隨著元宇宙技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的元宇宙技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為進一步提升生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全性，促進新的生產(chǎn)模式及產(chǎn)業(yè)生態(tài)形成的重要途徑。元宇宙技術(shù)與工業(yè)場景深度融合最直接的體現(xiàn)在技術(shù)與場景的融合應(yīng)用，而工業(yè)領(lǐng)域的元宇宙化是多工業(yè)元宇宙場景的組合完善的過程。正確認知當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域元宇宙場景的需求、目標、特征，進而形成場景化建設(shè)思路，能夠更加科學(xué)地實現(xiàn)工業(yè)元宇宙場景建設(shè)，通過對元宇宙場景進行統(tǒng)一的規(guī)劃，加速工業(yè)元宇宙的發(fā)展進程。
一、工業(yè)領(lǐng)域的需求要素分析
1.1 人員素質(zhì)水平要素
人員素質(zhì)和生產(chǎn)要求不匹配是阻礙工業(yè)數(shù)字化進程的重要因素。工業(yè)領(lǐng)域企業(yè)的智能化、數(shù)字化變革，對從事工業(yè)生產(chǎn)人員的素質(zhì)要求不斷增加，生產(chǎn)人員的培訓(xùn)也越來越復(fù)雜，工業(yè)企業(yè)對于生產(chǎn)人員上崗培訓(xùn)的時間周期和成本也不斷增加。
1.2 生產(chǎn)管控能力要素
生產(chǎn)環(huán)節(jié)的不可控性是影響生產(chǎn)效率和安全的主要原因。工業(yè)生產(chǎn)由于工藝復(fù)雜、環(huán)節(jié)多、操作不透明的情況，對生產(chǎn)情況難以做到全面把控，導(dǎo)致大量成本浪費，生產(chǎn)過程安全難以保證。
1.3 數(shù)據(jù)挖掘能力要素
生產(chǎn)數(shù)據(jù)價值的深層挖掘成為工業(yè)企業(yè)的核心競爭要素。目前工業(yè)企業(yè)已經(jīng)逐步能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、清潔、處理，建立數(shù)據(jù)庫并對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行初步的挖掘利用。但是對數(shù)據(jù)的價值挖掘仍然不夠徹底，造成數(shù)據(jù)采集管理的成本與數(shù)據(jù)產(chǎn)生的價值收益嚴重不對等。
二、工業(yè)元宇宙場景建設(shè)目標
2.1“透徹感知”：全生命周期信息無死角采集
基于元宇宙技術(shù)的底層數(shù)據(jù)采集處理能力及感知能力，利用元宇宙技術(shù)描述信息的變化及連鎖反應(yīng)原理、機制，實現(xiàn)對企業(yè)全生命周期中各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)信息、環(huán)境信息、市場信息等信息的實時采集和展示。
2.2“全面控制”：工業(yè)場景的全面智能化控制
基于元宇宙技術(shù)清晰化管理控制的流程、原理，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，一方面實現(xiàn)虛擬平臺對生產(chǎn)全生命周期各環(huán)節(jié)的遠程控制，另一方面實現(xiàn)實時的應(yīng)急反饋和智能化的輔助決策。
2.3“資產(chǎn)轉(zhuǎn)化”：工業(yè)生產(chǎn)信息資產(chǎn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化
基于元宇宙技術(shù)幫助企業(yè)對生產(chǎn)信息進行分類整理，對接虛擬產(chǎn)品市場，分析市場需求，對信息資產(chǎn)進行統(tǒng)合性管理，賦予統(tǒng)一標識編碼，轉(zhuǎn)化為信息資產(chǎn)虛擬產(chǎn)品。
2.4“虛實映射”：虛擬場景與現(xiàn)實場景的映射
基于元宇宙技術(shù)對企業(yè)全生命周期各個環(huán)節(jié)的實際場景在虛擬平臺進行鏡像化的仿真還原。鏈接虛擬場景與現(xiàn)實場景，實現(xiàn)虛擬場景與現(xiàn)實場景的相互映射能力。
2.5“無障礙交互”：高效多樣的人機交互能力
基于元宇宙技術(shù)擴展人機交互渠道，通過降低人機交互的認知負荷，拉低生產(chǎn)人員素質(zhì)水平要求。通過多樣化的信息轉(zhuǎn)化模式及信息展示方式使人與機器交流的阻礙降低。
三、工業(yè)元宇宙場景特征
3.1 虛擬現(xiàn)實的交織化
工業(yè)元宇宙場景必然是一種虛擬世界與現(xiàn)實世界相互關(guān)聯(lián)、相互影響、相互映射的交織化場景，其特征主要體現(xiàn)在 3 個方面 ：一是現(xiàn)實場景的虛擬化還原，通過對現(xiàn)實場景的透徹解析，將現(xiàn)實場景數(shù)據(jù)化并在虛擬世界還原 ;二是虛擬場景對現(xiàn)實場景的實時反饋，虛擬場景就隨著現(xiàn)實場景情況實時變化 ;三是虛擬場景能夠?qū)ΜF(xiàn)實場景產(chǎn)生影響，對虛擬場景的干預(yù)影響現(xiàn)實場景的活動。
3.2 人機交互的統(tǒng)一化
機器與人、人與人的交互模式的統(tǒng)一化的特征性主要體現(xiàn)在 3 個方面 ：一是信息展示設(shè)備的變化，通過展示設(shè)備的升級，降低人獲取信息的難度 ;二是信息展示方式的變化，從傳統(tǒng)視覺感知發(fā)展出的文字感知、圖像感知、視頻感知等方式的基礎(chǔ)上，增加聽覺感知、觸覺感知等多種信息感知的方式 ;三是信息展示的可選擇可交互模式的產(chǎn)生，從單純意義上的信息灌輸?shù)娇山换柎鹦问降男畔⒄故灸Ｊ缴系霓D(zhuǎn)變。
3.3 生產(chǎn)場景的功能化
工業(yè)元宇宙場景搭建的最終表現(xiàn)形式是將工業(yè)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)通過功能模塊的方式進行展示，其主要強調(diào) 3 個特性 ：一是實現(xiàn)現(xiàn)實交互態(tài)勢還原，在虛擬維度最大程度還原現(xiàn)實中的交互場景 ;二是開拓虛擬環(huán)境的創(chuàng)新渠道，利用虛擬世界的便利，在虛實結(jié)合的理念上重新定義原有的功能體系架構(gòu)，賦予功能模塊新的定義 ;三是建立功能場景之間的因果力場，還原現(xiàn)實場景之間的因果關(guān)系。
3.4 行業(yè)場景的特征化
工業(yè)元宇宙場景的搭建需要充分考慮行業(yè)的特異性，其特征化主要集中體現(xiàn)在以下 3 個方面 ：一是對本行業(yè)全生命流程的仿真還原，還原行業(yè)的特異性特征、生產(chǎn)運營場景等 ;二是對本行業(yè)資產(chǎn)的重新定義，根據(jù)行業(yè)的特異性，結(jié)合行業(yè)原有資產(chǎn)類別和數(shù)據(jù)資產(chǎn)的產(chǎn)生，構(gòu)成不同的產(chǎn)品模式和資產(chǎn)運營模式 ;三是促使本行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈扁平化，基于元宇宙世界的規(guī)則建立虛擬的產(chǎn)業(yè)化社區(qū)，實時查看全產(chǎn)業(yè)鏈的情況，從而使行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈更加扁平化。
四、工業(yè)元宇宙場景建設(shè)實施
由于元宇宙技術(shù)的不可具現(xiàn)化的特征，工業(yè)元宇宙場景成為企業(yè)了解元宇宙技術(shù)、應(yīng)用元宇宙技術(shù)極為重要的途徑之一，也是通過元宇宙技術(shù)解決企業(yè)痛點的問題最直接的手段。工業(yè)元宇宙場景的建設(shè)需要充分結(jié)合元宇宙技術(shù)，尊重元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律，從最初的基礎(chǔ)設(shè)施支撐逐步實現(xiàn)工業(yè)元宇宙的產(chǎn)業(yè)生態(tài)化，工業(yè)元宇宙場景的實施路線如圖 1 所示。
圖 1 工業(yè)元宇宙場景建設(shè)實施路線
4.1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段
基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段是搭建工業(yè)元宇宙底層基礎(chǔ)設(shè)施的階段。該階段的重點是在元宇宙服務(wù)商提供的元宇宙的基座上完善自有的工業(yè)元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施，其主要包括支撐設(shè)施、場景要素和交互要素 3 個方面。工業(yè)元宇宙的支撐設(shè)施是指幫助工業(yè)場景上載的元宇宙虛擬世界中的相關(guān)設(shè)備設(shè)施，包括基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備、測繪定位設(shè)施、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、感知交互設(shè)備等，此類設(shè)施是虛擬世界與現(xiàn)實世界對接的通道，是工業(yè)場景元宇宙化的重要支撐。這一類支撐設(shè)施與元宇宙服務(wù)商搭建元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施有本質(zhì)區(qū)別，支撐設(shè)施主要指的工業(yè)企業(yè)將自身特異性在元宇宙世界中仿真還原所需要用到的基礎(chǔ)設(shè)施。工業(yè)元宇宙場景要素指的是在元宇宙虛擬空間中組成工業(yè)場景的基本要素，其主要構(gòu)成為符合元宇宙場景特征的環(huán)境建模、工業(yè)建模等基本構(gòu)成單元。工業(yè)元宇宙交互要素指的是支撐工業(yè)元宇宙虛擬平臺與人的交互的最基本的單元要素，例如文字展示模塊、圖片展示模塊及數(shù)字化人等。
4.2 場景設(shè)計搭建階段
場景設(shè)計搭建階段是工業(yè)元宇宙場景的設(shè)計開發(fā)實施落地的工作階段，其主要包括工業(yè)場景的特征化組態(tài)設(shè)計、智能化仿真預(yù)測、實時化的虛實映射 3 個方面。特征化組態(tài)設(shè)計是利用工業(yè)元宇宙的場景要素和交互要素基于工業(yè)場景的內(nèi)在機理進行配置組合，在虛擬世界最大限度地還原現(xiàn)實的場景的運行模式 ;智能化仿真預(yù)測是在完成虛擬場景的仿真之后，基于現(xiàn)實數(shù)據(jù)對工業(yè)元宇宙各個環(huán)節(jié)的趨勢走向構(gòu)建預(yù)測模型 ;實時化的虛擬映射是強調(diào)虛擬世界場景與現(xiàn)實世界場景交互的時效性，在此階段構(gòu)建實時數(shù)據(jù)傳輸反饋機制，確保虛擬場景和現(xiàn)實場景的相互映射。
4.3 場景整合聯(lián)動階段
場景整合聯(lián)動階段解決的是多個工業(yè)元宇宙場景之間的互聯(lián)互通問題，該階段的主要工作包括多場景關(guān)聯(lián)邏輯解析、協(xié)同機制構(gòu)建及多節(jié)點聯(lián)動反饋模式形成 3 個方面。多場景關(guān)聯(lián)邏輯解析是通過深度解析各個工業(yè)元宇宙場景之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及其互相影響的邏輯脈絡(luò)，從而達到明確兩個元宇宙場景相互作用機理的目的 ;協(xié)同機制構(gòu)建是在關(guān)聯(lián)邏輯分析之后，根據(jù)不同工業(yè)元宇宙場景之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立多場景之間相互作用、相互影響的協(xié)同機制，以確保不同場景的現(xiàn)實聯(lián)系能夠在虛擬世界中還原 ;多節(jié)點聯(lián)動反饋模式是在多場景協(xié)同作用的情況時，為了兼顧現(xiàn)實世界與虛擬世界實時狀態(tài)的協(xié)同而形成的信息反饋模式，多場景的協(xié)同產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)必然會對數(shù)據(jù)傳輸渠道造成巨大的壓力，該模式能夠擺脫單一傳輸渠道進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋锥?，有效利用所有場景的?shù)據(jù)傳輸通道，同時支撐多節(jié)點的數(shù)據(jù)運算及數(shù)據(jù)傳輸，以此確保數(shù)據(jù)傳輸效率，保障虛擬現(xiàn)實的實時同步。
4.4 產(chǎn)業(yè)生態(tài)形成與發(fā)展階段
產(chǎn)業(yè)生態(tài)形成與發(fā)展階段是指實現(xiàn)多個行業(yè)工業(yè)元宇宙之間聯(lián)動從而形成基于元宇宙的產(chǎn)業(yè)生態(tài)的階段。該階段的實現(xiàn)首先需要打通不同工業(yè)元宇宙之間的數(shù)據(jù)壁壘。不同工業(yè)元宇宙由于元宇宙世界的底層架構(gòu)框架、數(shù)據(jù)格式、接口協(xié)議等的不同，會造成數(shù)據(jù)傳輸壁壘，從而造成不同元宇宙之間的信息、資產(chǎn)及生產(chǎn)要素等難以流通，無法形成多行業(yè)的集成串聯(lián)，難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生態(tài)。其次，需要提升工業(yè)領(lǐng)域虛擬資產(chǎn)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化能力。隨著元宇宙技術(shù)的應(yīng)用及工業(yè)元宇宙場景的普及，工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從生產(chǎn)要素驅(qū)動轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)驅(qū)動，以至于工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也逐漸發(fā)生改變，從實物產(chǎn)品的流通逐步拓展到虛擬資產(chǎn)的流通。因此，虛擬世界資產(chǎn)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化能力也將成為影響基于工業(yè)元宇宙的產(chǎn)品生態(tài)發(fā)展的因素之一。最后，需要建立基于工業(yè)元宇宙的產(chǎn)業(yè)鏈信用體系。信用體系是保障產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著元宇宙技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，虛擬數(shù)字產(chǎn)品的交易額導(dǎo)致原有的信用體系已經(jīng)無法滿足基于工業(yè)元宇宙產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展的需求。因此通過賦予產(chǎn)業(yè)生態(tài)中各個產(chǎn)品唯一標識的方式，采用去中心化的信息記錄方式，建立工業(yè)元宇宙特有的信用標識體系，不僅能夠使原有產(chǎn)業(yè)鏈的信用體系更加完善，還能滿足現(xiàn)有工業(yè)元宇宙產(chǎn)業(yè)生態(tài)的需求。
五、工業(yè)元宇宙場景體系結(jié)構(gòu)
建立工業(yè)元宇宙場景體系能夠?qū)ΜF(xiàn)有的工業(yè)元宇宙場景進行梳理分類，并對可能產(chǎn)生的場景進行預(yù)測，以此引導(dǎo)工業(yè)元宇宙的發(fā)展趨勢。根據(jù)上述對工業(yè)元宇宙的研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)元宇宙場景的建立是從單一功能場景逐步發(fā)展完善，進而實現(xiàn)不同行業(yè)之間在元宇宙虛擬空間的交互共生，構(gòu)建工業(yè)元宇宙的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。在工業(yè)元宇宙場景建設(shè)階段，功能場景是解決元宇宙技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用部署及功能實現(xiàn)的問題，行業(yè)場景是對工業(yè)元宇宙功能點進行組態(tài)，兩者所占的維度不同。因此，本文認為工業(yè)元宇宙場景的構(gòu)成需要從功能場景和行業(yè)場景兩個維度進行展示。
圖 2 工業(yè)元宇宙場景體系結(jié)構(gòu)圖
如圖 2 所示，功能場景是從工業(yè)的生產(chǎn)全生命周期對場景進行劃分，覆蓋研發(fā)設(shè)計、安全生產(chǎn)、質(zhì)量管理、供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)制造、運營管理、倉儲物流、運營維護全功能模塊，強調(diào)的是從生產(chǎn)運營各個功能點上建立工業(yè)元宇宙場景。行業(yè)場景是從行業(yè)特異性出發(fā)建立具備行業(yè)特性的工業(yè)元宇宙場景，其強調(diào)的是建立覆蓋全功能模塊的、具備綜合性及行業(yè)特殊性特征的工業(yè)元宇宙場景。
六、結(jié)語
本文通過分析工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)前的需求要素和主要問題，提出建立工業(yè)元宇宙場景的方式改善當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域面臨的痛點問題。本文結(jié)合工業(yè)領(lǐng)域特征，確定了工業(yè)領(lǐng)域建立元宇宙場景的主要目標以及工業(yè)元宇宙場景的主要特性，以此提出工業(yè)元宇宙場景的建設(shè)思路，進而構(gòu)建工業(yè)元宇宙場景的體系結(jié)構(gòu)。通過上述研究以期幫助企業(yè)了解元宇宙技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，明確工業(yè)元宇宙場景的構(gòu)成及工業(yè)元宇宙場景最終目標，促進元宇宙技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。
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