2021年，元宇宙是當之無愧的業(yè)界焦點。作為一個融合擴展現(xiàn)實（XR）、數(shù)字孿生、物聯(lián)網、云計算、5G/6G網絡、區(qū)塊鏈等ICT技術的概念，正吸引著各大行業(yè)巨頭紛紛跑步入場，如微軟就提出面向未來辦公生活場景的“企業(yè)元宇宙”概念，F(xiàn)acebook改名為 Meta 聚焦建立“元宇宙”， Unity 則提供創(chuàng)建“元宇宙”的底層開發(fā)工具集。

面向制造業(yè)，業(yè)界寄希望于元宇宙可以滿足市場日益崛起的智慧園區(qū)、智能工廠、數(shù)字化產線等業(yè)務需求，從而催生了“工業(yè)元宇宙”這一細分概念。智能制造也有望乘此東風，加速ICT技術的研發(fā)來貫通制造業(yè)OT域。       工業(yè)元宇宙更關注虛實數(shù)據(jù)之間的互動，涵蓋物理實體、虛擬實體、數(shù)字孿生業(yè)務、孿生體間的數(shù)據(jù)、各組件的連接五個維度，因此以數(shù)字孿生技術驅動的虛實映射和實時同步特性，和以實時3D技術驅動的數(shù)據(jù)可視化、實時交互、跨平臺特性，共同構成了打造工業(yè)元宇宙雛形的關鍵技術。挑戰(zhàn)：應用現(xiàn)狀與痛點       縱觀數(shù)字孿生開發(fā)與應用現(xiàn)狀，在產業(yè)井噴的背后，發(fā)展過程中的痛點也不容忽視。       制造業(yè)數(shù)字孿生解決方案的開發(fā)難點在于，它是一個融合多學科、多技術、多維度的復雜系統(tǒng)。這既需要生產工藝、工廠運營和管理等切身經驗和行業(yè)前瞻眼光來厘定方案功能和用戶體驗，還要能基于信息化技術知識提出技術路線，選擇合作伙伴、工具鏈等。在具體實踐當中主要痛點包括：       第一，開發(fā)成本高，腰部企業(yè)落地難。事實上，除了頭部企業(yè)能有足夠的資金和團隊構建完整的技術棧和服務內容，絕大多數(shù)腰部企業(yè)很難打通涵蓋芯片、傳感器、邊緣網關、云平臺、數(shù)據(jù)平臺、算法模型優(yōu)化、應用開發(fā)的整個技術鏈，這是客觀現(xiàn)狀。       第二，需要長期迭代優(yōu)化才能形成方案。行業(yè)的需求不僅是做好一個項目的開發(fā)，更重要的是不斷將新的需求引入項目來做功能的調試和驗證，最終形成成熟方案。這個開發(fā)周期往往需要數(shù)年之久。       第三，個性化定制不可避免。我們熟知的國內外大廠都在構建自己的數(shù)字孿生平臺，但在實踐中仍需基于現(xiàn)實環(huán)境進行大量定制，當前誰都無法提供一個開箱即用的平臺來滿足各行業(yè)的不同需求和應用場景，這就對開發(fā)理念、具體技術選型、開發(fā)工具使用和拓展等能力提出了高要求。       針對這些問題的答案，我們或許可以通過國資上海儀電旗下企業(yè)上海南洋萬邦軟件技術有限公司與合作伙伴境騰科技在2021年第四屆進博會上展示的“云.數(shù).智.聯(lián)-AIoT”制造業(yè)數(shù)字化轉型解決方案管中窺豹。
 

數(shù)字孿生在智能工廠的應用 圖片來源：南洋萬邦

探索：智能工廠數(shù)字孿生實踐       南洋萬邦的“智能工廠數(shù)字孿生展區(qū)”以制造業(yè)轉型為主題，展示了設備、流水線、工廠三個級別的制造業(yè)數(shù)字孿生技術演示。       南洋萬邦資深業(yè)務副總經理王玨表示，不同層級上的數(shù)字孿生價值各不相同。比如在生產單元層面，通過數(shù)字孿生拆解一個設備可以讓操作和運維人員實時真切地看到實驗場景和設備狀態(tài)。       以遠程維修輔助和預測性維護應用場景為例。當SMT產線的多功能貼片機運行發(fā)生故障時，產線運維人員可以通過產線數(shù)字孿生的運維系統(tǒng)直接通過三維模型定位故障設備，并根據(jù)壓力傳感器數(shù)據(jù)看到，故障原因是因為系統(tǒng)管路里的壓力超過了壓力預警設置值，直接導致了空壓機的停止運行，并且影響到了多功能貼片機的正常運行。同時運維人員可以通過系統(tǒng)看到基于AI的預測性設備故障信息和建議預案，并且可以選擇呼叫該設備廠商的專家遠程聯(lián)線；遠程專家在實時收到現(xiàn)場故障警報和故障原因，并給到維修指導，實現(xiàn)生產制造的快速恢復。       該技術演示是其數(shù)字孿生解決方案的簡化版，完整方案的亮點包括：       ◆數(shù)化：基于Unity及其數(shù)字孿生工具鏈對生產線和倉儲設備的工況信息與運行狀態(tài)在數(shù)字世界中進行實時三維渲染、交互和可視化分析，實現(xiàn)模擬和重現(xiàn)并可快速部署到各類主機和移動設備；       ◆互動：建立泛物聯(lián)網設備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)物理實體與孿生體之間有效數(shù)據(jù)的實時采集、處理和綁定；       ◆先知：基于算法提取原始工控信號有效內容，從而識別故障，產生預警信息和發(fā)展趨勢；       ◆優(yōu)化：基于生產和訂單數(shù)據(jù)，預測分析產線運行態(tài)勢，通過機器學習優(yōu)化分析訂單和資源分配狀態(tài)為業(yè)務決策提供支撐。

南洋萬邦智能制造數(shù)字孿生解決方案架構 圖片來源：南洋萬邦

成立于1993年的南洋萬邦，通過整合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、人工智能應用和信息安全技術提供基于云托管的技術和服務；自2013年成為上海儀電集團全資的信息化服務提供商之后，先后參與過上海市政務云和大數(shù)據(jù)中心的業(yè)務，目前自研的云平臺、物聯(lián)網平臺都是項目實踐的積累沉淀。       在王玨看來，數(shù)字孿生的價值不僅體現(xiàn)在事后的服務環(huán)節(jié)，還包括事前的預測。正是因為有了數(shù)字孿生體的構建，使得可以在工業(yè)元宇宙中模擬還未發(fā)生的事情，實現(xiàn)快速、低成本的預測。譬如將人員、機器、材料、場景、生產工藝等在數(shù)字世界中進行復現(xiàn)和模擬；模擬生產工藝的變更對產量，或某一個廠區(qū)布局的影響。更廣泛來說，數(shù)字孿生在產品研發(fā)設計、生產制造、營銷和售后維護的全生命周期都能產生巨大的價值。破局：小步快跑與螺旋上升       王玨總結說，制造企業(yè)，尤其是腰部企業(yè)在數(shù)字化轉型過程中要學會小步快跑，先快速建立小的場景并實現(xiàn)迭代的模式。此外，企業(yè)也需要緊密結合市場需求和趨勢來理解數(shù)字孿生解決方案的開發(fā)，它包含規(guī)劃設計（Plan）、項目構建（Build）和運營維護（Run）等完整的開發(fā)生命周期，是一個螺旋上升不斷迭代的過程。       不管是前期的SKU上線、軟硬件技術選型，還是構建IT平臺來采集設備接入數(shù)據(jù)，抑或是設備和數(shù)據(jù)的運營維護、分析反饋等等，都需要找到理解制造業(yè)OT技術并能有效整合前沿IT技術，并且能夠提供全生命周期支撐和服務托管服務的合作伙伴來幫助企業(yè)管控成本和迭代產品。       王玨還強調了標準化交付與個性化定制之間的平衡。制造數(shù)字孿生方案必須打造通用組件，設備、數(shù)據(jù)、算法模型管理和管道的框架。他透露，南洋萬邦有一個長期計劃，在現(xiàn)有的IoT管理平臺上建立一個和物理世界相迭代、能夠通過語義模型存儲在IoT平臺的解決方案，將通用的組件提煉出來形成可標準化交付的功能，同時使后續(xù)的定制盡可能簡化，以加速解決方案交付的速度。       如今，越來越多離散制造業(yè)的生產制造模式朝著大規(guī)模、小批量、個性化方向發(fā)展，以數(shù)字孿生實現(xiàn)產品參數(shù)化設計和產線虛擬調試，后疫情時代的數(shù)字化售后服務以及通過虛擬仿真實現(xiàn)故障和缺陷檢測、預測性運維已經是需求明確、前景廣闊的應用場景。

以數(shù)字孿生實現(xiàn)產品參數(shù)化設計和產線虛擬調試

面向具體行業(yè)，王玨以三個行業(yè)列舉數(shù)字孿生用例。在空壓機行業(yè)，目前有近5000臺設備在國內已經聯(lián)網，未來整個亞太區(qū)有近4萬臺設備聯(lián)網，大型設備的售后服務與狀況監(jiān)控數(shù)字孿生應用已經落地，海量的數(shù)據(jù)采集和推理訓練也將為產品、業(yè)務、市場等其他部門提供數(shù)據(jù)洞察驅動的敏捷業(yè)務拓展；滬寧杭地區(qū)的芯片制造園區(qū)有三十多個高標準實驗室，為規(guī)避用電故障導致的火災等險情，催生了智能實驗室的場景，就是根據(jù)實驗室用電環(huán)境要求采集園區(qū)用電、能耗和各維度環(huán)境的狀態(tài)屬性信息做實時三維渲染和可視化分析，給實驗室負責人提供監(jiān)測預警信息；在雙碳政策背景下，中頭部低壓配電企業(yè)正積極探索數(shù)字孿生技術來升級配電系統(tǒng)從而實現(xiàn)為客戶交付更具安全性、能耗優(yōu)化的、同時又是智能化的解決方案，使得他們在市場上擁有更強的競爭力。

空壓機數(shù)字孿生應用場景 圖片來源：南洋萬邦

要訣：快速、高效構建之道       從技術和系統(tǒng)實現(xiàn)來看，南洋萬邦的技術合作伙伴境騰科技CEO張力認為制造業(yè)數(shù)字孿生應用與某些游戲場景的開發(fā)語言和開發(fā)結構是大致相同的，最大的區(qū)別在于客戶對象不同。       手游在游戲場景設計上要考慮玩家的游戲體驗，而行業(yè)客戶更加強調準確無誤地獲取全局及局部信息來做管理決策，關注把IoT數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生映射模型、MR混合現(xiàn)實互動形成聯(lián)動，包括積累有效數(shù)據(jù)為數(shù)字孿生方案創(chuàng)造預測性維護、運營仿真等價值。       成立于2017年的境騰科技，是一家專注于混合現(xiàn)實MR技術的高科技企業(yè)。在創(chuàng)立之初，境騰科技就設定了“連接虛擬與現(xiàn)實，構建數(shù)字新未來”的方向，基于XR技術服務智能制造，推進數(shù)字化轉型。基于Unity和微軟HoloLens 2，境騰科技已經開發(fā)出全息協(xié)作會議BeamLink彼臨、全息3D說明書、全息流程指導JTWorkflow循序和遠程專家支持JTRA明達等“工業(yè)元宇宙”產品，其中BeamLink彼臨混合現(xiàn)實會議產品已經支持HoloLens和其他Windows MR/VR設備，iOS移動設備。

境騰科技“工業(yè)元宇宙”產品 圖片來源：境騰科技

張力認為，“工業(yè)元宇宙”概念的提出實質上說明行業(yè)客戶除了實現(xiàn)業(yè)務目標，已經開始追求比擬部分游戲的極致用戶體驗了。因此，境騰科技很自然地選擇了發(fā)源于游戲行業(yè)的實時3D引擎Unity作為其“工業(yè)元宇宙”開發(fā)工具。       張力坦言，主機、移動設備和AR/VR設備的交互模式不同，有賴于Unity的跨平臺支持技術，境騰科技可以復用HoloLens 2的應用代碼快速部署到電腦主機上做交互適配，在進博會極其緊張的工期下實現(xiàn)了應用的快速跨端部署；在未來也同樣可以部署到平板和手機等移動端，為不同受眾展示了制造數(shù)字孿生的價值。       Unity在手游行業(yè)有諸如《原神》、《王者榮耀》、《英雄聯(lián)盟手游》等叫好又叫座的頂級案例，從技術開發(fā)角度而言，實現(xiàn)“工業(yè)元宇宙”對畫質、交互、沉浸感等極致的用戶體驗是不在話下的。       Unity近幾年也同樣展示了進軍制造業(yè)、工程建設行業(yè)的能力和決心。Unity本身就提供了非常好的物理仿真性能和大量可復用的工業(yè)資產素材庫，結合Unity Reflect，PiXYZ，Luban等數(shù)字孿生工具鏈，行業(yè)用戶可以輕松將工業(yè)模型和元數(shù)據(jù)導入Unity進行定制開發(fā)，從而快速構建設備、產線、廠房、園區(qū)乃至城市級的虛擬仿真，通過將實時物聯(lián)網數(shù)據(jù)導入Unity開發(fā)的運行程序，就可以實現(xiàn)端到端的工業(yè)數(shù)字孿生。

Unity實時3D技術可解決產品全生命周期中的挑戰(zhàn) 圖片來源：Unity

除此外，利用Unity云服務可獲得低時延高可靠的高質量圖形渲染性能；通過Unity機器學習解決方案可提高機器人分析認知能力，實現(xiàn)自主操控；通過Unity Simulation進行虛擬調試與仿真驗證；通過Unity Mars制作智能混合現(xiàn)實體驗和增強現(xiàn)實體驗；采用更多靈活的定制化插件，完成全生命周期智能化數(shù)字孿生系統(tǒng)構建，充分利用其強大的檢測、模擬、預測能力，真正實現(xiàn)工廠的信息化、數(shù)字化、智能化。       在選擇Unity作為底層開發(fā)工具之初，張力看重的是Unity輕量級開發(fā)功能。隨著時間的推移，其從產品到技術再到服務的全方位支持讓境騰科技受益頗多。張力表示，客戶對于數(shù)字孿生項目的期望是越來越高的，給每一個項目團隊的壓力也越來越大。面對這些挑戰(zhàn)，Unity中國團隊也適時推出了相應的技術支持和聯(lián)合定制開發(fā)服務，解決了從行業(yè)Know-how到實際開發(fā)等方面的技術難題，大大提升了最終客戶的滿意度，增強了合作伙伴在市場中的競爭力。落地：降低應用門檻       張力非常認同微軟CEO Satya Nadella提出的企業(yè)元宇宙（Enterprise Metaverses）概念，其中包含了IoT物聯(lián)網、Digital Twin數(shù)字孿生、MR混合現(xiàn)實三個重要組成部分。       這一解讀使得元宇宙在現(xiàn)階段有了邊界，且有了可以嘗試實現(xiàn)的路徑：IoT將現(xiàn)實世界中運行的隱性信息抓出來，并通過數(shù)字化的方式將隱性信息顯性化表達出來；數(shù)字孿生將現(xiàn)實世界中的顯性對象、網絡和流程通過數(shù)字化方式構建出一個數(shù)字實體，并將數(shù)字化實體與現(xiàn)實世界映射起來；MR則可以通過與數(shù)字信息的本能式交互，即與IoT獲取的轉顯信息+數(shù)字孿生對應的數(shù)字實體進行交互，實現(xiàn)了通過數(shù)字化交互反作用于現(xiàn)實世界的目的，從而產生新的運營和服務模式，進一步賦能企業(yè)產生全新的商業(yè)模式可能。

化身在Mesh for Teams沉浸式空間中會面和協(xié)作 圖片來源：微軟官方網站

從技術角度來看，實現(xiàn)數(shù)字孿生的許多關鍵技術都比較成熟，如多維度建模、多物理場仿真、預測分析模型等。但要實現(xiàn)對產品或系統(tǒng)的全面預測分析，數(shù)字孿生還需要大量的數(shù)據(jù)支撐，既包括設計環(huán)節(jié)的BOM數(shù)據(jù)，生產制造端數(shù)據(jù)和供應商數(shù)據(jù)，來自服務系統(tǒng)的備品備件、維修記錄等數(shù)據(jù)，還包括產品的性能、工況和環(huán)境參數(shù)等等數(shù)據(jù)。       這些數(shù)據(jù)貫穿產品研發(fā)、訂單管理、計劃管理、物料采購、生產管理、能耗管理等各個關鍵流程，需要PLM、ERP、WCS、WMS、MES、AIoT等多個智能系統(tǒng)相互配合，并且通過相關的數(shù)據(jù)技術方法來處理各類數(shù)據(jù)，才可以產出可量化的、可持續(xù)的數(shù)據(jù)價值。       那么，如何將這些數(shù)據(jù)更好的呈現(xiàn)給用戶呢？XR提供了解決之道。在實現(xiàn)過程中，基于實時3D技術的內容創(chuàng)建就顯得更加不可或缺。       縱觀產品和系統(tǒng)的生命周期，在設計階段，可以用數(shù)字孿生進行產品設計和規(guī)劃；在工程階段，可以用數(shù)字孿生進行仿真測試；在實施階段，借助數(shù)字孿生可以進行智能制造；在營銷階段，借助數(shù)字孿生可更好地介紹或推銷產品；在使用階段，數(shù)字孿生還可用于虛擬培訓或維護。       從這個意義上來說，不管是產品設備的數(shù)字孿生，還是車間、生產線的數(shù)字孿生，或是工廠的數(shù)字孿生，Unity的實時3D技術都是構建數(shù)字孿生體的使能技術。這意味著，Unity扮演的是降低數(shù)字孿生應用門檻的角色。深耕：釋放合作潛能       如王玨所說，數(shù)字孿生可以看作是企業(yè)數(shù)字化轉型的深化應用。       在南洋萬邦對企業(yè)數(shù)字化轉型的理解中，“缺省的數(shù)字化”至關重要，即在組織和管理中，總是優(yōu)先考慮通過數(shù)字化技術來解決，促使數(shù)字化技術與業(yè)務的緊密結合。王玨指出，從業(yè)務模式來看，南洋萬邦經歷了最早的軟硬件代理商、到后來的信息化系統(tǒng)集成和售后服務商，再到如今的公有云服務商，在這個過程中，南洋萬邦積極踐行包括云管理平臺、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網集成平臺等數(shù)字化技術的研發(fā)，助力企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉型。       除此之外，南洋萬邦認為數(shù)字化轉型是整體性的轉變：數(shù)字化轉型并非意味著完成一個項目、升級一項技術、創(chuàng)建一個電子商務網站或開發(fā)一個新的移動應用程序，而更多要考慮利用數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)企業(yè)組織架構、產品、服務、流程的數(shù)字化以及業(yè)務模式的重塑。其中最關鍵的是，數(shù)據(jù)是數(shù)字化轉型的核心，將云計算、物聯(lián)網、人工智能、數(shù)字孿生等技術與數(shù)據(jù)洞察能力結合，提升客戶體驗、優(yōu)化業(yè)務運營和轉變、升級業(yè)務模式。       王玨強調，南洋萬邦只是數(shù)字孿生價值鏈中的一份子，只有積極地與各方合作伙伴共同探索、聯(lián)合研發(fā)，包括芯片、模組、網關等硬件層面以及實時3D內容開發(fā)、建模仿真、供應鏈、數(shù)據(jù)管理等軟件層面，才能構建更完善的解決方案。除此之外，南洋萬邦也在持續(xù)深耕垂直行業(yè)，在行業(yè)中尋找更多的應用場景。       張力同樣認為合作在數(shù)字孿生價值鏈中至關重要。在他的展望中，境騰科技將繼續(xù)拓展相關能力，與數(shù)字孿生和物聯(lián)網的協(xié)同和交互，深化與Unity和南洋萬邦等伙伴的合作，一起更好地服務客戶，共建工業(yè)元宇宙，實現(xiàn)數(shù)字科技的新未來。       在這個進程中，境騰科技是南洋萬邦重要的合作伙伴，而Unity憑借其強大的實時3D技術以及面向行業(yè)的數(shù)字孿生工具鏈，將成為實現(xiàn)制造數(shù)字孿生、XR應用的首選工業(yè)仿真和內容開發(fā)管理平臺之一。