虛擬生產(chǎn)

工廠員工利用可穿戴虛擬現(xiàn)實設(shè)備（如：VR/AR、腦機接口、肢體感知設(shè)備等）進入工廠元宇宙，在工廠元宇宙中會自動生成一個鏡像數(shù)字替身（數(shù)字替身通過星火·鏈網(wǎng)平臺進行DID身份注冊并與現(xiàn)實世界中的用戶ID進行唯一性綁定），數(shù)字替身進入基于現(xiàn)實工廠的元宇宙數(shù)字孿生工廠。

生產(chǎn)開始前，數(shù)字替身首先在元宇宙中查看訂單狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)品狀態(tài)，通過人工智能算法找到最優(yōu)的生產(chǎn)方案后下達生產(chǎn)計劃。

生產(chǎn)過程中，數(shù)字替身可以在元宇宙中遠程監(jiān)控并實時調(diào)整車間的生產(chǎn)狀態(tài)，現(xiàn)實工廠和工廠元宇宙同步運行，依照數(shù)字替身在元宇宙中下達的指令自主完成物料配送、生產(chǎn)節(jié)拍、質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)采集等協(xié)同生產(chǎn)過程。生產(chǎn)完成后，數(shù)字替身在元宇宙中通過操控智能物流系統(tǒng)和智能倉儲系統(tǒng)，自動根據(jù)訂單狀態(tài)并完成產(chǎn)品無人分揀、智能搬運和智能倉儲等流程。

4.2 場景2：工作交接

員工的本班次結(jié)束后，元宇宙智能云計算系統(tǒng)立即統(tǒng)計出生產(chǎn)工人的工作量和當(dāng)前生產(chǎn)進度，并將數(shù)據(jù)自動上傳至工廠管理云平臺，云平臺自動分析該員工的產(chǎn)量、效率、能耗、工時等數(shù)據(jù)，公司生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng)依據(jù)這些生產(chǎn)信息進行生產(chǎn)計劃安排和調(diào)整。

同時，換班員工通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備進入元宇宙，交接班員工的數(shù)字替身通過查看生產(chǎn)計劃表、語音交流，確定已完成和待完成工作內(nèi)容，在元宇宙內(nèi)完成生產(chǎn)權(quán)限、生產(chǎn)進度和設(shè)備狀態(tài)的交接。交接工作完成后，上一班次員工下線，換班員工的數(shù)字替身向管理人員確認(rèn)生產(chǎn)計劃后按計劃在元宇宙中進行生產(chǎn)，同時，現(xiàn)實工廠同步推進生產(chǎn)工作。

4.3 場景3：故障維護

當(dāng)工廠設(shè)備運行發(fā)生故障時，維護人員穿戴虛擬現(xiàn)實設(shè)備進入工廠元宇宙，通過元宇宙中的數(shù)字孿生工廠結(jié)合原生設(shè)備的三維模型，定位設(shè)備故障點，并根據(jù)現(xiàn)場傳感器返回的數(shù)據(jù)確定故障原因。依托元宇宙強大的云計算能力，基于人工智能算法預(yù)測設(shè)備故障原因，確定維修預(yù)案，維護人員的數(shù)字替身直接在元宇宙中進行設(shè)備維護。

同時，維護人員可以邀請設(shè)備供應(yīng)商的專家進入工廠元宇宙進行設(shè)備維護，遠程專家通過工廠元宇宙查看工廠的故障報警情況并了解故障基本信息，然后對故障和缺陷進行虛擬化檢測，并在元宇宙世界中給予維修指導(dǎo)意見，現(xiàn)場維修人員或維修機器人收到維修指令后立即進行維修操作，快速恢復(fù)生產(chǎn)制造。

5 面臨的挑戰(zhàn)

工廠元宇宙是智能工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的終極目標(biāo)，它通過VR/AR技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)流程的全貫穿，突破空間限制，實現(xiàn)沉浸式生產(chǎn)體驗。用戶利用穿戴設(shè)備進入虛擬化生產(chǎn)場景，查看現(xiàn)實工業(yè)企業(yè)映射和生產(chǎn)過程，設(shè)計定制化產(chǎn)品，提前感受產(chǎn)品形態(tài)和功能，還能進行遠程虛擬化辦公和設(shè)備運維，但由于工廠元宇宙面向的對象復(fù)雜多樣、信息量巨大、實時性要求極為苛刻、技術(shù)集成度非常高且存在較大的安全風(fēng)險，因此在實現(xiàn)工廠元宇宙可能面臨巨大挑戰(zhàn)，主要如下：

（1）技術(shù)壁壘突破難

在構(gòu)建工廠元宇宙過程中，技術(shù)壁壘將是工廠元宇宙發(fā)展道路上的最大阻礙，主要存在以下幾個方面：

1. 底層技術(shù)難以滿足應(yīng)用需求。目前，市面上比較成熟的AR/VR、區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)等底層技術(shù)無法滿足工廠元宇宙落地應(yīng)用需求；
2. 系統(tǒng)/平臺算力要求極高。由于現(xiàn)實工廠中的設(shè)備數(shù)量眾多，每秒將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，同時，現(xiàn)實工廠需要與元宇宙中的數(shù)字孿生工廠進行實時聯(lián)動，且需要實現(xiàn)可編輯世界、多人在線、UGC、虛擬社交、經(jīng)濟系統(tǒng)等多要素的融合，對網(wǎng)絡(luò)、邊緣設(shè)備、服務(wù)器等設(shè)備/系統(tǒng)的并發(fā)量、吞吐量和計算能力要求極高，

雖然云計算、5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，但還是難以支撐海量數(shù)據(jù)的實時計算。因此，技術(shù)壁壘是元宇宙難以落地實施的關(guān)鍵性因素之一。

（2）安全隱私保護難

構(gòu)建工廠元宇宙的出發(fā)點是為促進工廠生產(chǎn)效率，給員工帶來沉浸式交互體驗，但是在實現(xiàn)元宇宙的過程中，不僅需要對進入元宇宙的用戶進行身份屬性、社會屬性、人際關(guān)系、實時位置、生物特征、腦電波模式等個人信息采集，還將對工廠內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)信息、控制指令、監(jiān)測接口等工廠內(nèi)部信息進行采集，同時還會對周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)進行全面采集。

通過對以上信息的深度挖掘、分析、處理、存儲和實時同步，以滿足工廠元宇宙對數(shù)據(jù)資源的基本要求，如果這些個人數(shù)據(jù)或環(huán)境數(shù)據(jù)出現(xiàn)泄露或者被不法分子濫用，將會嚴(yán)重影響現(xiàn)實世界中用戶的正常生活，也會對現(xiàn)實工廠的生產(chǎn)造成影響，導(dǎo)致直接經(jīng)濟損失。因此，安全隱私保護將成為元宇宙難落地實施的關(guān)鍵因素之一。

（3）標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)推動難

目前，元宇宙這一新興概念在各界尚未進行標(biāo)準(zhǔn)化定義，國家/行業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)缺乏可信的依據(jù)。同時，由于構(gòu)建工廠元宇宙的前提是需要打通與其他不同元宇宙生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系，從而實現(xiàn)元宇宙生態(tài)系統(tǒng)的廣泛連接，為滿足上述要求，國家及各行業(yè)需要制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則和協(xié)議，引導(dǎo)企業(yè)之間進行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的合作，建立一套屬于元宇宙的標(biāo)準(zhǔn)體系。

但是由于構(gòu)建元宇宙體系將涉及多個領(lǐng)域、多種行業(yè)、多個企業(yè)且不同行業(yè)、領(lǐng)域、企業(yè)均存在不同層面的監(jiān)管機構(gòu)，這些監(jiān)管機構(gòu)可能會造成信息割據(jù)、資源壟斷、經(jīng)濟風(fēng)險和信息安全風(fēng)險等多種問題。因此，在推動建設(shè)統(tǒng)一化的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)方面可能存在阻礙，這個問題也就成為了元宇宙難落地實施的關(guān)鍵因素之一。

6 結(jié)語

目前，工廠元宇宙處于發(fā)展初期，在技術(shù)、安全隱私保護和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)推動層面的思考尚未成熟。本文以提高工廠生產(chǎn)力、改進工廠生產(chǎn)模式、促成企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和以人為本的轉(zhuǎn)型為出發(fā)點，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系與星火·鏈網(wǎng)體系，提出了工廠元宇宙的技術(shù)架構(gòu)，并對該架構(gòu)進行了詳細闡述。同時，通過構(gòu)建不同的應(yīng)用場景，驗證了工廠元宇宙實現(xiàn)的可能性。

隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展和人類思維方式的變化，元宇宙將以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)形式融入我們的生活的方方面面。通過打造工廠元宇宙能夠?qū)崿F(xiàn)工廠生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，促進生產(chǎn)力提升，而要實現(xiàn)這一目標(biāo)還需要對工廠元宇宙的技術(shù)、服務(wù)、安全性防護和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等方面進行研究和探索

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