元宇宙产业委张星智第五届中国仿真技术应用大会 谈工业元宇宙在制造业的洞察与发现

 

11月26日，由中国工业合作协会和北京工业大学共同主办、中国航空学会结构强度分会等协办的第五届中国仿真技术应用大会在北京工业大学举办。中国移动通信联合会元宇宙产业工作委员会常务委员、四川省工业云制造创新中心研究所所长张星智作为特邀嘉宾出席“人工智能、数字孪生暨元宇宙仿生技术应用”专题论坛，并发表题为《工业元宇宙在制造业的洞察与发现》的主题演讲。

 

 

什么是工业元宇宙？张星智介绍，早在1990年，钱学森先生在给汪成为的信中就对虚拟现实技术与元宇宙有过展望，并为其起了个颇有意境的名字—“灵境”。几年后，钱学森特别提到：“灵境技术是继计算机技术革命之后的又一项技术革命，它将引发一系列震撼全世界的变革，一定是人类历史中的大事。”钱学森在当时就已预见到元宇宙相关技术将会对人类社会带来的深层变革。因此，钱老被尊崇为“元宇宙之父”并数字孪生为“元宇宙1号公民”。

中国工程院李伯虎院士认为，工业化元宇宙是指在新一代人工智能技术引领下，借助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、全产业链、全价值链智慧、协同、开放、服务、互联的复杂数字工业经济系统。

 

 工业元宇宙特征。张星智认为，工业元宇宙是一种数字化、虚拟化的工业生态系统，它通过连接物理设备、传感器、人员和系统，将实时数据收集、处理和分析与物理制造过程紧密结合。它的核心理念是将现实世界与虚拟世界无缝集成，使得在虚拟世界中对物理设备进行仿真、优化和控制成为可能。他举例，众所周知的VR眼镜，戴上去就像拥有“穿越”和“透视”技能，比如，可以看到远处的某工厂车间生产过程，看到某款发动机内部结构细节。可以结合产业政策和行业特点，利用AR、VR、沉浸式交互技术、数字孪生技术，重点具现挖掘工业、工业产线巡检点检、工业设备维护，并能通过落地模锻机等工业元宇宙场景充分展现整体工业制造风貌。张星智强调，工业元宇宙的时代已经来临。

 

 

工业元宇宙开启工业5.0时代。张星智介绍，全球工业发展经历了从机械制造到电气化与自动化到电子信息化再到智能化四个时代，当前正向第五个时代——工业元宇宙时代迈进。工业元宇宙将在虚拟世界中，把各种机器、元器件以及人的数字孪生建立起来，将实现所有人、物都在同一个虚实映射的场景中协作，操作者通过XR终端或脑机接口、大屏等显示媒介沉浸式参与，机器人和物联网设备可以反向影响物理世界，实现和谐的复杂系统平滑运行。

 

 

工业元宇宙的发展阶段。张星智认为，工业元宇宙的发展将包括四个阶段。

 

 

第一阶段是虚实构建，核心任务是创建孪生体，即将物理设备和生产流程转化为准确的数字模型。这意味着将实际的工业设备、机器人和生产线等转化为数字化的虚拟模型。这些模型不仅包括设备的几何形状，还包括其工作原理、性能参数、材料属性等信息。这些数字化的模型将成为整个工业元宇宙的基础，为后续的数据采集、仿真和控制提供支持。

 

 

第二阶段是虚实映射，将物理世界中所有收集到的数据即时反馈到虚拟世界，借助AR/VR等介质进行辅助决策。

 

 

第三阶段是以虚仿实，在物理世界中的操纵，能在虚拟世界以同样的物理运动仿真模型同步呈现。此时工业元宇宙可以在虚拟世界中对物理设备进行高度精确的仿真。通过虚拟仿真，可以在不产生实际损失的情况下进行实验和验证，大大降低了产品开发和生产的风险。

 

 

第四阶段是以虚控实，是工业元宇宙的终极形态，将虚拟世界的数据和仿真结果反馈到物理世界，实现在虚拟世界中对物理世界的反向控制。通过与物理设备的实时数据同步，同时将真实的工况完全映射到虚拟世界中，使得操作者可以在虚拟世界中如临其境的进行操作；与此同时远在异地的操作设备可以毫无延时的进行响应，完全还原虚拟世界中操作者的一举一动，实现将生产资源云化至虚拟世界中后经过虚拟世界的操作反向控制物理世界。

 

 

工业元宇宙核心技术难点。张星智认为，工业元宇宙涉及众多高端技术，如VR、AR、MR、数字孪生等。目前，这些技术的成熟度和稳定性还有待提高，需要进一步的技术突破和优化。

 

 

张星智随后介绍了工业元宇宙的整体架构，分共性问题、模式研究、关键技术、系统、应用等完整体系。

 

 

目前我们也正协同国内生态伙伴，一同来规划打造工业元宇宙平台架构，基于底层的算力支持，我们将各类工业资源以统一的标准汇集、清洗与治理，并打造建模渲染、人工智能、时空内容编辑、交互设备及工业元宇宙低码平台等五大交互式工具链，将他们封装之后构建工业元宇宙生态服务平台，基于平台提供工业元宇宙技术培训服务、打造内容开发社群、形成工业元宇宙应用评估体系、完善内容开发数据资源库等，让个人用户和企业用户以近无代码和零建模基础也可以构建自己的工业元宇宙应用，从而构建整个工业元宇宙生态。张星智说。

 

据悉，张星智是中国移动通信联合会元宇宙产业工作委员会常务委员、四川省工业云制造创新中心研究所所长、清华大学四川能源互联网研究院电动执行器检测中心首席研究员、清华校友总会先进制造专业委会专家、西安邮电大学客座教授、腾讯集团研究院特聘研究员、WeMake智能制造研究中心首席研究专家、SAP产业赋能中心行业专家站特聘专家、四川省工业与信息化专家库专家、成都市发改委智库专家。