由西門子贊助，麻省理工科技評論洞察發表的報告《新興的工業元宇宙》 分析了工業元宇宙的出現和應用、未來的挑戰和機遇，及其將對企業和日常生活產生的影響。

執行摘要

工業元宇宙——一個映射和模擬真實世界機器、工廠、城市、交通網絡和其他高度復雜系統的元宇宙領域——旨在為參與者提供對真實世界的完全沉浸式、實時、交互式、持久性和同步性的映射和模擬。

現有以及正在發展中的技術，包括數字孿生、人工智能和機器學習、擴展現實、***、云和邊緣計算，將成為工業元宇宙的基石。這些技術的融合將創造一個連接現實世界和數字世界的強大接口，實現協同效應。

工業元宇宙將徹底改變工作方式，并為企業和社會創造重要的新價值。在工業元宇宙中，企業可以在為項目投入物理和人力資源之前，在基于現實世界的沉浸式環境中，創建模型和原型，開展實時測試，實現數十次、數百次甚至數百萬次的迭代。工業元宇宙工具將開創一個以數字化方式解決現實世界問題的新時代。

消費者元宇宙的實際應用仍在發展中，而工業元宇宙的應用由目的驅動，能夠針對性解決現實世界的問題，滿足業務需求。工業元宇宙解決方案賦能企業優化資源效率，提高企業競爭力的同時，助力企業不斷實現可持續性、韌性、去碳化和非物質化等關乎人類繁榮發展的重要目標。

本報告探討了創建工業元宇宙需要什么，它對企業和社會的潛在影響，未來面臨的挑戰，以及其將塑造未來的創新應用。本報告形成了以下關鍵洞察：

就像科幻小說里描述的那樣，元宇宙旨在模糊物理和數字空間之間的界限，打造一個數字世界，為人們會面，買賣商品和參加活動提供高度沉浸式、高度個性化的環境。在某些方面，這個元宇宙已經存在了。例如，電子游戲《堡壘之夜》為青少年玩家們創造了一個自由探索的虛擬世界。

可以說，這些沉浸式互動空間的大潛力在于工業元宇宙。通過將高保真模擬、擴展現實、人工智能、機器學習、物聯網、***、云和5G/6G等現有技術與仍處于**過程中的技術相結合，工業元宇宙將創建一個與現實世界完全實時同步的沉浸式虛擬世界。

分析師們對這一新興市場的范疇有不同的定義，但他們都預測，元宇宙關鍵組成部分——數字孿生技術的相關投資將迅速增長。Allied Market Research 的調查數據顯示，2021年，全球數字孿生市場的規模約為65億美元，并將于2030年達到1257億美元。Gartner發布了類似的預測，稱2031年，數字孿生的市場規模預計將增長至1830億美元，并指出，2020年至2021年期間，對數字孿生初創公司的風險投資增長了20%。在許多方面，工業元宇宙都預示著長達數十年的工業數字化之旅，即工業4.0——第四次工業革命的發展趨勢。

工業4.0致力于通過將基于物理的、由數據驅動的自主系統與生產設施全面集成并嵌入關鍵流程中，提高生產速度和靈活性。‘

工業元宇宙的應用：案例

工業元宇宙將極大地改變當今競爭激烈的市場。通過在數字世界中映射和模擬真實世界的機器、工廠、城市和其他復雜系統，工業元宇宙將賦能汽車、醫療等行業以數字化方式解決極其復雜的現實世界問題。

在這一數字化新階段將出現能夠預測設備故障的虛擬傳感器、改善物流效率的自動駕駛卡車、提高生產力的協作機器人以及精細的供應鏈優化升級。其影響力將遠遠超出產品**和機械維護，賦能所有利益相關者超越地理限制開展合作，為產品設計和制造提供新的洞見。

工業元宇宙的一系列應用領域正在不斷涌現，令人印象深刻。從制造業和運輸業，到公用事業和城市發展，其帶來的許多新功能將為各行各業創造價值。 以下是元宇宙在不同行業的部分用例：

優化設計和工程建設：來自不同部門、不同地點甚至不同行業的團隊成員將能夠在協作環境中與客戶互動、設計新產品并獲得實時反饋，免去耗時、昂貴和資源密集型旅行的需要，也無需**多個物理原型。此外，工業元宇宙創造了一個公平的工作環境。這意味著，分布式的跨學科團隊能夠平等地為項目做出貢獻，每個人都能成為創新者，無需承擔現實世界的風險和成本。

更廣泛的測試和驗證：在高保真、多物理模擬環境中，各行業可以在測試大量不同場景的同時，通過機器學習和合成數據訓練賦能自主系統，從而縮短新產品的**周期，改善新設施的設計效率，或在產品設計中盡早融入循環經濟理 念。

虛擬調試：使用制造系統的虛擬模型有助建立韌性，在早期階段即可檢測和糾正設計和軟件的錯誤，無需擔心中斷生產線或浪費物理資源。

強化運營能力：通過模擬工廠或其他工作場所，團隊成員可以在數字世界中收集數據。這些信息可以用于為各類人工智能用例提供支持，如虛擬工廠規劃、自主機器人、預測性維護和大數據分析。此外，沉浸式實時模擬將為一線員工提供支持，提高他們在現實世界中的運營效率。

提供培訓機會，留住人才：在當今勞動力市場緊張的情況下，組織無法承擔因無法提供培訓和職業發展機會而失去人才的損失。元宇宙提供了技能提升和培訓的獨特機會，因為元宇宙可以超越地理位置的限制為員工提供遠程訪問專家技能和虛擬培訓模塊的機會。未來，這些技術將可能有助于緩解老齡化社會中勞動力短缺的問題。

工業元宇宙中，從整體制造工廠和交通網絡，到不斷發展的城市和高度復雜的人類系統，下一代數字孿生技術將運用到萬事萬物中。通過連接物理世界和數字世界，工業元宇宙不 僅將改變組織的運作方式和員工的工作方式，還將通過推動可持續發展和改善人類生活，為社會帶來重大利益。

工業元宇宙構建模塊：數字孿生

工業元宇宙的核心將是數字孿生——一個準確反映真實世界物體的虛擬模型。數字孿生整合了一個物理物體全生命周期的所有數據。實際上，數字孿生可以**地模擬物體的各個方面，模擬之準確和細致達到了無異于真實物體的程度。

盡管工業元宇宙的基礎仍在建立過程中，但數字孿生已經在改變我們的工作方式。例如，西門子利用數字孿生技術在中國南京規劃和模擬了一座7.3萬平方米工廠的建設過程。通過整合工廠、生產線和性能數據以及建筑信息，西門子能在實際投建前測試和驗證工廠的性能和效率。數字孿生還被用于優化工廠生產效率：新工廠的生產效率比傳統工廠高出20%，生產靈活性高出30%，空間利用效率高出40%。

美國國家航空航天局（NASA）的“毅力號”火星車是數字孿生技術的另一個產物。在以超過每小時12000英里的速度將太空探測器發射到火星大氣層之前，NASA創建了探測器的數字孿生，用來檢測概念設計中的潛在問題，并預測可能影響火星車安全著陸的障礙。

構建一個與實物完全同步的數字孿生盡管已經顯示出諸多優勢，但仍存在創新的空間。實際上，構建物理物體的數字版本只是一個開始。通過數字孿生，團隊可以通過在假設場景中運行模擬模型，為更復雜的商業案例提供更豐富、更精細的洞察。自動駕駛汽車可以在具有真實感的模擬環境中接受訓練，并基于在運行過程中收集的真實世界數據改進初始訓練模型。

數字孿生技術帶來的另一大進步是創造快速、逼真、基于物理的數字孿生。這將為參與者提供更沉浸的體驗，并在他們與數字資產或其他參與者的互動中為其提供實時反饋。在一個像真實世界一樣的數字世界中工作時，參與者將獲得做出快速決策所必須的信心。

后，通過在一個環境中連接多個數字孿生，企業將為工業元宇宙建立支柱。凱捷咨詢公司將這一以人際合作、數字孿生和模擬環境為特色的下一發展階段稱為“孿生互聯網”。若干數字孿生之間的互聯將賦能企業模擬不同對象之 間的復雜關系，從而彌合數字和物理世界之間的差距，并在此過程中創建工業元宇宙。

重塑體驗：元宇宙的影響與價值

顯然，工業元宇宙將重塑經濟。與互聯網一樣，它也將從根本上改變世界各地人們的日常體驗。工業元宇宙將顯著改變我們體驗物理環境的方式、我們的工作方式以及我們影響地球的方式。

體驗與改善人類環境

2022年，谷歌地圖通過集成數十億計的街景和航空圖像，創建了我們所處世界的數字孿生，并基于此推出了沉浸式視圖功能。該功能利用先進的計算機視覺和人工智能技術，為用戶提供了城市或熱門地標等某一區域的多維視角和關鍵細節，包括新天氣和交通情況，重塑了用戶對物理世界的體驗。

工業元宇宙的進步甚至會對我們所走的街道和依賴的公共服務產生影響。例如，位于柏林的西門子施塔特廣場**項目將在2030年前將一個面積達76公頃的封閉工業區改造成一個面向未來的碳中和城區。為了監測和優化進度和運 營，項目通過一個獨特的數字孿生生態系統收集并整合其開放空間、建筑、基礎設施、能源和交通的靜態和動態數據。

打造未來型工作場所

未來，元宇宙的應用將可能改變客戶體驗。客戶將能夠在虛擬展廳中選擇和購買汽車，足不出戶即可完成購買、試駕、功能選擇和支付等程序。

不僅是虛擬購車，元宇宙還將為工作場所帶來改變。受**肺炎疫情影響，網絡會議和遠程辦公得到普及，推動了工作方式的巨大轉變。

此外，工業元宇宙將增加不受地理位置限制的工作類型， 進一步將就業與地理因素脫鉤，并為目前仍需面對面互動或基于物理基礎設施的職業創造“在家辦工”的可能性。與此同時，工業元宇宙將改變公司新設施選址的考慮因素。工作場所的安全性也將發生根本性的變化：如在安全的沉浸式數字世界中，培訓工程師維護危險的機械，或幫助現場團隊解決危及生命安全的潛在問題。當你能夠真實地看到并體驗環境時，你將能夠更直觀地偵測潛在的危險，例 如火災或傷情。

元宇宙也將為實驗性項目提供試驗場，在這個空間里，多個用戶在試驗這些使用場景，并檢驗他們是否能在數字世界中完成其工作。

追求可持續發展

一個由可再生能源驅動的節能元宇宙將有可能通過授權公司利用數據的力量，助力加速可持續轉型的進程。

數字孿生可以使建筑項目在建造過程中以及整個建筑生命周期內顯著提高資源效率。例如，通過收集在數字世界中生成的數據，并根據這些信息對工廠的數字孿生進行結構性修改，組織可以節省資源和材料，甚至在施工開始之前就能小化項目的環境影響。此外，制造商可以實時集成工程、制造和服務相關數據，提高運營效率和可持續性。

“信息將取代物理資源的浪費，”數字孿生研究院執行董事兼首席科學家Michael Grieves表示。數字世界可以引導人們優化使用物理資源，同時推動非物質化轉型，用數字對象或服務取代原有的物理產品。

消費者可以購買他們喜愛產品或服務的數字對等物，或至少可以在數字世界中測試和驗證這些產品和服務，為可持續發展作出貢獻。

元宇宙的關鍵影響：賦能可持續發展

統計數據令人震驚：到2050年，世界人口預計將從的80億增加到超過90億。隨之而來的將是對能源、清潔水和其他資源不斷增加的需求。為了推動人類未來的繁榮發展，我們必須改變我們的生活方式。

目前的碳排放和廢棄物制造主要來自工業生產。通過提高工業過程的效率，元宇宙將有助于打造一個更可持續的世界。工業元宇宙依賴無限可用的數據，而非化石燃料和自然資源運作，因此也將有助于加快凈零碳轉型，提高資源效率。

然而，作為元宇宙技術的“燃料”，計算能力本身需要大量的能源得以運行。確保我們以可持續的方式滿足這一需求是一項不容忽視或低估的挑戰，生態系統參與者必須確保能源核算的完全透明化，以證實其環境影響。

以下是工業元宇宙推動可持續發展的方式：

工業元宇宙擁有幫助人類解決可持續發展問題的巨大潛力。埃森哲的一項研究顯示，以目前的技術成熟度，數字孿生可以在大約10年內減少全球7.5億噸的二氧化碳排放。

賦能構建新興的工業元宇宙

作為元宇宙毋庸置疑的構建模塊，數字孿生的價值已經得到了證明，但讓工業元宇宙變得真正的沉浸、持久且能夠提供實時反饋所需的關鍵能力仍在不斷涌現。

連通性：要想成為一個將物聯網的互動和協作提升到新水平的連貫實體， 工業元宇宙不僅需要合適的硬件和軟件，還需要合適的結締組織。元宇宙的關鍵組件包括“數字孿生、人工智能以及傳輸至虛擬應用程序中的真實數據”，我們還需要連接解決方案，如5G或6G。邊緣計算和***也是必要的，以確保環境的安全性。所有這些技術都已經存在了，但棘手的部分是將它們結合在一起并連接起來。

計算能力：另一個挑戰是獲得實時、沉浸式體驗所需的計算基礎設施。你需要極其強大的計算能力來支持工業元宇宙，幸運的是，計算能力正在快速增長。

數字孿生保真度：各行業還必須找到創建和驗證具有超高保真度模型的方法。為了擁有可靠的預測能力，數字孿生必須表現得與其在現實世界中的對應物一模一樣。

互操作性：構建和培育工業元宇宙的公司需要具備開放性和互操作性的解決方案，以實現無縫、實時和同步協作。為此，他們需要建立開放的API、兼容的數據格式和協議，正如的互聯網協議套件一樣。這么做的目標在于使用通用 的語言集成工業元宇宙。這樣，用戶僅需通過拖放操作即可將他們的數字孿生與數十個甚至數百個其他的數字孿生相連。 目前，大多數數字孿生都是通過漫長而復雜的設計和**過程定制而成。這意味著實現這一目標并不容易。然而，在可互操作的開放系統和標準化平臺支持下，各行業將能夠將其數字孿生與合作伙伴和供應商的數字孿生連接在一起，從而創建更大的生態系統，形成更深入的洞察。中小型企業也將受益于互操作性和標準化，因為這將有助于**成本較低的即插即用解決方案，從而加速其參與元宇宙。

下一個經濟時代：工業元宇宙也將需要并創造新的商業模式。構成工業元宇宙重要的其中一部分是，它受到參與元宇宙的個人和企業的信任，適當的監 管不僅是為了確保并鼓勵協作和互操作，同時也有助于解決隱私和安全問題，并保護數字資產的知識產權。

因此，政策制定者和商業應該以目的為導向打造一個基于元宇宙的未來。

***可能是提高元宇宙安全性和隱私的關鍵因素。***數字身份技術可以幫助行業更好地了解他們在與誰互動，無論是作為一家想向人類出售服務和 產品的公司，還是在不同機器和數字組件之間的互動中。此外，基于***技術的代幣（NFT）可以用于證明工業元宇宙中內容和資產的存在、真實性和所有權。這將實現數字資產全生命周期的價值創造，并催生新的商業模式，如數字孿生交易。

數字平臺和市場將成為關鍵的賦能要素，為各種規模的公司提供全面、開放和靈活的元宇宙解決方案。為數字世界專門設計新的融資工具同樣重要。很多時候，技術并不是阻礙企業快速轉型的原因。通常，金融障礙才是嚴重阻礙進步 的原因。大規模提供必要的融資產品需要金融和技術知識的結合，以及金融機構、機器制造商、終端客戶以及整個生態系統中技術和服務合作伙伴之間的合作。

結論：打造虛擬未來

盡管挑戰重重，但毫無疑問，工業元宇宙即將到來。

警惕畫地為牢

數字解決方案的互操作性和開放性是構建和參與工業元宇宙的基本前提，也是當前實現成功數字化的基本前提。試圖將他人拒之門外的企業只會畫地為牢。盡管如此，目前各行其是的局面和做法仍很常見。接口、互操作性，甚至標準都很缺乏。

幸運的是，一些實體正在采取一系列重大舉措，致力于建立參與元宇宙的通用標準和協議。例如，元宇宙標準論壇旨在通過鼓勵標準組織和企業之間的合作，推動開放性元宇宙的互操作性標準建立。世界經濟論壇也致力于促進關 鍵利益相關方之間的合作，以綜合和開放的方式構建元宇宙。

盡管具有挑戰，但為元宇宙建立開放標準，并確保其互通性，這為組織創造有意義的技術和社會變革帶來了機會。

明確目標

然而，即使在目前缺乏通用標準的情況下，組織仍必須決定如何制定和實施明確的工業元宇宙戰略，包括投資邊緣硬件、工業5G網絡、數字孿生、人工智能和機器學習等基礎技術，或與元宇宙服務或應用程序供應商合作。

組織還必須為其工業元宇宙計劃確定價值主張或用例。與任何新興技術一樣， 圍繞元宇宙及其徹底改變企業運營和人們生活方式的潛力也有許多天花亂墜的討論。通過在明確的目標范圍內工作——例如，大限度地減少浪費或加快產品**周期—組織可以明確關于工業元宇宙的討論中，什么是真實的、什么不是真實的以及什么是炒作。

賦能員工建立工業元宇宙

組織還必須考慮員工對其元宇宙戰略的反應。對此，組織可以強調工業元宇宙將如何創造新的工作機會：例如，普通人也可以像工程師一樣操控高度復雜的機械。混合現實技術和專家的實時反饋可以指導員工為復雜的系統提供服務。不僅如此，培訓和提高技能有助員工做好準備，在元宇宙領域執行新的任務并尋求新的職業道路。

幫助員工接受工業元宇宙的另一個策略是消除員工對未知事物的恐懼。

為元宇宙項目尋找人才還需要發掘新的技術人員招募渠道。 企業必須深入游戲**者群體，在建立工業元宇宙方面獲得他們的幫助，他們已經在為游戲創作3D內容。游戲**社區積累的知識也可以應用于工業案例中。例如， 我們可能需要在元宇宙中創建機器人，而游戲**者早已習慣了做這種工作。團隊成員還必須整合他們的知識才能在這個新的領域取得成功。

建立合作伙伴關系和強大的生態系統

同樣，組織將越來越需要尋求外部合作伙伴來共同推動元宇宙的創新。例如，位于，特拉維夫的大眾集團Konnect開放創新中心促進大眾與以色列企業家和初創公司的合作在**自動駕駛汽車、電動化、脫碳和工業4.0技術等方面開展合作。

目前看來，元宇宙技術正在迅速變成主流。如今，公司已經可以開始從這些進步帶來的潛力中獲益，并集結參與新興工業元宇宙所需的人才、技術和戰略。隨著現實世界和數字世界日漸互聯，其產生的結果將永遠地改變消費者、員工、工業和人文要素圖譜。