不断深化元宇宙在工业中的应用创新——《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023-2025年）》相关解读
近日，为深入贯彻党的二十大精神，落实“推进新型工业化，加快建设制造强国、网络强国、数字中国”有关部署，加速制造业高端化、智能化、绿色化升级，支撑构建现代化产业体系，工业和信息化部印发了《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023-2025年）》（工信厅联科〔2023〕49号，以下简称《行动计划》），为当前元宇宙产业发展提供了路径指引，中国工业互联网研究院现就《行动计划》有关内容做以下解读：
一、元宇宙与工业元宇宙发展必要性
近年来，全球新一代信息技术加速向实体经济融合，虚拟现实、区块链、数字货币、物联网、人机交互等技术日趋成熟，依托数字技术的高速发展和集成应用，2021年催生出由现实世界映射或超越现实世界，可与现实世界交互的虚拟数字空间——元宇宙。“元宇宙”集聚了当前最先进的信息通信技术，将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，是从桌面互联网、移动互联网到沉浸式互联网进程中的关键技术合集和重大发展机遇。
概念一经提出，就受到了全球广泛关注，资金、技术、人才等要素迅速汇聚，如Facebook、迪士尼等巨头均于2021年宣布成立元宇宙团队进行研究和开发，苹果于近期推出了新一代智能头显Vision Pro。我国元宇宙产业发展启动期与世界主流发达国家基本一致。2022年，国务院发布《“十四五”数字经济发展规划》，明确要求“要创新发展‘云生活’服务，深化人工智能、虚拟现实等技术的融合”，这为元宇宙产业发展提供路径指引，进一步助力元宇宙产业落地生根。
目前，通信运营商、人工智能、工业互联网和游戏企业相继入局，正加速构建元宇宙产业生态，依托制造业门类齐全、场景丰富、市场体量大等优势，元宇宙产业在我国展现出强大的内生动力，目前，除文旅、游戏等行业外，元宇宙正加速向制造、金融、农业等行业渗透。
工业元宇宙是元宇宙的重要组成部分，是元宇宙关键技术与工业经济创新融合的新型生产制造模式与工业生态，对促进传统产业实现数字化、网络化、智能化具有重要意义。一方面，工业数字化转型背景下，“元宇宙”技术将进一步助推工业生产方式、组织形态、乃至全流程服务发生根本性变革，催生新的商业模式，构筑全新工业生态和智能经济体系，加速推动我国工业产业实现高质量发展。另一方面，元宇宙作为下一代互联网应用的雏形，工业元宇宙技术的发展将撬动信息技术产业新一轮发展，促进5G、区块链、人工智能、芯片等技术及基础设施建设的跃升，加速关键技术革新和应用推广。
发展工业元宇宙，将在以下三方面发挥重要作用：
一是有助于改善复杂产品研制生产模式，极大提升质量效益。随着制造工厂的高度数字化、工业物联网、数字孪生技术等基础设施的逐步完善，元宇宙相关技术在工业领域不断渗透并产生重大应用价值。二是可为我国技术创新、科学研究提供新范式。随着通用人工智能技术的发展，元宇宙持续向制造业纵深拓展，实现更高频高效精准处理多维参数、创新模式和复杂过程，助力关键器件、系统、产品创新研发。以工业软件为例，由于我国工业历程发展时间短，工业软件核心模型和算法一直与国外存在差距，是国家关键“卡脖子”短板。三是重塑应用场景，颠覆生产方式，构建高效运转的智能经济体系。随着工业元宇宙虚实映射、虚实交互、虚实融合技术的逐步实现，工业元宇宙将渗透到工业产品与生产活动的各个环节，安全可靠协同的产业链体系、跨地域跨空间的协作生产得以实现，价值输出模式被不断拓展，工业生产制造方式和服务体系将发生根本性变革。
二、元宇宙应用已在工业领域初见成效
新一代信息技术的演进、集成、应用，助力工业元宇宙持续走深向实。目前，工业元宇宙已在多个重要场景发挥功能优势：
在研发设计领域，工业元宇宙可在虚拟数字空间中提供设计评估、迭代优化、虚拟验证等应用，实现对产能配置、设备结构、人员动线等参数提前验证，缩短研发设计周期，降低系统实施风险。
在生产制造领域，工业元宇宙可在虚拟数字空间中提供生产过程监测、数据可视化呈现、安全生产管理、设备模拟诊断等应用，实现透明化管理，提升生产效率，降低整体能耗。
在运维管理领域，工业元宇宙可在虚拟数字空间中提供态势感知、智能巡检、应急指挥等应用，实现对安全生产存在问题的快速响应、故障定位和历史溯源，提升人员、设备等生产要素本质安全水平。
在技能培训领域，工业元宇宙可在虚拟数字空间中提供操作流程指导、设备信息呈现、专家AR教学等应用，实现人才培训实训的沉浸式体验，规避在涉高危、极端环境、不可逆或高成本场景中，课程内容与实践结合难等问题。
在产品测试领域，工业元宇宙可在虚拟数字空间中提供虚拟漫游评审、人机工效分析、外流场计算等应用，实现多仿真场景并行计算，测试数据自动处理，提高测试效率，降低测试场景搭建成本，提升测试准确度。
工业元宇宙赋能制造场景，需要全产业链全价值链全要素的全面链接，这与工业互联网的核心逻辑契合。本质上，工业互联网是工业元宇宙的基石，工业元宇宙是工业互联网的高级形态。
三、《行动计划》发展目标
《行动计划》依托人工智能、区块链、云计算、虚拟现实等技术在元宇宙中的应用，围绕XR头显、裸眼3D、数字孪生等场景推广，针对家电、汽车、航空航天、重大技术装备、电子信息制造等离散行业，钢铁、纺织、电力等流程行业，加速构建元宇宙产业应用体系。
围绕企业培优、示范应用、生态构建三个方面提出了六项具体推进目标，其中，企业培优层面，一是单点发力，构建元宇宙企业梯次培育库，围绕技术、行业和生态，培育专精特新“小巨人”、单项冠军和领航企业，打造3-5家具有全球影响力的生态型企业和一批专精特新中小企业；二是优势集聚，鼓励结合地方产业基础和特色优势，依托优质企业汇聚，建设一批元宇宙创新应用先导区、科技园和产业园，打造3-5个产业发展聚集区。示范应用层面，一是打造示范标杆，围绕机理模型库构建、仿真平台建设、关键流程改造、工业数据应用等，打造一批典型应用；二是推广赋能工程，围绕人、机、数等要素融合，建平台、用平台，虚拟空间集聚、运营，形成一批标杆产线、工厂、园区等。生态构建层面，一是夯实支撑体系，围绕标准体系推进、创新载体构建、基础设施打造、人才体系建设等构建系统完备产业基础；二是推进模式创新，围绕生活消费和公共服务的元宇宙化，探索元宇宙应用新场景和可复制可推广的解决方案，形成一批新业务、新模式、新业态。
据测算，我国元宇宙总体产业规模已经达到百亿元量级，且仍在快速增长，正加速形成千亿元市场。
四、工业元宇宙创新发展重点任务
按照《行动计划》要求，未来，工业元宇宙将以三维交互为主要特征，通过现有场景的元宇宙化改造、新场景的元宇宙化布局、新模式新应用的培育三个方面，构建工业元宇宙赋能制造业新局面。
一是探索推动关键流程的元宇宙化改造。聚焦工业知识、机理、模型，建设工业元宇宙基础通用模型库，打造高精度、可交互的工业虚拟映射空间，解决工业元宇宙有没有的问题；聚焦前端设计与后端测试验证，布局生产环节应用，提升设计阶段有效性和生产阶段效率，解决工业元宇宙好不好用的问题；聚焦工业元宇宙赋能方向，探索基于元宇宙的产线运维，产品检测新模式，强化预测性维护，提高运维检测效率和服务质量，解决工业元宇宙用在哪里的问题；聚焦三维交互和沉浸式体验，打造基于工业元宇宙的营销平台和虚拟培训系统，提供沉浸式销售和培训环境，解决工业元宇宙怎么用的问题。
二是加快重点行业工业元宇宙布局。针对家电、汽车、船舶等离散型制造业，依托云计算、大数据、人工智能、工业互联网等新一代信息技术，加速实现跨行业跨领域协同。针对钢铁、纺织、电力等流程型制造业，依托平台操作系统和MES、ERP、WMS等关键工业软件，推动物料配方、工艺仿真等关键流程元宇宙化，构建物流排产、物料计算、材料追踪等预测性服务能力。围绕开展元宇宙化较早、技术较成熟或关系国计民生的重点行业，推动构建行业机理模型库、资源池，聚焦重要产品，开发个性化全生命周期管理系统。
三是探索工业元宇宙创新应用模式。聚焦安全可信，建设工业元宇宙数字身份管理平台，构建全链路可信识别服务体系，保障安全生产。强化数据驱动，挖掘数据价值，推动工业数据要素资产化，打造数据资产服务平台，探索数据确权、定价、交易和流通机制。推动金融支持，探索供应链金融新模式，围绕设备、数据、模型、算法等资产开展供应链金融服务。提升链条任性，推动设备和业务系统上云上平台，打通供、产、集、销、服务等各环节，打造三维立体、虚实融合的动态监测、预警、运营和决策等应用。推进以评促进，分析工业元宇宙应用要素条件，研制工业元宇宙应用评估方法，建立分级分类的成熟度评估，推动应用评估反向助力应用模式不断完善。
聚焦特色场景，围绕产线、工厂和园区等制造单元，组织工业元宇宙赋能工程，深化人工智能技术应用，打造“工业元宇宙+”新模式，构建全要素、全面链接、全方位赋能的工业元宇宙新体系。
工业元宇宙+产线层面，重点推进生产要素的互联互通，推动人、机、数等生产要素的融合，强化工业机器人应用，构建数字孪生产线。在生产制造中，打造虚实交互的零部件装配空间，开展零配件辅助装配；在质检测试中，依托数字孪生、AR、VR等技术丰富非接触式检测，开展自动化、智能化质量检测；在人才实训中，建设工艺仿真模型库，指导、培训从业人员规范操作。
工业元宇宙+工厂层面，重点开发元宇宙平台、工业软件和功能应用。平台建设上，布局建设工厂级元宇宙平台，打造低时延、高保真、智能决策的数字孪生系统；软件开发上，推动多类型工业软件集成，推进物流、资金流和信息流的深度融合；应用培育上，打造基于通用人工智能的生产检测系统，开展全面感知、智能巡检、远程协作和实时反馈。
工业元宇宙+园区层面，重点建设虚拟空间、管理模型和综合平台。虚拟空间上，依托元宇宙技术，推动各虚拟空间积聚，构建虚拟园区；管理模型上，探索虚拟运营新模式，优化空间布局、设备配套和资源调配等协同服务能力；综合平台上，构建基于工业元宇宙的科技创新、招才引智、招商引资的功能性平台。
未来，工业元宇宙将构建“软件定义、数据驱动、平台支撑、泛在智能”的新型工业基础设施，“加速制造业高端化、智能化、绿色化升级，支撑构建现代化产业体系”。中国工业互联网研究院将紧密围绕工业元宇宙的发展战略、规划、政策和标准开展研究，积极筹建元宇宙创新合作中心、通用人工智能与工业融合创新中心，推动工业元宇宙示范园、工业元宇宙人才培训中心等创新载体建设，聚焦“政产学研用金”多方联动，推进工业元宇宙关键技术孵化和企业培育，举办国家级会、展、赛，打造元宇宙产业新生态，推动工业高质量发展。
作者：张晓彤，中国工业互联网研究院总工程师
