文章来源《产业元宇宙》
第一节 从认知革命到工业革命
我们人类何以从万千众生中脱颖而出，走到现在，并创造了光辉灿烂的文明？
以色列历史学者尤瓦尔·赫拉利（Yuval Noah Harari）在他的著作《人类简史》中认为，其背后最深层的原因，在于以想象力驱动的认知革命。
认知革命开启了人类这个物种的新纪元，人类从此如“开挂”一般，从农业革命到科学革命，一发不可收拾，将世间万物甩于身后，一骑绝尘。
一、工业 4.0
18 世纪 60 年代，以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志，第一次工业革命开启了以机器代替手工劳动的时代。
19 世纪下半叶至 20 世纪初期，人类开始运用自然界的另一个“神器”——电，随之而来的社会劳动分工以及大规模生产的出现，使第二次工业革命拉开帷幕。
20 世纪四五十年代，随着自动化技术的出现，人类的生产力得到进一步跃升，第三次工业革命由此启航。
前三次工业革命源于工业生产中的机械化、电气化与信息化改造。
正在引发的第四次工业革命，在德国被称之为“工业 4.0”。
德国工业 4.0 战略旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统（Cyber-Physical System）相结合的手段，使制造业向智能化转型。
二、工业互联网
德国“工业 4.0”诞生了，美国的“先进制造业国家战略计划”也随之而来，美国主要聚焦“工业互联网”战略。
美国“工业互联网”战略旨在将智能设备、人和数据连接起来，并以智能的方式利用这些交换的数据，促进物理和数字世界的融合。
新型工厂将通过互联网实现内外服务的网络化，朝着互联工厂的方向发展。
三、“中国制造 2025”
2015 年国务院印发《中国制造 2025》行动纲领，中国政府正式提出了“中国制造 2025”的战略。
制造业是我国经济的主体和立国之本，这是中国适应国际产业变革大势，全面提升中国制造业发展质量和水平的重大战略部署。
“中国制造 2025”是中国版的“工业 4.0”，“中国制造 2025”也同样离不开工业互联网。
在 2018 年，中国首提新基建时，便将工业互联网纳入其中，2021 年，工信部更是出台了《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023 年）》，以推动工业化和信息化在更广范围、更深程度、更高水平上的融合发展。
无论是“工业 4.0”“工业互联网”还是“中国制造 2025”，每个国家的目标均是成为工业领域的领导者。
第二节 工业元宇宙
正当产业互联网从各个领域改变着人们的生活时，2020 年末，马化腾在腾讯内刊《三观》中写道：“一个令人兴奋的机会正在到来，移动互联网十年发展，即将迎来下一波升级，我们称之为全真互联网。”
他表示，“虚拟世界和真实世界的大门已经打开。”
素以对互联网发展趋势判断极其准确而著称的马化腾，再次抛出了一个新词汇——“全真互联网”，并预言这是互联网发展的下一站。
大半年之后，“元宇宙”的概念开始见诸各大网络头条。
如果“全真互联网”还是不温不火的话，资本市场对于“元宇宙”的热潮，这一次已迅速传播到了工业界。
这个似乎遥远又似曾相识的词汇，是否也如工业革命一般，能够带来质的飞跃？
在此之前，与“工业 4.0”携手同行的小伙伴们依然活跃在工业文明的舞台：物理信息系统 CPS、工业互联网/工业物联网、计算机建模仿真 CAD/CAE、数字工厂、智能制造、数字孪生（Digital Twin）……而新出现的“工业元宇宙”又是个什么概念？
事实上，每一个词汇的背后，都不是“一个人在战斗”。
中国人常说“一招鲜，吃遍天”，就好比一个餐馆要开得好，总要有自己的一道招牌菜，这就是“招牌的力量”，也是大家耳熟能详的“爆品爆款”。
这在营销界简直屡试不爽，因为信息爆炸的时代，能够抓住眼球博取流量才是硬道理。而到了工业界，“程咬金三板斧”依然是必须的，但工业界的招牌，如果只有三板斧显然是不够的。
在《创业无畏》一书中，作者彼得·戴曼迪斯（Peter H.Diamandis）与史蒂芬·科特勒（Steven Kotler）定义了一个“指数型技术”的概念，即能够对人类文明产生推动性改变的技术革新，但指数型技术并不能单打独斗；
在 2021 年出版的《未来呼啸而来》一书中，两位作者再次强调了技术融合的重要性，并对时下的九大指数型技术及彼此的融合做了展望。
在国内，也有人称之为积木式创新、组合式创新、系统级颠覆。
也就是说，当几种值得称赞的技术有机地结合起来，并且落地到一个恰如其分的场景之中，很可能发生一些不可思议的化学反应。
所以，转了一圈，回到“工业元宇宙”，如果给工业元宇宙一个定义，那一定是一个系统性的概念：
●工业元宇宙和 CPS 一样关注物理信息系统，关注并力争将现实世界与虚拟世界的信息交互做到极致。
●工业元宇宙和工业互联网/工业物联网一样，构建一个“人-机-物”深度融合的网络空间，一个互联的工业系统。
●工业元宇宙和 CAD/CAE 一样，能够从物理、空间、数据等多个维度来构建各个颗粒度的工业模型，小到芯片与器件，大到流水线与整个工厂。
●工业元宇宙和数字化工厂一样，致力于工业领域的数字化转型，借助数字技术完成各类工业的数字跃升，从数字员工到数字厂房。
●工业元宇宙和智能制造一样，希望以智能化的手段提升制造业的各种智慧化水平，无论是机器学习还是机器视觉，以及其他。
●工业元宇宙和数字孪生一样，构建了一个和现实世界一一对应的虚拟世界，一方面实时反映现实世界的运行状态，一方面又可以在孪生世界自由模拟仿真与推演，从而帮助改进甚至创造更好的物理产品、物理工厂。
当然，工业元宇宙还会更加以人为本、以客户为中心，具备令人叹为观止的沉浸感、令人兴奋的多方协同与众智众创，以及基于区块链技术的连接产业链上下游和终端消费者的智能经济体系。
所以，虽然针对工业元宇宙尚没有一个确切的定义，但是已经可以明确的是，这是一个基于多种新基建技术构建的工业生态系统。
事实上，传统的工业软件巨头均已经开始进行大量的布局，比较著名的企业，比如法国达索、德国西门子、美国通用、美国罗克韦尔、瑞士 ABB、奥地利贝加莱等，均构建了自身的工业建模与仿真软件体系，规划了从产品、生产线到工厂一整套基于模型的数字化企业转型升级之路。
从产业元宇宙的技术支撑体系中，我们已然看到了其对于工业的推动力，以及其中无限的想象空间。
第三节 扎扎实实的工业：实践与进步一、虚实之间的数字化工厂
数字化的工厂不仅坐落于物理世界之中，也同样在虚拟空间中生长。2021 年 4 月，英伟达展示了其最新开发的 Omniverse 平台是如何以“工程师的元宇宙”的称号成为一种直观而高效的虚拟工作平台的——一个专注于实时仿真、数字协作的云平台，拥有高度逼真的物理模拟引擎以及高性能渲染能力。
Omniverse 平台能够支持多人在平台中共创内容，使大家能够创建和仿真符合物理定律的共享虚拟 3D 世界，与现实世界高度贴合，就像用现实数据 1∶1 创造的一个虚拟世界。
Omniverse 平台的愿景与应用场景将不仅只限于游戏和娱乐行业中，建筑业、制造业都是其涉猎范围。
而在此之前，法国达索系统就推出了其 3DExperience 平台，基于这样一个统一平台，实现了 3D 设计、工程、3D CAD、建模、仿真、数据管理和流程管理，这涵盖了工业领域的产品全生命周期管理。
达索自称为一家工业领域的 3D 体验公司——3D 世界可以极其有力地推动测试概念并创造未来，将梦想与现实有机地结合，同时突破科技与想象力的限制以促进社会发展。
简而言之，借助虚拟世界的力量，我们人类正在逐步反向助力现实世界更快、更优秀地构建。
工厂几乎是任何工业领域都无法脱离开的“一亩三分地”，也是工业领域最为核心的价值创造场景，世界各国很早就开始注重数字化虚拟工厂的构建，覆盖了工厂的规划阶段、生产控制阶段、流程再造阶段。
2018 年，吉利汽车的数字化仿真工厂作为一个经典案例，登上了央视《大国重器》节目的舞台。
在该短片中，我们看到吉利汽车如何 1∶1 高精度地还原了一个现实的工厂车间，构建与之匹配的数字化虚拟工厂，并利用数字化仿真技术，实现对设备的集成测试、工艺验证和虚拟试生产，从而改变了传统的生产线规划设计主要依靠经验和平面布局的状况，并解决了缺少三维空间分析和实时运行仿真模拟难以适应现代化装备制造系统的问题和困境。
图 7.1 《大国重器：智造先锋》节目视频截图
数字化仿真工厂大大提高了现实世界物理工厂的生产效率与工艺精度，央视《大国重器》节目对此给出了这样的评价：“这个数字化仿真工厂，冲压环节的零件加工合格率达到了 100%，焊装环节的焊点定位合格率达到了 99.8%，总装环节的装配合格率更是达到了 100%。
这个成绩已经突破了国际顶级汽车品牌的制造标准。”
二、“体验式”制造新模式
不仅仅是造车，我们来看看另一类“大国重器”的生产，这个例子来自中国领先的造船企业——江南造船（集团）有限公司（以下简称江南造船）。
船舶领域是一个典型的巨系统工程，其零件数量达千万级，由于行业的特性和历史传承，设计与制造相对分离——进行总体设计时，一般较少从建造角度考虑如何合理、高效，到了总装厂，需要再进行生产设计，重新进行三维建模。这给船舶行业带来非常大的困扰。
为此，江南造船重构了一套基于模型的数字化造船体系，将工艺信息、几何信息、管理信息全部加载到模型上去，让传统的模型更为“丰满”。
这个“丰满”的模型简直是个神器！以前在设计阶段，要对舱室的空间可达性、可操作性、可维修性，以及声场、气流场、光场、温度场等舒适性指标进行逐一分析，每项分析都要单独再建模型，耗费了大量精力。
如今，用一个三维模型就可以分析全部要素。而且更为关键的是，这是一个贯穿造船全生命周期的数字模型，从而让制造链条更为顺畅。
全生命周期是个什么概念呢？
就是每一艘船的三维模型都贯穿了从营销、研发，到设计、制造，再到交付、维修的船舶全生命周期，越往后内容越丰富。
就好像一棵参天大树的年轮一样，记载了这棵树从小到大的所有生长历程，而这个三维模型要更为直观得多，完全不需要做额外的解读。
江南造船将这种“一套模型走天下”的模式称为“体验式”数字造船新模式：在研发设计阶段，可满足计算机辅助工程分析；
在生产设计阶段，可呈现完整的实体模型和全息工艺模型；
到了制造阶段，转变成了工艺指令和数字化工作包指导制造。
在整个过程中，以模型作为连接设计制造的桥梁，告别了传统的以“三维建模，二维图纸”的传递方式，设计人员、生产人员和管理人员以模型作为统一的交流语言，从而实现了以二维图纸为中心的研制模式向以三维模型为核心的模式转变，逐步建立适应于船舶建造的数字化技术体系和方法论。
全球快消产品制造商联合利华近年启动了一个数字孪生体项目，旨在为旗下数十家工厂创建虚拟模型。
在这些工厂内，物联网传感器被嵌入机器内部，向 AI 和机器学习应用程序反馈机器性能数据，并进行分析。
分析后的操作信息再输入数字孪生体中，从而帮助工人预测机器维护的时机、优化产出，并提高产品合格率。
与此同时，基于穿戴式设备、AR/VR 眼镜等一系列数字化的手段，可以为生产及维护人员提供沉浸式的培训与指导，并与 5G 通讯、工业物联网、工业云平台、工业大数据、工业 APP 等有机结合，融为一体。
三、千帆竞发，百舸争流
而事实上，因为工业生产的门类繁多，其本身的发展也带有一定的不平衡性。
专业咨询机构埃森哲从工业“新四化”的维度对主要工业细分领域做了成熟度评估。
从图 7.2 可看到，以汽车、家电行业为代表，在信息化、智能化、网络化与自动化方面的发展最为靠前，我们预计这些行业也将以领先其他领域的步伐，更加快速地步入工业元宇宙时代。
图 7.2 典型行业在“新四化”中的成熟度
资料来源：埃森哲管理咨询公司.《高质发展，智能智造——新蓝图，新四化》，2020 年。
中国已经全面开启数字化转型的进程，在经济领域，数字化企业的转型与构建是重中之重。数字化企业的本质就是数据驱动的企业，而以数字孪生为代表的“工业元宇宙”体系正是实现数据驱动的关键推手，尤其在工业场景中，更是有着非常深厚的积淀。
虽然数字孪生仍然处于应用的早期，但其发展和 5G/6G、云计算、大数据、物联网、人工智能、扩展现实（XR）等技术的成熟和普及息息相关，但随着这些新兴技术的发展和融合，工业版的元宇宙会在越来越多的产品上得到应用。
第四节 未来工业元宇宙一、正在被变革的资深工业物种
相信每个人都看到了，汽车行业正在经历一场不小的变革。首先是使用汽油的车已经越来越少了。
根据乘用车市场信息联席会（以下简称“乘联会”）的数据，2021 年中国新能源汽车的市场渗透率已经提升至 14.8%，较 2020 年 5.8%的渗透率来看，提升非常明显。
在 2021 年 12 月，新能源乘用车市场渗透率达到了 22.6%，相当于每 4—5 辆乘用车里就有一辆是新能源汽车。
事实上，真正引爆新能源汽车的，其实已经超越“新能源”本身。
在 2021 年 4 月的上海国际汽车展上，最火爆的不再是传统的豪华汽车，甚至一众超跑，而是新势力智能汽车。
一夜之间，大众的关注点仿佛都聚焦于一辆汽车是不是足够的智能化，在多大程度上可以解放司机的四肢，有多少聪明睿智的互动交互可以发生在汽车这个不大不小的空间里。
毫无疑问，这来源于人类对时空自由的向往与追求。
汽车行业是在中国工业领域中自动化、信息化与智能化发展相对较快的细分领域。
步入 2021 年，智能化已经不仅仅只注重于车辆的生产制造过程，汽车自身的智能化则更为吸引眼球。
在 2021 年 4 月的上海车展之前，一段来自华为与北汽合作的某款车型自动驾驶视频博取了非常高的热度，这款汽车在城市复杂路况中的自动驾驶表现，让人不禁对智能汽车充满了期待——这是即将被改变的下一个工业物种之一。
从前文我们已经看到，无论是自动驾驶还是智能座舱，无论是纯算法还是复杂系统级的演进，已经离不开虚拟仿真技术的助力，这是一个超脱于工厂流水线的人与自然的还原与仿真，某种程度上是对现实世界的数字化复刻。
虽然尚不可知它是否可以入选下一季的《大国重器》节目，但我们已经能够预见到类似的评价：“这个数字化仿真世界，帮助自动驾驶决策算法的准确率达到近乎 100%，智能汽车的普及率超过 90%，这个成绩已经超越了全球发达国家的水准。”
类似汽车这样，有超过百年历史却正在发生变革的工业物种还有许许多多。
而在这个变革的进程之中，或多或少的，你总能找到元宇宙技术体系的影子。
二、孪生工厂与数字工人
在电影《黑客帝国》中，墨菲斯与尼奥在另一个平行世界中演绎与现实世界几乎完全不同的别样故事。
而在工业领域，除了单纯的虚拟与仿真，以数字孪生技术为代表，更希望能够在数字化虚拟工厂中实现对物理工厂的优化。
随着工业物联网、建模仿真、机器学习、边缘计算、5G 通信等多种新型技术的不断发展，建设属于自己的数字化工业空间变得越来越普遍而且更加可期。
例如，港口行业通过动态数据实时驱动，在数字孪生全要素场景下，能够覆盖从货物到港、装卸、转堆、仓储、出港的全周期作业状态运行监测；
同时，一些优化之后的算法与策略，乃至基于海量感知数据机器学习得出的预测分析结果，也能够反向给现实港口运行提供帮助，甚至对部分环节实现直接自动化的控制。
图 7.3 数字孪生港口
当数字化虚拟工厂与现实世界的物理工厂之间的界限越来越模糊，但信息交互却越来越丰富而及时时，你能感知它的存在和运转，以及整个工厂复杂而精密的系统。
在未来，当脑机接口、电子皮肤等技术实现质的飞跃时，或许工业工厂中更多的交互与操作就像在《黑客帝国》一般的数字空间里—— 一个亦真亦幻的“元宇宙工厂”。
想象伴着明媚的阳光，一杯香醇的咖啡唤醒昨夜慵懒的脑细胞，在享用了美餐后，你舒服地坐在靠椅上，只用了一个深呼吸，人便进入到那个日夜不停运转的云端工厂。
当你的数字人身份被元宇宙工厂验证通过，你将开始这一天的工作。虽然工厂已经高度自动化与智能化，但是总有一些场合和工作还是离不开人类的“临门一脚”。
但幸运的是，除非万不得已，我们已经基本告别早高峰的奔波了，毕竟“元宇宙工厂”不仅实时呈现了物理工厂的所有运行状态，还能将每一个数字人在数字空间的操作和指令实时加载到现实工厂中来进行实际运转。
你会突然发现，原来最终解除人类时间与空间限制的，是这个万物互联、虚实相生的工业元宇宙。
是的，也许我们现在刚刚习惯了线上会议——无论是语音还是视频，也许我们即将拉开在虚拟世界中以虚拟人形态彼此沟通的序幕——正如我们已经开始在虚拟世界中召开演唱会与毕业典礼一样……
如果哪一天城市 CBD 的写字楼不再拥挤不堪，如果哪一天企业的生产线上不再有一排排、一列列训练有素的打工人，我们无须大惊小怪，人类在每一个时代所研发出来的指数型技术都在极力地方便着联接，极力地缩短着时空距离，直接或者间接地影响着交通、通信、网络……无论你是否愿意接受，工业元宇宙已经开始扎根生长，并且将有可能改变人类的生产生活方式。
三、工业元宇宙时代的新商业模式
（一）产品进化与服务延展
我们相信，随着元宇宙逐渐融入人类的日常生活，产品生命周期的概念将获得一种跨界突破。这在很大程度上得益于数字孪生技术体系的跃升和普及应用。
常见的例子有现代飞机引擎，其部署的成千上万个传感器每秒可生成数万亿字节的数据。
这在制造商的数字空间中构建了一个数字孪生体，基于此，可以为下一代改进做各种分析研判，无论是使历史浮现，还是对未来预测仿真。
同时，基于机器学习技术，制造商还可以提供各类建议，帮助飞行员降低燃油消耗，进行预测性维护，帮助机队管理成本等。
特斯拉公司为其生产和销售的每一辆电动汽车都建立数字孪生模型，包括实时性能、传感器数据，以及服务历史、配置更改、零件更换和保修数据，每辆电动汽车每天报告其日常数据，并通过数字孪生的模拟程序使用这些数据来发现可能会出现的异常情况，并提供纠正措施。
基于此，特斯拉每天可获得几乎数百万英里的驾驶体验，并在积累经验的过程中将数据反馈给每辆车，使得汽车能够改进自身的各类性能，获得不断升级与完善。
IDC 曾经预测，到 2022 年，40%的物联网平台供应商将集成仿真平台、系统和功能来创建数字孪生体，70%的制造商将使用该技术进行流程仿真和场景评估。
作为连续三年（2017—2019 年）入选 Gartner（IT 调研与咨询服务公司）十大新兴技术之一的数字孪生技术，如今已经得到了广泛应用。
产品的进化、服务的延展已经不仅仅取决于设计师和产品经理的能力，更大程度上取决于产品的数字孪生体带给工业界的启发和认识——甚至来自 AI 的创意提示。
（二）产品体系元宇宙化
未来的产品，其自身将承载两种类型的价值，并具有两种形态。
一个是实体形态，承载着产品在物理世界的使用价值，以及沿袭传统经济体系下的品牌、配置等常规内容；
另一个是这个实体映射到元宇宙空间的“数字孪生体”，承载着对应元宇宙自身经济体系的新型价值。
未来供应商在交付一个产品时，交付一个数字孪生将会成为标配。也就是说，消费者购买的商品不再仅仅是实物本身，同时也会附加一份“数字孪生体”，这个“数字孪生体”在供应商构建的元宇宙中，有独一无二的数字化身份，并往往拥有更加值得期待的社交与虚拟的经济属性。
汽车行业中的宝马汽车是具备前瞻意识的企业之一。
这家企业不仅仅构建了全球领先的数字化工厂，率先和英伟达合作创建基于 Omniverse 平台的元宇宙工厂，更是在 2021 年 9 月，宣布推出自己的元宇宙虚拟世界“JOYTOPIA”，并邀请英国摇滚乐队酷玩（Coldplay）在此平台上举办独家演唱会。
宝马汽车将品牌宣传提升到一个新的水平。“通过‘JOYTOPIA’，我们创建了自己的元宇宙。这使我们能够响应客户对数字空间个性化体验的需求。”
宝马汽车品牌传播和品牌体验副总裁斯蒂芬·波尼卡瓦（Stefan Ponikva）这样说。
无独有偶，国内的新锐汽车厂家——智己汽车也于 2021 年开启了自身元宇宙数字空间的建设，将其命名为“原石谷”。
与宝马汽车不同的是，智己汽车是以一种更加真金白银的方式来启动：它拿出创始轮投资中的 4.9%的股权收益作为背书，发行 3 亿枚 “原石”映射该部分股权对应的资产收益与红利。
在智己的运营逻辑中，用户数据对于智能电动车的迭代升级至关重要。
用户在使用汽车过程中产生的数据，经过 AI 的自动化深度学习，可以直接推动产品、服务以及品牌的进化与迭代；
而应用包括区块链在内的一系列前沿科技，以数据权益的方式回馈用户，则是对用户贡献与价值的认可。
（三）正处在萌芽阶段的“数字孪生体”运营商
除了生产与营销，基于数字孪生体产品，新的商业模式正在不断被创新。
我们都知道，特斯拉公司为其生产和销售的每一辆电动汽车都建立了数字孪生体，并不断向与之关联的各个领域渗透，开启新的变革。
在 2020 年特斯拉三季度财报说明会上，马斯克表达了对车险的极度期待，“保险将成为特斯拉的主要产品，保险业务价值将占整车业务价值的 30%至 40%。”
特斯拉的底气源自细致入微、浩如烟海的电动汽车数字孪生体，而这个元宇宙中的每一辆特斯拉虚拟汽车都被现实世界中各种有意思的数据所描述着——车辆的状况如何、驾驶人的驾车习惯如何，甚至用车的高频时段是何时等，这些个性化的数字孪生体特斯拉汽车，成为保险定价的重要依据。
而结合 UBI 车险（Usage Based Insurance，基于用量的保险）这样的创新商业模式，或许会让更多消费者青睐有加——如果有保险公司能实现按照汽车行驶公里数来支付保险费用，且每公里还会按照每个人的驾车习惯来定价，那么汽车司机谁还愿意死板地按年交付保险费用？
汽车产品无疑是元宇宙演进节奏相对较快的一个品类，传统汽车企业也更加有可能成为更快转变为汽车数字孪生体，乃至汽车元宇宙的运营商。
并且我们相信，这只是众多进入人类经济生活中的元宇宙产品的萌芽而已。四、升维：“元宇宙星系号”
数字技术不断推动着人类生活中日常信息消费的升维，从文字到图片，再到视频。
未来，如果每一个企业，尤其是面向 C 端的消费类企业，除了传统的新浪微博、微信公众号、抖音快手、小红书等之外，又多了一个元宇宙数字空间入口——姑且称之为“元宇宙星系号”，我们甚至相信这一天肯定会到来。
众多在工业元宇宙中被创造出来的产品，带着其先天的数字身份活跃在各自独立又相互关联的元宇宙空间中，帮助它的主人众创众享，不仅让物理产品本身越来越出色，也让用户体验到了其中的有趣有“利”。
这或许真的是一个值得期待的“工业元宇宙”时代。