1研究报告|2022/10报告标签：元宇宙、工业数字孪生、工业互联网 2©2022 LeadLeowww.leadleo.com碳中和系列研究报告| 2022/02www.leadleo.com400-072-5588研究报告| 2022/102021年被称为“元宇宙元年”，元宇宙概念迅速点燃市场。本篇报告聚焦于元宇宙相关技术在泛工业领域的应用研究，从结合行业政策、机遇与挑战、技术架构、应用场景及落地案例、国内外代表性企业等分析维度，给出对工业元宇宙的理解与解读研究区域范围：中国研究周期：2022年研究对象：中国工业元宇宙产业此研究将会回答的关键问题：①工业元宇宙的定义、价值、发展机遇与挑战②工业元宇宙涉及的技术群及其关键技术③工业元宇宙在各行业的场景落地情况工业元宇宙最重要的价值在于，对现代工业的复杂系统，做彻底的，全方位的、系统的数字孪生，使整个工业处于完全的数字化、智能化和信息化的直观状态，并且使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，这种重构打破了传统工业、行业和企业的边界与束缚，真正实现在技术支撑下的产业融合，最大化地提高生产效率。通过设备数字孪生及流程全面数字化，提供生产系统的全数字孪生镜像，工业元宇宙能够实现生产托管，对物流、物资配送等，提供供应链的全链条管理；对能源、电力等，提供镜像分析与模拟试错场景；解决迭代试错成本高昂、升级困难的问题，实现可持续性的降本增效01工业元宇宙丰富的特征和广泛的应用决定它的实现具有高复杂度，涉及多类技术群的融合和创新。工业元宇宙技术体系包括数字孪生技术群、智能网络技术群、泛AI技术群、新信息通信技术群以及工业制造相关技术群。其中，智能网络、大数据、人工智能、云计算、区块链等相关基础技术是工业元宇宙的技术底座；感知互联、实体映射、多维建模、时空计算、仿真推演、可视化、虚实交互七个数字孪生相关技术构成了工业元宇宙的关键技术体系0203在制造业领域，工业元宇宙聚焦于产品数字化设计、工艺流程管控和重大设备管理等场景；在城市管理领域，工业元宇宙赋能城市规划、建设、治理、优化等全生命周期环节；在交通与汽车领域，工业元宇宙应用于交通工具的功能设计与研发、仿真测试、自动驾驶、故障诊断与设备维护等细分场景；在建筑领域，工业元宇宙赋能建筑规划设计、实施、运营维护等环节；在能源领域，工业元宇宙的应用覆盖能源生产、储运、管理和消费等场景当前工业元宇宙整体仍处于发展初期，行业应用场景逐步落地，在制造、城市管理、交通、汽车、建筑、能源等行业已有不同程度的应用工业元宇宙涉及多类技术群的融合和创新，其中数字孪生相关技术构成了工业元宇宙的关键技术体系工业元宇宙使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，突破传统边界与束缚，促使产业融合，实现可持续性的降本增效研究目的与摘要01 3uADAS：AdvancedDriverAssistanceSystem，先进驾驶辅助系统，是利用安装于车上的各式各样的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术uAR：AugmentedReality，是一种将虚拟信息与真实世界融合的技术uBIM：BuildingInformationModeling，建筑信息模型，一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具uCAD：ComputerAidedDesign，指运用计算机软件在图形化开发界面上进行管理软件的设计，通过设计管理软件的流程结构、数据结构，最终通过计算机软件系统的自动数据加载、解析生成能够独立应用的管理软件的过程uCAE：ComputerAidedEngineering，指工程设计中的计算机辅助工程uHMI：HumanMachineInterface，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介uIIoT：IndustrialInternetofThings，工业物联网，是将具有感知、监控能力的各类采集、控制传感器或控制器，以及移动通信，智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，从而大幅提高制造效率，降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段uIoT：InternetofThings，指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的凡仔连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理uMBD：ModelBasedDefinition，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体uUI：UserInterface，用户界面，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换uVR：VirtualReality，虚拟现实，利用计算机模拟创建一个三维空间的虚拟世界，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真u管理壳AAS：资产管理壳(AssetAdministrationShell)是一个(组)资产的数字表示。AAS由许多子模型组成，可以描述特定资产的所有信息和功能，包括其特征、特性、属性、状态、参数、测量数据和能力。其中，资产不仅是指设备和物料，也包括CAD模型、电气图，甚至包括合同、订单白皮书| 2022/10 4Chapter1工业元宇宙产业发展综述白皮书| 2022/10n定义与价值：工业元宇宙即将元宇宙相关技术应用在工业领域，在虚拟世界中对现实工业环境进行全面模拟，通过融合虚拟世界和现实世界，实现工业的改进与优化，达到降本增效的效果，最大化地提高生产效率n政策分析：从国家层面看，以数字孪生、工业互联网、元宇宙为代表的数字产业成为“十四五”规划国家政策规划的重点，政策在驱动关键技术发展的同时，推动企业进行数字化转型，深化元宇宙技术在工业领域的应用n发展机遇：在中国数字化转型浪潮下，工业元宇宙以实现物理世界与信息世界交互与共融的需求应运而生，以实现制造业、工业等行业全要素、全产业链、全价值链的互联互通，从而不断催生新业态、新模式和新产业，相关企业将在这次数字化浪潮中尽享时代发展红利 5www.leadleo.com400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书| 2022/10•工业元宇宙即将元宇宙相关技术应用在工业领域，在虚拟世界中对现实工业环境进行全面模拟，通过融合虚拟世界和现实世界，实现工业的改进与优化，达到降本增效的效果，最大化地提高生产效率中国工业元宇宙产业分析——工业元宇宙的定义与价值工业元宇宙的特征来源：《工业元宇宙》、沙利文，头豹研究院2021年，全球47个国家数字经济规模总量达到38.1万亿美元，同比名义增长15.6%，占GDP比重为45.0%。中国数字经济规模为7.1万亿美元，位居世界第二；同比增长16.2%，增速高于世界平均水平。从发展方向看，全面推行数字化转型和升级是中国当前发展的战略重点，工业元宇宙则是数字化发展的必然趋势n工业元宇宙即是将元宇宙相关技术应用于工业领域工业元宇宙即将元宇宙相关技术，包括物联网技术、AI技术、交互技术、智能网络技术、超级算力技术、区块链技术、数字孪生技术和虚拟引擎技术等，应用在工业领域，在虚拟世界中实现对现实工业环境中的研发设计、生产制造、运维管理、销售服务等环节和场景的全面模拟，覆盖工业生产全链条环节，通过融合虚拟世界和现实世界，实现工业的改进和优化，形成全新的制造和服务体系n数字孪生使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，突破传统边界与束缚，促使产业融合，实现可持续性的降本增效工业元宇宙最重要的价值在于，对现代工业的复杂系统，做彻底的，全方位的、系统的数字孪生，使整个工业处于完全的数字化、智能化和信息化的直观状态，并且使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，这种重构打破了传统工业、行业和企业的边界与束缚，真正实现在技术支撑下的产业融合，最大化地提高生产效率其次，工业元宇宙实现可持续性的降本增效。通过设备数字孪生及流程全面数字化，提供生产系统的全数字孪生镜像，工业元宇宙能够实现生产托管，对物流、物资配送等，提供供应链的全链条管理；对能源、电力等，提供镜像分析与模拟试错场景；解决迭代试错成本高昂、升级困难的问题，实现可持续性的降本增效工业元宇宙虚拟AI员工参与生产全过程，形成全新的企业组织形态数字员工探索数字文明新形态新文明在元宇宙中完成生产制造，或通过3D打印输出产品虚拟生产在元宇宙中构建新经济体系，形成新经济生态虚拟经济上中下游产业链在同一个元宇宙中组织生产数字产业链每一个参与者都可以发明创造并参与交易自主创造构建虚拟社会，运营社区生态社会生态 6www.leadleo.com400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书| 2022/10•工业元宇宙是在工业4.0和工业互联网的基础之上进行再次改造和升级，对现代工业的复杂系统进行数字孪生，打破传统工业的边界，在虚拟现实世界构建工业模型，最大化地提高社会生产力中国工业元宇宙产业分析——工业元宇宙发展历程工业元宇宙的发展历程来源：《元宇宙与数字经济》，沙利文，头豹研究院1763-1840“蒸汽”驱动发展2010-至今万物互联1866-20世纪初电力渗透工业3.0信息化时代1950-至今人机协作工业1.0机械化时代工业2.0电气化时代工业4.0智能化时代瓦特改良蒸汽机，使蒸汽机成为工业部门的动力机械，工业社会由此进入机械代替手工劳作的时代发电机和内燃机诞生且得到了广泛应用，飞机、汽车等机器获得足够动力，得到飞速发展，工业发展趋向多样化互联网与电子信息技术得以广泛应用，工业生产制造过程不断实现自动化，机器人代替人力进行高危复杂的工序大数据、云计算、物联网、数字孪生等新兴技术与工业相结合，将一切的人、事、物连接起来，并可在虚拟空间中完成映射，实现“万物互联”与“虚实共生”n新工业文明释放生产力，重塑世界格局，工业元宇宙是国家间国力竞赛的利器蒸汽机的发明引发了第一次工业革命，突破了人类肉体生产力的极限，人类进入机械化时代；电力的广泛应用冲破了能源束缚的壁垒，驱动了第二次工业革命，人类进入电气化时代；计算机、互联网的发明和应用挣脱了距离的枷锁，催生了信息化技术，进而掀起第三次工业革命的浪潮。随着信息化技术不断地沉淀与进步，在社会和人工智能、超级算力、大数据等数字化技术指数级进步的推动下，人类已进入工业4.0——智能化时代的初期阶段，工业4.0是以物联信息为基础，在生产制造到市场销售的信息领域，实现数字化与智能化在工业活动的深入应用。工业元宇宙则是在此基础之上，对现代工业的复杂系统，做彻底的、全方位、系统性的数字孪生，使整个工业处于完全的数字化、智能化和信息化的直观状态，引导新的工业、行业和产品诞生，打破传统工业的物理边界、组织边界、协作边界，在虚拟现实世界构建工业模型，最大化地提高社会生产力，并实现可持续性的降本增效每一次工业革命均伴随着生产力的大幅提升，同时重塑世界格局。率先抓住机会的国家往往将迅速崛起，并在新的世界秩序中占据主导地位。因此，工业元宇宙必然是未来国家间竞争的疆域持续降本增效，生产效率大幅提升 7www.leadleo.com400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书| 2022/10•工业元宇宙产业链可分为基础设施层、核心层和应用层，中国企业在基础设施层的布局相对领先，基本可实现自主可控；核心层的关键技术、软硬件等主要依赖进口；应用层多为本土企业与外企协同合作中国工业元宇宙产业分析——工业元宇宙产业链图谱工业元宇宙产业链图谱来源：沙利文，头豹研究院n工业元宇宙产业链可分为基础设施层、核心层和应用层，其中核心层的数字孪生是最为核心的组成部分基础设施层包括通信网络基础设施、算力基础设施和新技术基础设施，主要负责数据的实时传输与分发、存储计算与处理、数据挖掘与分析决策，保障工业元宇宙的正常运转。目前中国企业在基础设施层的布局处于较为领先的位置，