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近日，美國科技公司巨頭們紛紛公布了2022年第三季度財(cái)報(bào)。面對(duì)“裁員”“市值蒸發(fā)”等消息，科技行業(yè)真的走向下坡路了嗎？本文透過現(xiàn)象看本質(zhì)，重新分析了美國科技公司們利潤下降增長放緩的原因，結(jié)合當(dāng)下環(huán)境對(duì)這些現(xiàn)象提出了前瞻性的理解，希望能為你提供有用的參考。

摘要

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，標(biāo)識(shí)解析體系是打通物理世界的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，區(qū)塊鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)信用傳遞和數(shù)據(jù)安全共享的關(guān)鍵技術(shù)，而元宇宙是基于互通物理世界，將區(qū)塊鏈、人工智能、VR/AR等技術(shù)進(jìn)行整合，并對(duì)現(xiàn)實(shí)世界所涉及的內(nèi)容生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、用戶體驗(yàn)等實(shí)施改造。

通過分析當(dāng)前數(shù)字工廠存在的問題、現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的關(guān)系以及當(dāng)前工廠元宇宙的研究現(xiàn)狀，構(gòu)建了基于標(biāo)識(shí)解析體系和“星火·鏈網(wǎng)”體系的工廠元宇宙6層體系架構(gòu)，詳細(xì)闡述了物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、策略層、應(yīng)用層、交互層的功能和作用。通過對(duì)一些特定場景的分析和描述，認(rèn)為工廠元宇宙發(fā)展雖然可能面臨很多挑戰(zhàn)，但是它能夠改變傳統(tǒng)數(shù)字化工廠的生產(chǎn)模式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。

0 引言

在2021年3月，中國政府發(fā)布了《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，在加快推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面，明確提出要培育壯大人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全等新興數(shù)字產(chǎn)業(yè)，提升通信設(shè)備、核心電子元器件、關(guān)鍵軟件等產(chǎn)業(yè)水平，構(gòu)建基于5G的應(yīng)用場景和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。推動(dòng)數(shù)據(jù)賦能全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同轉(zhuǎn)型，深化研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場服務(wù)等環(huán)節(jié)的數(shù)字化應(yīng)用，培育發(fā)展個(gè)性定制、柔性制造等新模式，加快產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化改造。

目前，隨著我國兩大新型基礎(chǔ)設(shè)施體系（即：國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系、國家區(qū)塊鏈“星火·鏈網(wǎng)” 體系）的建立、應(yīng)用和推廣，促進(jìn)了工業(yè)數(shù)字化及智能化的發(fā)展，解決了工業(yè)企業(yè)之間的“數(shù)據(jù)孤島”問題，保障了工業(yè)數(shù)據(jù)的安全性和可信性。

但是由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，大型工廠規(guī)模不斷擴(kuò)大，存在著智能監(jiān)控裝置部署分散、日常巡檢與管控壓力大、人員成本高、生產(chǎn)協(xié)同困難、產(chǎn)品定制化困難、系統(tǒng)維護(hù)自動(dòng)化程度低和上崗工人培訓(xùn)耗時(shí)費(fèi)力且成效不夠顯著等一系列問題，根據(jù)相關(guān)研究報(bào)告，元宇宙技術(shù)能夠達(dá)到遠(yuǎn)程操控作業(yè)、虛擬運(yùn)維、模擬運(yùn)行、實(shí)境培訓(xùn)等需求，為解決當(dāng)前存在的問題提供了方向。

為帶動(dòng)生產(chǎn)力提升、改進(jìn)工廠生產(chǎn)模式、人員協(xié)同模式，促成企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和以人為本的轉(zhuǎn)型，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)價(jià)值分配與經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)變，保障人員生產(chǎn)安全和設(shè)備運(yùn)行安全，打造工廠元宇宙成為了數(shù)字化工廠進(jìn)一步升級(jí)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

元宇宙作為集成了擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）、人工智能、區(qū)塊鏈和5G等多種技術(shù)的融合成果，大型工廠作為具有相對(duì)固定場景且數(shù)字化程度較高的物理環(huán)境，使得工廠完全具備構(gòu)建元宇宙條件與優(yōu)勢。

因此，本文基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析與星火·鏈網(wǎng)體系，對(duì)元宇宙賦能未來工廠展開研究，提出基于元宇宙概念的打造工廠元宇宙的技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)用與挑戰(zhàn)，對(duì)減少人力成本、時(shí)間成本和避免資源浪費(fèi)有著正向促進(jìn)作用，對(duì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個(gè)性化定制、產(chǎn)品全生命周期管理、資產(chǎn)價(jià)值鏈傳遞和高效運(yùn)維等具有重要意義，同時(shí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)“十四五”規(guī)劃將起到推動(dòng)性作用。

1 元宇宙概述

2021年被稱為“元宇宙元年”，相關(guān)報(bào)告習(xí)慣將超出現(xiàn)實(shí)世界物理限制的虛擬世界稱為“元宇宙”。

隨著“元宇宙”投資市場颶風(fēng)的掀起，多方資本介入，相關(guān)概念股持續(xù)大漲，Roblox股價(jià)暴漲，估值超600億美元，INVIDIA推出元宇宙平臺(tái)Omniverse，2021年8月，字節(jié)跳動(dòng)公司為提前布局元宇宙，共斥資90億元收購Pico，2021年10月，一直致力于數(shù)字孿生平臺(tái)研究的供應(yīng)商——DataMesh公司，為打造工業(yè)“元宇宙”，實(shí)現(xiàn)了接近1億元的資本融合。

在資本驅(qū)動(dòng)和巨頭的疊加效應(yīng)下，作為新興概念的元宇宙被完全引爆，成為 2021 年貫穿工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化、娛樂、區(qū)塊鏈等多個(gè)行業(yè)的爆點(diǎn)。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、5G通信技術(shù)、區(qū)塊鏈、AI、低時(shí)延遠(yuǎn)程控制等技術(shù)的發(fā)展，元宇宙的定義不斷具象化，如Wright[1]等（2008）認(rèn)為元宇宙不僅僅是簡單的電腦或游戲程序，而是一個(gè)能同時(shí)支持大量人員進(jìn)行社交互動(dòng)的大型3D虛擬網(wǎng)絡(luò)世界。

Rehm[2]等將元宇宙定義為技術(shù)發(fā)展趨勢與社會(huì)和商業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之間的中介，他們相信通過虛擬分身和沉浸式的輔助技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這種連接。清華大學(xué)沈陽教授認(rèn)為元宇宙是通過整合人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)而形成的一個(gè)理念或概念，并不是一種單純的技術(shù)。

隨著工業(yè)數(shù)字化的發(fā)展，將元宇宙概念引入至工業(yè)場景成為了可能，據(jù)相關(guān)分析報(bào)告定義，以“工業(yè)元宇宙”為標(biāo)志的未來工廠發(fā)展的三個(gè)階段，第一階段：黑燈工廠與無人化車間，第二階段：以數(shù)字孿生、CPS信息物理系統(tǒng)和全連接工廠為標(biāo)志的未來工廠，第三階段：以“工業(yè)元宇宙”為標(biāo)志的未來工廠，如今第一階段和第二階段均已實(shí)現(xiàn)，正在向第三階段邁進(jìn)。

比如：擁有1.8萬平方的小米黑燈工廠，車間沒有工人，卻能每秒生產(chǎn)一部小米手機(jī)。綜上所述，元宇宙是未來工廠的發(fā)展方向，通過利用擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈等多種前沿技術(shù)，使用戶以數(shù)字替身的方式進(jìn)行生產(chǎn)、創(chuàng)作和經(jīng)濟(jì)交易，通過這種方式保持著對(duì)現(xiàn)實(shí)世界全面的感知與控制，但又與現(xiàn)實(shí)世界平行。

2 研究現(xiàn)狀分析

2.1 元宇宙相關(guān)政策動(dòng)向

隨著元宇宙相關(guān)概念的提出及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)國家和組織對(duì)元宇宙表現(xiàn)出不同的態(tài)度。

美國是首先對(duì)元宇宙進(jìn)行探索的國家，其主要關(guān)注元宇宙在開放性條件下如何保障相關(guān)數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。

韓國為打造本土的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，成立了“元宇宙”聯(lián)盟，聯(lián)盟內(nèi)成員主要包括SK公司、LG公司、現(xiàn)代汽車等公司。歐盟注重元宇宙的規(guī)則、監(jiān)管和安全問題，為充分保障用戶權(quán)益和網(wǎng)絡(luò)安全，先后出臺(tái)了《人工智能法案》、《數(shù)字服務(wù)法案》等法律法規(guī)。

我國一直致力于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)和工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，出臺(tái)了多項(xiàng)推動(dòng)元宇宙發(fā)展的政策（如表1所示）。

2018年12月，國家工信部在《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》一文明確指出：到2025年，需要將我國虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)整體提實(shí)力進(jìn)入全球前列，2021年3月，國家工信部提出“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年），形成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)等典型行業(yè)千兆應(yīng)用示范，2022年“兩會(huì)”提案成立國家級(jí)“元宇宙”研發(fā)機(jī)構(gòu)，屆時(shí)工信部明確提出了在我國培育進(jìn)軍元宇宙的創(chuàng)新型企業(yè)的建議。

表1 各單位/地區(qū)推動(dòng)元宇宙發(fā)展的政策Table 1 Policies of each unit/region to promote the development of the metaverse

2.2 元宇宙行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2007年Metaverse Roadmap團(tuán)隊(duì)就確定了元宇宙世界的四個(gè)主要場景：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、生命日志、虛擬世界和鏡像世界[9]。

在2014年Facebook收購Oculus VR，率先進(jìn)行元宇宙產(chǎn)業(yè)布局，于2021年10月公司更名為“Meta”，宣布正式向元宇宙進(jìn)軍[10]。

騰訊公司在元宇宙系統(tǒng)布局上開展了多項(xiàng)投資，如：與Roblox合作成立公司，投資Epic Games，Avakin life等游戲。另外，騰訊還推出智慧信息底層平臺(tái)Citybase，正式進(jìn)軍城市信息模型領(lǐng)域[11]。

除此之外，字節(jié)跳動(dòng)對(duì)元宇宙也采取了積極的應(yīng)對(duì)態(tài)度，分別向“中國版Roblox”投資1億元和以90億元的價(jià)格收購VR Pico，進(jìn)入VR賽道。除這些互聯(lián)網(wǎng)巨頭外，谷歌、蘋果、百度、阿里巴巴等公司也都在積極籌劃元宇宙相關(guān)業(yè)務(wù)。

2.3工廠元宇宙研究現(xiàn)狀

2022年1月7日消息，韓國現(xiàn)代汽車宣布與3D內(nèi)容平臺(tái)Unity開展合作旨在打造元宇宙數(shù)字虛擬工廠[12]。寶馬構(gòu)思并設(shè)計(jì)的最新工廠可實(shí)現(xiàn)1分鐘下線1輛車，所生產(chǎn)的每輛車均可實(shí)現(xiàn)定制化，整個(gè)生產(chǎn)的流程均在Omniverse元宇宙環(huán)境下進(jìn)行模擬。

我國在工廠元宇宙的研究仍處于起步階段，根據(jù)《中國元宇宙商標(biāo)申請(qǐng)企業(yè)畫像報(bào)告（2021年）》[13]，于2021年底，我國相關(guān)企業(yè)申請(qǐng)的元宇宙商標(biāo)共計(jì)1.14萬個(gè)，包含小鵬汽車、比亞迪汽車、國聯(lián)云等在內(nèi)的企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)開始推進(jìn)元宇宙數(shù)字化工廠的平臺(tái)建設(shè)，期望通過模擬工廠生產(chǎn)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝和流程，實(shí)現(xiàn)降本增效和綠色低碳的發(fā)展。

3 技術(shù)架構(gòu)

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前元宇宙處于探索階段，針對(duì)不同場景下元宇宙應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界并未形成統(tǒng)一的定義。

Jon Radoff[14]基于出口市場價(jià)值鏈的產(chǎn)業(yè)分工提出了7層元宇宙架構(gòu)，以滿足產(chǎn)業(yè)需求，該架構(gòu)從底層到頂層分別為：基礎(chǔ)設(shè)施、人機(jī)交互、去中心化、空間計(jì)算、創(chuàng)造者經(jīng)濟(jì)、發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)、用戶體驗(yàn)。華子荀等[15]基于教育元宇宙的教學(xué)場域提出了的4層元宇宙架構(gòu)，包含物理層、軟件層、應(yīng)用層、分析層，以滿足師生在物理世界和虛擬世界的教與學(xué)需求。

李默[16]基于智慧圖書館服務(wù)模式提出了圖書館元宇宙體系6層架構(gòu)，包含物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、規(guī)則層、應(yīng)用層和交互層，為元宇宙在智慧圖書館的應(yīng)用研究提供了參考。

元宇宙通過實(shí)現(xiàn)全真互聯(lián)網(wǎng)，賦能現(xiàn)實(shí)工廠的工藝設(shè)計(jì)、排產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)流程、員工交流、個(gè)性化定制、設(shè)備和系統(tǒng)維護(hù)等環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)改變工廠生產(chǎn)模式和員工工作、生活、交流方式的目的。

在工廠數(shù)字原生世界中，通過我國構(gòu)建的標(biāo)識(shí)解析和“星火·鏈網(wǎng)”兩大基礎(chǔ)設(shè)施體系，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)內(nèi)外各平臺(tái)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)的可信傳遞。但由于打造工廠元宇宙需要對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行映射，映射過程中需要對(duì)現(xiàn)實(shí)世界物理身份進(jìn)行綁定，同時(shí)元宇宙需要依靠區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)信用價(jià)值安全傳遞。

因此，本文結(jié)合元宇宙的相關(guān)技術(shù)、基本特點(diǎn)、核心要素和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析平臺(tái)、星火·鏈網(wǎng)平臺(tái)、工廠數(shù)字化平臺(tái)，構(gòu)建工廠元宇宙模型，設(shè)計(jì)工廠元宇宙體系架構(gòu)，該架構(gòu)共6層，分別為物理層、軟件層、數(shù)據(jù)層、策略層、應(yīng)用層、交互層，如圖1所示。

圖1 工廠元宇宙6層架構(gòu)Figure 1. 6-layer architecture of factory Metaverse

3.2 分層介紹

（1）物理層

物理層是構(gòu)建整個(gè)工廠元宇宙體系的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行лd體，該層主要包含賦有標(biāo)識(shí)編碼的感知設(shè)備、工控設(shè)備、生產(chǎn)線、智能化加工及檢測單元、智能化物流單元等數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。

感知設(shè)備主要是利用智能移動(dòng)終端、傳感器模塊、視覺感知攝像頭、高精度GPS、RFID等設(shè)備，感知、識(shí)別工廠內(nèi)部的設(shè)備（如：生產(chǎn)、加工、物流、控制設(shè)備等）和工廠環(huán)境（如：溫濕度、光照強(qiáng)度等），以及獲取建設(shè)工廠元宇宙的基本數(shù)據(jù)（如：用戶的數(shù)據(jù)信息可以通過移動(dòng)終端和GPS進(jìn)行獲?。?，最終利用自動(dòng)標(biāo)識(shí)掃碼器、RFID 實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠物料、產(chǎn)品、設(shè)備的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳。

物理層和軟件層中間的傳輸通道是整個(gè)物理層最關(guān)鍵的部分，通過利用5G/6G網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)、AioT網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、TSN網(wǎng)絡(luò)形成的通信管道，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。通過AioT、TSN等網(wǎng)絡(luò)將多維度的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)在云端和邊緣端進(jìn)行保存，并將數(shù)據(jù)上傳至軟件層進(jìn)行使用。

（2）軟件層

軟件層是整個(gè)架構(gòu)的關(guān)鍵層，該層主要包含兩大軟件，即：工業(yè)系統(tǒng)性軟件和工業(yè)應(yīng)用性軟件。軟件層主要是負(fù)責(zé)加工、分析和處理經(jīng)物理層上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)為數(shù)據(jù)層提供應(yīng)用數(shù)據(jù)源支撐，該層在工廠元宇宙中起到了核心驅(qū)動(dòng)器的作用。

工業(yè)系統(tǒng)軟件用途主要是控制、協(xié)調(diào)工廠內(nèi)部接入的硬件設(shè)備，支撐應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)、研發(fā)、部署和運(yùn)行，該部分主要包括元宇宙系統(tǒng)軟件、云計(jì)算系統(tǒng)、人工智能控制軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、Windows/Linux/Android/IOS操作系統(tǒng)等多種系統(tǒng)。

應(yīng)用軟件則是指一些定制化軟件，這些軟件可以實(shí)現(xiàn)工廠元宇宙定制化功能，通過應(yīng)用軟件與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系結(jié)合，打通與物理層、現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場景之間的關(guān)系，構(gòu)建一個(gè)基礎(chǔ)性的EOP平臺(tái)，為整個(gè)數(shù)字工廠的3D構(gòu)建軟件、實(shí)時(shí)通信軟件、腦機(jī)交互軟件等提供公共型服務(wù)。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要由數(shù)據(jù)中心、數(shù)字資產(chǎn)中心和數(shù)字孿生三個(gè)部分組成。

數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠元宇宙產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)（用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、行為和操作數(shù)據(jù)等）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)（標(biāo)識(shí)編碼數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)（設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)）、能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物料信息數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、模擬仿真數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)、設(shè)備故障與維護(hù)數(shù)據(jù)等）等海量原始數(shù)據(jù)的匯聚與存儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)的更上層的應(yīng)用提供原始數(shù)據(jù)分析和參考。

數(shù)字資產(chǎn)中心是一個(gè)底層基礎(chǔ)平臺(tái)，基于該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)交易，平臺(tái)采用分布式去中心化的區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的可信性、安全性和數(shù)字化，同時(shí)，通過采用虛擬電子形式對(duì)非貨幣性資產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌管理。

數(shù)字孿生是對(duì)工廠的內(nèi)外部環(huán)境、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)，通過構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠一一對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生體，可實(shí)現(xiàn)智能工廠的精細(xì)化管理，為員工、用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（4）策略層

策略層主要是為數(shù)據(jù)應(yīng)用建立規(guī)范化的策略，構(gòu)建監(jiān)管體系，維護(hù)數(shù)字化工業(yè)生產(chǎn)秩序。策略層主要包括數(shù)字治理、工藝流程、組織監(jiān)管、生產(chǎn)流程、智能化排班排產(chǎn)、行為活動(dòng)、推理計(jì)算、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。

其中，數(shù)字治理就是依托數(shù)據(jù)要素作為驅(qū)動(dòng)力，構(gòu)建開放、創(chuàng)新、協(xié)同的治理體系；工藝流程是以工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)為依托，構(gòu)建產(chǎn)品工藝模型，實(shí)現(xiàn)工藝流程的管控；組織監(jiān)管主要是為保障制度的實(shí)施；生產(chǎn)流程主要是基于生產(chǎn)要素，利用推理計(jì)算策略和強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法構(gòu)建生產(chǎn)過程模型，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的虛擬透明化。

此外，策略層還需要通過生產(chǎn)流程和工廠制度實(shí)現(xiàn)智能化排班排產(chǎn)、約束生產(chǎn)者的行為活動(dòng)，保障生產(chǎn)的有序執(zhí)行。

（5）應(yīng)用層

應(yīng)用層位于策略層之上，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等作為支撐，并與工廠元宇宙融合，共同為工廠內(nèi)外的不同類型用戶提供應(yīng)用。

工廠元宇宙利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為工廠內(nèi)萬物連接及虛實(shí)共生提供技術(shù)保障，利用網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)將應(yīng)用層上各系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果傳輸至用戶端，比如面向用戶的虛擬咨詢、虛擬辦公、社交服務(wù)、虛擬培訓(xùn)、資源調(diào)度等；采用人工智能技術(shù)為用戶提供智能生產(chǎn)、班次交接、互動(dòng)交流等功能應(yīng)用；采用區(qū)塊鏈技術(shù)，依托星火·鏈網(wǎng)平臺(tái)研發(fā)虛擬數(shù)字貨幣及對(duì)應(yīng)的數(shù)字化交易軟件，搭建虛擬經(jīng)濟(jì)體系和DID用戶身份認(rèn)證體系，實(shí)現(xiàn)用戶虛擬資產(chǎn)價(jià)值的安全傳遞和安全交易。

（6）交互層

交互層為用戶提供工廠元宇宙入口，用戶可通過AR/VR、移動(dòng)終端、PC、腦機(jī)接口、可穿戴設(shè)備等獲得在工廠元宇宙中的全感官沉浸式體驗(yàn)。

通過人機(jī)交互設(shè)備打通一條可使用戶抵達(dá)工廠元宇宙的隧道，采用觸覺、視覺、語音、動(dòng)作、意圖等多種感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工廠元宇宙與用戶多感官的信息交互，遠(yuǎn)程指導(dǎo)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)、設(shè)備自動(dòng)化檢查和維護(hù)。

4 應(yīng)用場景

4.1 場景1：虛擬生產(chǎn)

工廠員工利用可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（如：VR/AR、腦機(jī)接口、肢體感知設(shè)備等）進(jìn)入工廠元宇宙，在工廠元宇宙中會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)鏡像數(shù)字替身（數(shù)字替身通過星火·鏈網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行DID身份注冊(cè)并與現(xiàn)實(shí)世界中的用戶ID進(jìn)行唯一性綁定），數(shù)字替身進(jìn)入基于現(xiàn)實(shí)工廠的元宇宙數(shù)字孿生工廠。

生產(chǎn)開始前，數(shù)字替身首先在元宇宙中查看訂單狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)品狀態(tài)，通過人工智能算法找到最優(yōu)的生產(chǎn)方案后下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃。

生產(chǎn)過程中，數(shù)字替身可以在元宇宙中遠(yuǎn)程監(jiān)控并實(shí)時(shí)調(diào)整車間的生產(chǎn)狀態(tài)，現(xiàn)實(shí)工廠和工廠元宇宙同步運(yùn)行，依照數(shù)字替身在元宇宙中下達(dá)的指令自主完成物料配送、生產(chǎn)節(jié)拍、質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)采集等協(xié)同生產(chǎn)過程。生產(chǎn)完成后，數(shù)字替身在元宇宙中通過操控智能物流系統(tǒng)和智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，自動(dòng)根據(jù)訂單狀態(tài)并完成產(chǎn)品無人分揀、智能搬運(yùn)和智能倉儲(chǔ)等流程。

4.2 場景2：工作交接

員工的本班次結(jié)束后，元宇宙智能云計(jì)算系統(tǒng)立即統(tǒng)計(jì)出生產(chǎn)工人的工作量和當(dāng)前生產(chǎn)進(jìn)度，并將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至工廠管理云平臺(tái)，云平臺(tái)自動(dòng)分析該員工的產(chǎn)量、效率、能耗、工時(shí)等數(shù)據(jù)，公司生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng)依據(jù)這些生產(chǎn)信息進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃安排和調(diào)整。

同時(shí)，換班員工通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)入元宇宙，交接班員工的數(shù)字替身通過查看生產(chǎn)計(jì)劃表、語音交流，確定已完成和待完成工作內(nèi)容，在元宇宙內(nèi)完成生產(chǎn)權(quán)限、生產(chǎn)進(jìn)度和設(shè)備狀態(tài)的交接。交接工作完成后，上一班次員工下線，換班員工的數(shù)字替身向管理人員確認(rèn)生產(chǎn)計(jì)劃后按計(jì)劃在元宇宙中進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)，現(xiàn)實(shí)工廠同步推進(jìn)生產(chǎn)工作。

4.3 場景3：故障維護(hù)

當(dāng)工廠設(shè)備運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，維護(hù)人員穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)入工廠元宇宙，通過元宇宙中的數(shù)字孿生工廠結(jié)合原生設(shè)備的三維模型，定位設(shè)備故障點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)場傳感器返回的數(shù)據(jù)確定故障原因。依托元宇宙強(qiáng)大的云計(jì)算能力，基于人工智能算法預(yù)測設(shè)備故障原因，確定維修預(yù)案，維護(hù)人員的數(shù)字替身直接在元宇宙中進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

同時(shí)，維護(hù)人員可以邀請(qǐng)?jiān)O(shè)備供應(yīng)商的專家進(jìn)入工廠元宇宙進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，遠(yuǎn)程專家通過工廠元宇宙查看工廠的故障報(bào)警情況并了解故障基本信息，然后對(duì)故障和缺陷進(jìn)行虛擬化檢測，并在元宇宙世界中給予維修指導(dǎo)意見，現(xiàn)場維修人員或維修機(jī)器人收到維修指令后立即進(jìn)行維修操作，快速恢復(fù)生產(chǎn)制造。

5 面臨的挑戰(zhàn)

工廠元宇宙是智能工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的終極目標(biāo)，它通過VR/AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)流程的全貫穿，突破空間限制，實(shí)現(xiàn)沉浸式生產(chǎn)體驗(yàn)。用戶利用穿戴設(shè)備進(jìn)入虛擬化生產(chǎn)場景，查看現(xiàn)實(shí)工業(yè)企業(yè)映射和生產(chǎn)過程，設(shè)計(jì)定制化產(chǎn)品，提前感受產(chǎn)品形態(tài)和功能，還能進(jìn)行遠(yuǎn)程虛擬化辦公和設(shè)備運(yùn)維，但由于工廠元宇宙面向的對(duì)象復(fù)雜多樣、信息量巨大、實(shí)時(shí)性要求極為苛刻、技術(shù)集成度非常高且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此在實(shí)現(xiàn)工廠元宇宙可能面臨巨大挑戰(zhàn)，主要如下：

（1）技術(shù)壁壘突破難

在構(gòu)建工廠元宇宙過程中，技術(shù)壁壘將是工廠元宇宙發(fā)展道路上的最大阻礙，主要存在以下幾個(gè)方面：

1. 底層技術(shù)難以滿足應(yīng)用需求。目前，市面上比較成熟的AR/VR、區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)等底層技術(shù)無法滿足工廠元宇宙落地應(yīng)用需求；
2. 系統(tǒng)/平臺(tái)算力要求極高。由于現(xiàn)實(shí)工廠中的設(shè)備數(shù)量眾多，每秒將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，同時(shí)，現(xiàn)實(shí)工廠需要與元宇宙中的數(shù)字孿生工廠進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，且需要實(shí)現(xiàn)可編輯世界、多人在線、UGC、虛擬社交、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等多要素的融合，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、邊緣設(shè)備、服務(wù)器等設(shè)備/系統(tǒng)的并發(fā)量、吞吐量和計(jì)算能力要求極高，

雖然云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，但還是難以支撐海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算。因此，技術(shù)壁壘是元宇宙難以落地實(shí)施的關(guān)鍵性因素之一。

（2）安全隱私保護(hù)難

構(gòu)建工廠元宇宙的出發(fā)點(diǎn)是為促進(jìn)工廠生產(chǎn)效率，給員工帶來沉浸式交互體驗(yàn)，但是在實(shí)現(xiàn)元宇宙的過程中，不僅需要對(duì)進(jìn)入元宇宙的用戶進(jìn)行身份屬性、社會(huì)屬性、人際關(guān)系、實(shí)時(shí)位置、生物特征、腦電波模式等個(gè)人信息采集，還將對(duì)工廠內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)信息、控制指令、監(jiān)測接口等工廠內(nèi)部信息進(jìn)行采集，同時(shí)還會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集。

通過對(duì)以上信息的深度挖掘、分析、處理、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)同步，以滿足工廠元宇宙對(duì)數(shù)據(jù)資源的基本要求，如果這些個(gè)人數(shù)據(jù)或環(huán)境數(shù)據(jù)出現(xiàn)泄露或者被不法分子濫用，將會(huì)嚴(yán)重影響現(xiàn)實(shí)世界中用戶的正常生活，也會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)工廠的生產(chǎn)造成影響，導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失。因此，安全隱私保護(hù)將成為元宇宙難落地實(shí)施的關(guān)鍵因素之一。

（3）標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)推動(dòng)難

目前，元宇宙這一新興概念在各界尚未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義，國家/行業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)缺乏可信的依據(jù)。同時(shí)，由于構(gòu)建工廠元宇宙的前提是需要打通與其他不同元宇宙生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)元宇宙生態(tài)系統(tǒng)的廣泛連接，為滿足上述要求，國家及各行業(yè)需要制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則和協(xié)議，引導(dǎo)企業(yè)之間進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的合作，建立一套屬于元宇宙的標(biāo)準(zhǔn)體系。

但是由于構(gòu)建元宇宙體系將涉及多個(gè)領(lǐng)域、多種行業(yè)、多個(gè)企業(yè)且不同行業(yè)、領(lǐng)域、企業(yè)均存在不同層面的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，這些監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)造成信息割據(jù)、資源壟斷、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和信息安全風(fēng)險(xiǎn)等多種問題。因此，在推動(dòng)建設(shè)統(tǒng)一化的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)方面可能存在阻礙，這個(gè)問題也就成為了元宇宙難落地實(shí)施的關(guān)鍵因素之一。

6 結(jié)語

目前，工廠元宇宙處于發(fā)展初期，在技術(shù)、安全隱私保護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)推動(dòng)層面的思考尚未成熟。本文以提高工廠生產(chǎn)力、改進(jìn)工廠生產(chǎn)模式、促成企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和以人為本的轉(zhuǎn)型為出發(fā)點(diǎn)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系與星火·鏈網(wǎng)體系，提出了工廠元宇宙的技術(shù)架構(gòu)，并對(duì)該架構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。同時(shí)，通過構(gòu)建不同的應(yīng)用場景，驗(yàn)證了工廠元宇宙實(shí)現(xiàn)的可能性。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和人類思維方式的變化，元宇宙將以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)形式融入我們的生活的方方面面。通過打造工廠元宇宙能夠?qū)崿F(xiàn)工廠生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)生產(chǎn)力提升，而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還需要對(duì)工廠元宇宙的技術(shù)、服務(wù)、安全性防護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等方面進(jìn)行研究和探索

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