“世界的盡頭是鐵嶺，互聯(lián)網(wǎng)的盡頭是元宇宙”，這是最近頻繁被提及的一句玩笑話。

今年，“元宇宙”成為頂流熱詞，特別是在科技、游戲及互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)巨頭也爭相入局，隨著Facebook母公司宣布改名Meta “All in元宇宙” ，#元宇宙#話題一度沖上熱搜，成為大家爭論的焦點(diǎn)。

其實(shí)元宇宙的概念并不新鮮，早在1992年美國作家尼爾斯蒂芬森的科幻小說《雪崩》中，就描繪了一個(gè)平行于現(xiàn)實(shí)世界的虛擬世界，每一個(gè)人都沉浸在這個(gè)虛擬空間里，以虛擬替身的形式相互交流，這一描述在小說出版時(shí)，被貼上了“科幻”的標(biāo)簽。從科幻到現(xiàn)實(shí)，僅僅過了不到三十年。

在一些科幻電影中，元宇宙也有體現(xiàn)，例如電影《頭號(hào)玩家》的“綠洲”、《失控玩家》的“自由城”，被認(rèn)為是目前最符合《雪崩》中描述的“元宇宙”狀態(tài)，主人公戴上VR頭盔便可進(jìn)入虛擬世界，不僅能“看到”，還能通過體感設(shè)備體會(huì)到，這種直觀感受，讓大家對(duì)“元宇宙”有了更深層次的理解。

換句話說，元宇宙是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字化表達(dá)，現(xiàn)實(shí)中的人、物、天氣，甚至故事、情感都可以搬進(jìn)虛擬世界中，讓人們?cè)谶@里能進(jìn)行社交、娛樂、教育、交易等社會(huì)性活動(dòng)，為用戶提供豐富的消費(fèi)內(nèi)容、可靠的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、沉浸式的交互體驗(yàn)。

那么，元宇宙就可以和XR(擴(kuò)展現(xiàn)實(shí))、游戲劃等號(hào)了嗎?恐怕也不是。

01、智能制造元宇宙爆發(fā)

隨著數(shù)字孿生(DT)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、人工智能(AI)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)元宇宙的底層技術(shù)不斷進(jìn)步融合，元宇宙的應(yīng)用范圍正在不斷拓展，每個(gè)行業(yè)都從自身角度，為元宇宙賦予了不同的定義。

目前行業(yè)對(duì)“元宇宙”發(fā)展趨勢，已初步形成兩大方向：

第一是消費(fèi)市場，賦能新消費(fèi)、新娛樂，主流形態(tài)將明顯集中在游戲領(lǐng)域，側(cè)重沉浸式消費(fèi)體驗(yàn)與娛樂社交。

第二是商用市場，賦能智能制造、智慧服務(wù)、智慧辦公等，改變?nèi)藗兩?、工作連接方式，實(shí)現(xiàn)降本提效，以及產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化。

我們?nèi)缃竦脑钪鏁r(shí)代正是娛樂、社交最火熱的消費(fèi)階段，它在諸多現(xiàn)實(shí)場景中已獲得了廣泛應(yīng)用，不過伴隨元宇宙經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，商用在經(jīng)濟(jì)中的拉動(dòng)力愈發(fā)凸顯。換句話說，未來元宇宙最廣泛的應(yīng)用，或許不是面向個(gè)人消費(fèi)者，而是率先產(chǎn)生實(shí)際價(jià)值的商用市場，特別是全球新一輪科技與產(chǎn)業(yè)競爭核心的“智能制造”。

“智能制造元宇宙”的本質(zhì)，是圍繞“研發(fā)”、“制造”、“銷售”、“終端”四大場景創(chuàng)建的虛擬場景，模擬其在現(xiàn)實(shí)環(huán)境狀態(tài)而產(chǎn)生的價(jià)值。形象地講，相當(dāng)于企業(yè)把自己打包搬進(jìn)了虛擬世界，變成一座虛擬工廠，同時(shí)，這座虛擬工廠與現(xiàn)實(shí)工廠數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素可視、可析、可驗(yàn)證以及智能化管理的“元宇宙”應(yīng)用，大大減少實(shí)體運(yùn)營維護(hù)，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

區(qū)別于傳統(tǒng)認(rèn)知，“元宇宙”已初步應(yīng)用到企業(yè)研發(fā)制造場景，在其中扮演“關(guān)鍵先生”的，就有聯(lián)想。作為很早就開始智能化轉(zhuǎn)型企業(yè)，聯(lián)想走在了行業(yè)前列，尤其是智能制造轉(zhuǎn)型探索中，聯(lián)想通過內(nèi)生外化、實(shí)踐孕育出了5大能力：互聯(lián)互通、柔性制造、虛實(shí)結(jié)合、閉環(huán)質(zhì)量、智能決策，這些能力滲透在聯(lián)想智能制造場景應(yīng)用的每一個(gè)環(huán)節(jié)，形成了制造轉(zhuǎn)型的最短路徑。

聚焦于“智能制造元宇宙”，聯(lián)想依托產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的虛實(shí)結(jié)合能力，尤其是數(shù)字孿生-仿真技術(shù)的應(yīng)用，幫助企業(yè)建立“虛擬工廠”，實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的測試和分析，然后再通過虛擬制造對(duì)生產(chǎn)流程驗(yàn)證和優(yōu)化，確保真實(shí)的生產(chǎn)順利進(jìn)行。產(chǎn)品進(jìn)產(chǎn)線后，進(jìn)行數(shù)字孿生虛實(shí)互聯(lián)，讓關(guān)鍵設(shè)備在模型上實(shí)時(shí)監(jiān)控，識(shí)別和調(diào)整設(shè)備的狀態(tài)，改善現(xiàn)有產(chǎn)品、運(yùn)營和服務(wù)，這一系列數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，讓聯(lián)想走在了“智能制造元宇宙”應(yīng)用前列。

如果說聯(lián)想可以打開“智能制造元宇宙”的大門，那么“數(shù)字孿生”正是打開大門的關(guān)鍵之鑰。

02、數(shù)字孿生的元宇宙方法論

“數(shù)字孿生”，也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像，元宇宙是數(shù)字孿生對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的鏡像表達(dá)，通俗解釋就是在一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的數(shù)字版“克隆體”。

數(shù)字孿生體最大的特點(diǎn)在于它對(duì)“本體”的動(dòng)態(tài)仿真，數(shù)字孿生體是會(huì)“動(dòng)”的。而且，數(shù)字孿生體 “動(dòng)”的依據(jù)，來自本體的物理設(shè)計(jì)模型，還有本體上面?zhèn)鞲衅鞣答伒臄?shù)據(jù)，這就是數(shù)字孿生的“模擬仿真”技術(shù)。

說白了，本體的實(shí)時(shí)狀態(tài)，還有外界環(huán)境條件，都會(huì)復(fù)現(xiàn)到“克隆體”身上。在“智能制造元宇宙”中，不僅是外界的環(huán)境條件會(huì)復(fù)現(xiàn)到“克隆體”中，同時(shí)“克隆體”的情況也會(huì)映射到實(shí)物產(chǎn)品，把實(shí)物產(chǎn)品運(yùn)營實(shí)際過程中的數(shù)據(jù)作為輸入傳到數(shù)字孿生模型中，就可以優(yōu)化實(shí)際的產(chǎn)品性能。

這種特性，剛好讓“數(shù)字孿生”在元宇宙應(yīng)用場景中，擁有極強(qiáng)的可塑性。

以我國航天為例，今年首次出艙活動(dòng)的神舟十二號(hào)，數(shù)字孿生的技術(shù)突破在研發(fā)中起到了關(guān)鍵性的作用，通過模擬仿真構(gòu)建一個(gè)和飛船一模一樣的虛擬模型，讓科學(xué)家在虛擬太空中進(jìn)行無數(shù)次的模擬飛行，在研發(fā)效率和成本控制上達(dá)到了新的高度，不僅于此，還可以操作現(xiàn)實(shí)中無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。

如果把“智能制造元宇宙”比喻成一款RPG游戲，數(shù)字孿生扮演的角色就是“游戲引擎”，所有人物、設(shè)備、場景都由它進(jìn)行賦能創(chuàng)建，沒有它的模擬仿真技術(shù)介入，就很難制作出細(xì)膩真實(shí)的游戲世界。

在“智能制造元宇宙”的搭建中，數(shù)字孿生重要性不言而喻，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的仿真、建模、分析，再部署傳感器實(shí)現(xiàn)虛實(shí)交融，實(shí)時(shí)反饋設(shè)備信息，不僅數(shù)據(jù)可追溯、故障點(diǎn)可精確定位，同時(shí)也可以遠(yuǎn)程操控、診斷恢復(fù)，當(dāng)維護(hù)人員通過AR/VR檢查設(shè)備時(shí)，簡直就相當(dāng)于在游戲中開了上帝視角。

03、數(shù)字孿生實(shí)踐路徑，為制造企業(yè)轉(zhuǎn)型賦能

數(shù)字孿生實(shí)踐應(yīng)用又是什么樣的情況呢?

隨著智能化浪潮，疊加疫情常態(tài)化，今天，產(chǎn)品開始越來越注重個(gè)性化，快速迭代的壓力不斷增長，這對(duì)制造業(yè)的挑戰(zhàn)越來越大，雖然很多企業(yè)已加速自身智能化轉(zhuǎn)型步伐，但技術(shù)融合過程中，能有的放矢、精準(zhǔn)轉(zhuǎn)型，仍然是一個(gè)困難重重的過程。

在生產(chǎn)制造過程中，產(chǎn)品驗(yàn)證周期長、依賴實(shí)物、工藝靈活度不夠一直是制造企業(yè)面臨的痛點(diǎn)，這些問題也同樣困擾過聯(lián)想.....

幾年前，聯(lián)想開始智能化轉(zhuǎn)型，通過“端-邊-云-網(wǎng)-智”全覆蓋的新IT架構(gòu)，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于從銷售、計(jì)劃、采購、生產(chǎn)、交付、服務(wù)的各個(gè)場景，比如MBD解決方案、數(shù)字化工藝解決方案、產(chǎn)品工程化仿真方案、智能倉儲(chǔ)解決方案、智能包裝解決方案、智能城配路線解決方案、物流網(wǎng)絡(luò)選址解決方案。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程中，傳統(tǒng)方式中，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)多、跨專業(yè)，試制品整合需要大量的時(shí)間和精力，聯(lián)想的MBD解決方案可以充分利用信息系統(tǒng)的優(yōu)勢，將相應(yīng)單學(xué)科設(shè)計(jì)軟件工具的設(shè)計(jì)圖樣，集成至PTC的Winchill PLM，形成3D數(shù)字化樣機(jī)。

聯(lián)想MBD架構(gòu)圖

3D數(shù)字化樣機(jī)具有可視化的特點(diǎn)，可以讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在完整的視圖中評(píng)審產(chǎn)品，排除問題，簡直像上帝視角，這一應(yīng)用也大幅提高了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的效率和設(shè)計(jì)品質(zhì)。

在生產(chǎn)運(yùn)營流程中，傳統(tǒng)方式的研發(fā)設(shè)計(jì)與制造工藝數(shù)據(jù)分開獨(dú)立管理運(yùn)行，這就造成了信息不對(duì)稱，很容易導(dǎo)致停線、重工、上市推遲等損失。聯(lián)想打破了從研發(fā)到制造的“數(shù)據(jù)孤島”，通過建立物理產(chǎn)品的數(shù)字映射，基于產(chǎn)品使用過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)形成閉環(huán)反饋和優(yōu)化，打造了數(shù)字化工藝解決方案，該方案的應(yīng)用場景主要包括：

1、研發(fā)人員可以實(shí)時(shí)查看產(chǎn)品在工廠產(chǎn)線的工序工藝等制造信息，一目了然。

2、工廠工藝或制造工程師可以實(shí)時(shí)查看產(chǎn)品的研發(fā)圖檔、設(shè)計(jì)要求等研發(fā)信息。

3、根據(jù)訂單配置不同，實(shí)時(shí)生成對(duì)應(yīng)的最佳工藝序列，以可視化的方式呈現(xiàn)給產(chǎn)線員工。

4、工廠可以實(shí)時(shí)及時(shí)收到變更信息，自動(dòng)更新產(chǎn)線的可視化工藝。

在生產(chǎn)運(yùn)營流程中，為了構(gòu)建從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)執(zhí)行、服務(wù)支持的全價(jià)值鏈數(shù)字化體系，聯(lián)想還有一個(gè)產(chǎn)品工程化仿真方案。產(chǎn)品工程化仿真是指物理產(chǎn)品在虛擬空間的數(shù)字模型，這個(gè)數(shù)字模型不僅和現(xiàn)實(shí)世界的物理產(chǎn)品形似，能模擬產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)行，還能通過產(chǎn)品在包裝過程中反饋的數(shù)據(jù)，反映產(chǎn)品運(yùn)行狀況，乃至改變產(chǎn)品形態(tài)。

在該方案中，產(chǎn)品工程驗(yàn)證階段，制造工程人員可以通過設(shè)計(jì)圖紙仿真提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題并進(jìn)行研發(fā)優(yōu)化，制造工藝人員能夠提前規(guī)劃產(chǎn)能及設(shè)備的布置，在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期內(nèi)，制造工程人員還可以通過仿真工具分析問題并找到解決方案。

通過對(duì)數(shù)字孿生仿真工具的使用，該方案能切實(shí)為企業(yè)帶來從研發(fā)量產(chǎn)周期、到生產(chǎn)效率、再到產(chǎn)品質(zhì)量的全方位提升。比如，縮短10-20%的上市時(shí)間，制造效率提升10-20%，制造成本降低10-20%，質(zhì)量提升15-20%。

聯(lián)想產(chǎn)品形態(tài)繁多，各種類的產(chǎn)品隨著功能的擴(kuò)展，帶來制造過程的復(fù)雜。同時(shí)，聯(lián)想還面臨高成本壓力下的高質(zhì)量需求，新材料的使用、不斷更新的零部件、人力成本的攀升產(chǎn)生成本壓力，同時(shí)客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求逐步提高。

產(chǎn)品更新?lián)Q代的加速造成新產(chǎn)品的生命周期不斷縮短，需要在較短的產(chǎn)品生命周期內(nèi)保障足夠的產(chǎn)能。這其中還包括定制機(jī)型與個(gè)性化需求要求產(chǎn)線具備柔性制造的能力。

為了應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，聯(lián)想探索出了制造過程仿真解決方案可以應(yīng)用于以下場景：

場景一，在工廠/倉庫/產(chǎn)線還處于設(shè)計(jì)階段，沒有實(shí)體設(shè)備時(shí)，通過建立數(shù)字化的仿真模型，可驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案中流程、產(chǎn)線和設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理性，發(fā)現(xiàn)潛在問題，并針對(duì)性地提出改進(jìn)建議。

場景二，對(duì)于已建成準(zhǔn)備投產(chǎn)的工廠/倉庫/產(chǎn)線，可建立對(duì)應(yīng)的仿真模型，模擬運(yùn)行產(chǎn)品生產(chǎn)流程，驗(yàn)證產(chǎn)能，發(fā)現(xiàn)瓶頸，優(yōu)化流程。

場景三，在現(xiàn)有的產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)訂單切換、新產(chǎn)品投產(chǎn)等生產(chǎn)變動(dòng)之前，可以通過仿真驗(yàn)證是否會(huì)對(duì)產(chǎn)能及交付時(shí)效性產(chǎn)生影響。

人機(jī)因仿真

尤其是在新品導(dǎo)入時(shí)，聯(lián)想通過數(shù)字模型驗(yàn)證和仿真技術(shù)，來解決樣品裝配，避免試投才發(fā)現(xiàn)問題。這樣做的效果，是我們可以提前2-3周發(fā)現(xiàn)并解決20%的問題，這就大大加速了新品導(dǎo)入過程，而且保證了量產(chǎn)時(shí)的質(zhì)量水平。

更值得一提的是，數(shù)字孿生不僅能夠單獨(dú)賦能，去年聯(lián)想還結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)(IOT)技術(shù)，在工廠試點(diǎn)虛擬工廠，由數(shù)字工藝平臺(tái)直接向產(chǎn)線發(fā)布調(diào)整工藝，根據(jù)產(chǎn)品配置、人力情況，靈活調(diào)整生產(chǎn)情況;并采集設(shè)備和人工操作數(shù)據(jù)，全面監(jiān)控生產(chǎn)，讓一條線每年可節(jié)約125小時(shí)以上的換線時(shí)間。

在“智能制造元宇宙”的展望里，這僅僅是一個(gè)開始。隨著聯(lián)想對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的深入理解，這些代表了未來的新技術(shù)正在不斷推廣、應(yīng)用到新產(chǎn)品、新工廠。長遠(yuǎn)的未來里，元宇宙也將攜著數(shù)以億計(jì)的實(shí)體設(shè)備，讓萬物皆可“數(shù)字孿生”。

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