工业元宇宙模式、技术与应用初探

工业元宇宙 模式、技术与应用初探 PrimaExplorationonMode,TechnologiesandApplicationsofIndustrialMetaverse 李伯虎1，柴旭东1，李潭2 1.中国航天科工集团2.南昌大学 2022年8月26日 1引言 2新时代/新态势/新征程下我国工业互联网发展的需求 目3工业元宇宙的理念初探 4工业元宇宙的体系架构初探 录5工业元宇宙的技术体系及热点技术初探 6工业元宇宙的应用场景与影响初探 7工业元宇宙发展的几点建议(从系统工程角度谈) 1引言 2新时代/新态势/新征程下我国工业互联网发展的需求 目3工业元宇宙的理念初探 4工业元宇宙的体系架构初探 录5工业元宇宙的技术体系及热点技术初探 6工业元宇宙的应用场景与影响初探 7工业元宇宙发展的几点建议(从系统工程角度谈) 1.1引言：当今世界的新时代/新态势/新征程 ｜新时代｜新态势 正步入“智能+”时代与后疫情时代交叉影响的新时代正面临多边主义与单边霸凌主义长期复杂斗争的新态势 我国正迈进开启全面建设社会主义现代化国家的新发展阶段、贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念、构建“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进”的新发展格局的新征程。 1.2引言：开启万物智联的“智慧工业互联网系统——工业互联网2.0”新阶段 工业是国民经济的主体，是立国之本，兴国之器，强国之基。因此，工业的发展必须适应新时代、新态势、新征程。 众所周知：在我国,近五年来，作为工业发展关键支撑的 “工业互联网(系统)”，在国家统一领导下，经各方共同努力，已取得显著成绩。但是为适应新时代、新态势、新征程， 我们认为：我国工业互联网(系统)必须进一步迈上快速发展的新征程[2]：开启万物智联的“智慧工业互联网系统——工业互联网2.0”新阶段；贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”新理念；构建“技术、产业、应用、人才、政策及保障体系一体化创新”新格局。 1.2引言：开启万物智联的“智慧工业互联网系统——工业互联网2.0”新阶段(续) 当前，”工业元宇宙”正成为工业领域科技界对新理念和新技术发展竞相探讨和产业界对新产业方向思考与实践的热点。我们认为:工业元宇宙能为新阶段”智慧工业互联网系统 ——工业互联网2.0”的实现在技术、模式、业态，特征、要素/流及目标等方面提供崭新的拓展。 为此，本报告将基于我国工业互联网发展的需求[1]，初探工业元宇宙的理念、体系架构、技术体系、热点技术 及应用场景与影响，最后给出工业元宇宙发展的几点建议。 [1]《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》（工信部信管〔2020〕197号)。2020。 [2]李伯虎,柴旭东,侯宝存,刘阳.一种新型工业互联网——智慧工业互联网[J].中国工业和信息化,2021(06):54-61. 1引言 2新时代/新态势/新征程下我国工业互联网发展的需求 目3工业元宇宙的理念初探 4工业元宇宙的体系架构初探 录5工业元宇宙的技术体系及热点技术初探 6工业元宇宙的应用场景与影响初探 7工业元宇宙发展的几点建议(从系统工程角度谈) 工业互联网已成为国家战略，是工业数字化转型智能化升级的关键路径 2.1 同被纳入国家“新基建”战略 我国工业互联网产业规模已超 过万亿元大关； 探索出协同研发设计、远程设备操控等20大典型应用场景。 从行业看，工业互联网已在45 个国民经济大类中得到应用。 ——中国信息通信研究院数据 “工业互联网”连续五年（2018-2022）写入政府工作报告，2020年工业互联网和5G、AI等一 要培育形成具有国际影响力的工业互联网平台， 2021年3月，国家十四五规划纲要发布，提出 推进“工业互联网+智能制造”产业生态 业互联网”在建项目总数达到2400个。打造了 车间级、企业级、集群级等新标杆 我国工业互联网进入快速发展期，全国“5G+工 激发工业大数据价值，提升制造业数字经济高 质高量发展 工业互联网加速企业数字化转型智能化升级， 经济高质量发展的重要力量。 工业互联网已经成为促进工业转型升级、推动 2.2 我国工业互联网发展的需求 必须做到5个”进一步: 2.3 我国数字经济发展迫切需要发展工业互联网 “发展数字经济是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择”。 经济发展规划提出： 要大力发展包括“产 我国“十四五”数字  业数字化及数字产 业化”等11项重大工 程。其中， 工业互联网是实 现“产业数字化”  的关键基础。 ...... 工业互联网的有 关产业是“数字产业化”的重要  组成。 1引言 2新时代/新态势/新征程下我国工业互联网发展的需求 目3工业元宇宙的理念初探 4工业元宇宙的体系架构初探 录5工业元宇宙的技术体系及热点技术初探 6工业元宇宙的应用场景与影响初探 7工业元宇宙发展的几点建议(从系统工程角度谈) 元宇宙是数字技术群综合运用构建的虚/实场景 科幻小说《雪崩》 陈刚(北大新闻学院院长) 3.1 元宇宙 维基百科 元宇宙是一个梦幻般的虚拟世界，人们通过控制自己的替身去工作，以争夺更高的社会地位。 一种通过虚拟增强的物理现实， 并具有收敛性和物理持久性特征 的3D虚拟空间，它基于未来互联网，具有连接感知共享的特性 元宇宙是一种利用科学技术手 段与现实世界进行映射和交互 的虚拟世界，是一个具有新社 会系统的数字生活空间。 元宇宙是数字技术群综合运用构建的虚实场景(续) 3.1 元宇宙(从互联网发展角度看)【3】 •是下一代互联网，是继Web1.0、Web2.0之后Web3.0的应用与社会形态。 •是一种去中心化、用户沉浸式参与、数据资产可拥有、虚实融合的三维化互联网。 Web1.0 （可读） Web2.0 （可写） Web3.0 （可拥有） •元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态。 它使虚拟世界（模拟全部现实世界要素）与现实世界在人、经济系统、社交系统、环境等方面密 • 切融合，并且允许每个用户进行内容生产和对世界编辑，进而能超越现实的世界。 【3】德勤,德勤元宇宙行业深度研究报告：愿景、技术和应对，2022 3.2 工业元宇宙的内涵 数字孪生工厂 虚实共生、综合集成的新型工业数字空间 是工业现实物理空间与其虚拟平行空间的合集 • 对工业实体及生产过程的数字化映射、模拟 • 构建了新型数字化应用环境 • 虚实协同、全沉浸式的新型工业智慧互联网系统 •工业互联网中新型数字化工业系统，人与机器、机器与机器、 机器实体与数字虚拟体的全面智慧互连，互操作 使工业互联网中实体空间向虚体空间延伸、时空一致向预测性 时间延伸和价值延伸 • 工业元宇宙是元宇宙在工业领域的落地与拓展：是新型工业数字空间；新型工业智慧互联网系统；数字经济与实体经济融合发展的新型载体。 数字经济与实体经济融合发展的新型载体 物理工厂 工业过程和场景的虚拟空间全面部署 • 虚实映射、虚实交互、虚实融合、以虚强实、以虚促实 • 促进数/实融合的工业高质量新发展 • 3.2工业元宇宙的内涵（续） 定义(内涵)：工业元宇宙是指在新发展理念指引下，在新一代人工智能技术引领下，借助新时代各类新技术群跨界融合，实现工业领域中“人、虚拟空间与现实空间”虚实映射/交互/融合、以虚促实、以虚强实的工业全要素链、全产业链、全价值链(三链)智慧、协同、开放、服务、互联的复杂数字工业经济系统。 2.3工业元宇宙的“6新”,拓展了[2]中提出的工业互联网2.0的“6新” “6新””新技术、新模式、新业态，新特征、新要素/流及新目标” 基于新型互联网，在新发展理念指引下，在新一代人工智能技术引 新技术 领下，借助新网络技术、新信息通信技术、新智能科学技术及新工业 领域专业技术等4类新技术群跨界深度融合的数字化、网络化、云化、 智能化技术为支撑技术，特别是 借助沉浸式VR/AR/MR、用户内容创作人工智能、去中心化结算体系区块链/NFT(非同 工业领域人、虚拟空间与现实空间中的工业全要素链、全价值链、全产业链(三链)智慧地 质化代币) 、6G/天地一体网络等新通信基础设施、自然语言处理/脑机接口、数据湖处理、云边协同计算等支撑技术，“虚实映射、虚实交互、虚实融合、以虚强实、以虚促实”地将 连接融合在一起，提供虚实融合的智慧资源、智慧产品与智慧能力随时随地按需服务的一 种新型智慧服务互联工业经济系统。 3.3 新模式 一种虚实映射、虚实交互、虚实融合、以虚强实、以虚促实，工业全 要素链、全价值链、全产业链(三链)”数字化、物联化、服务化（云化） 、协同化、定制化、柔性化、绿色化和智能化”的去中心化的云边协同 的智慧协同互联新模式 工业元宇宙的“6新”,拓展了[2]中提出的工业互联网2.0的“6新”（续） 新业态 新特征 新要素/流 新目标 万物互联，智能引领 对全系统及全生命周期活 工业全系统及全生命周期活 支持工业系统数字化转型 数(据)/知(识)驱动 动中虚实融合的要素/流自 动中的虚实融合的人、技术 与智慧化升级，实现“创 虚实融合，虚实互动， 主智能地感知、互联、协 /设备、组织、数/知、材料、 新、绿色、开放、共享、 决策、控制、执行与创新 技术流、产业流、数/知流、 协同服务，跨界创新 同、学习、分析、认知、 个性”制造产品及服务 资金（六要素）及人才流、 物流、资金流（六流） 1引言 2新时代/新态势/新征程下我国工业互联网发展的需求 目3工业元宇宙的理念初探 4工业元宇宙的体系架构初探 录5工业元宇宙的技术体系及热点技术初探 6工业元宇宙的应用场景与影响初探 7工业元宇宙发展的几点建议(从系统工程角度谈) 4.工业元宇宙的体系架构 工业元宇宙是复杂先进的新数字化工  业经济系统，其体系架构如图，自下 而上包括：  织、数/知、材料、资金等工业六要素 各类感知与接入技术 基础层：虚实融合的人、技术/设备、组 感知层：面向工业虚实融合的六要素的 通信层：软件定义网络、天地一体网等   未来互联网技术 边缘云服务及应用支撑服务 边缘层：新一代人工智能引领下的工业 云端层：新一代人工智能引领下的工业 应用层：全系统全生命周期创新应用   务以及应用支撑服务 高级云端服务、各类工业元宇宙引擎服  4.工业元宇宙的体系架构(续) 体系结构新特色： ②边缘/云/端协同新架构； ①新一代人工智能技术引领：AI驱动工业元宇宙中三链智慧融合 建模仿真等为代表； ④全系统虚拟化、服务化：尤其是感知/接入/通讯层虚拟化、服务化； ⑤各层具有新时代“新”内涵及内容； ⑥用户为中心的虚实融合六要素的智慧共享服务; ③新信息通信技术与新工业技术融合：云计算/人工智能/大数据/新互联网/区块链/ ⑦虚实融合、以虚强实，能使系统跨域再创新。 1引言 2新时代/新态势/新征程下我国工业互联网发展的需求 目3工业元宇宙的理念初探 4工业元宇宙的体系架构初探 录5工业元宇宙的技术体系及热点技术初探 6工业元宇宙的应用场景与影响初探 7工业元宇宙发展的几点建议(从系统工程角度谈) 5.1工业元宇宙的技术体系 它是五维的技术体系群。 工业元宇宙技术体系是由多种技术群综合而成，尚处于不断演进与发展的阶段。 工业元宇宙的工业软件子体系 工业元宇宙的标准技术子体系 工业元宇宙的安全技术子体系 工业元宇