工業網際網路產業聯盟發布《工業元宇宙白皮書》。
一、工業元宇宙概述
（ 一 ） 元宇宙基本內涵
關於元宇宙目前尚無完全統一定義，通常來說元宇宙 是指利用科技手段創造的與現實世界映射交互的虛擬世界，在此基礎上形成具備新型社會經濟體系的數字生活空間。綜合元宇宙相關定義和釋義，可以將元宇宙看作是基於多種資訊技術有機結合，沉浸式、自主化、虛實融合的數字網路空間，是基於網際網路平台價值重構，身份資產化、內容價值化、開放互通的虛擬經濟體系，是基於現實世界社會活動與人際關係時空深度延伸的新型網路社會。元宇宙利用擴展現實、區塊鏈、人工智慧、數字孿生等技術實現對現實世界的數字拓展，可完成對現實世界的空間延伸、時間延伸和價值延伸。元宇宙概念示意如圖 1 所示。
圖 1 元宇宙概念示意
1、元宇宙概況
通常認為元宇宙概念來源於 1992 年科幻作品《雪崩》 中提到的「Metaverse」。2021 年是元宇宙的元年，3 月份隨著元宇宙概念第一股 Roblox 上市，元宇宙開始進入公眾視野，國外臉書、微軟、英偉達等科技公司紛紛布局相關領域，國內騰訊、字節跳動、百度等公司也緊隨其後，10 月份，臉書正式改名為 Meta 徹底擁抱元宇宙，使得全球範圍內掀起了關注元宇宙發展的熱潮。自此以後，世界各國開始在擴展現實、人工智慧等元宇宙重要的領域開展了布局，政策和產業發展策略等方面也有所傾斜。
（1）主要政策
國外，主要國家在元宇宙技術研發、產業發展、政策監管等方面進行了積極布局。在技術研發上，韓國重點關注元宇宙城市、虛擬數字人、擴展現實等方向，且給予資金支持，2021 年 5 月，韓國科學技術資訊通信部發起成立包括現代、SK 集團等 200 多家韓國本土企業和機構的「元宇宙聯盟」，專注元宇宙探索。法國在數字資產、擴展現實等方向積極展開探索，成立配備虛擬實現工業中心位於西部羅亞爾河大區的智能工廠創新科研中心，擬通過虛擬現實技術開展新型工廠設計、新機器監測、人體工學研究以及員工虛擬培訓等研究。在產業發展上，2021 年 7 月，韓國公布《數字新政 2.0》推出數字內容產業培育支援計劃，共投資 2024 億韓元，其中投資擴展現實內容開發、數字內容開發和擴展現實產業基礎共計 760 億韓元。2021 年 11 月 3 日，首爾市長提出首爾願景 2030 計劃，計劃投資 30 億韓元建設元宇宙首爾，涵蓋包括經濟、教育、旅遊、通信、城市、行政和基礎設施 7 個領域。韓中國業界對元宇宙關注度極高，主要側重於元宇宙平台、虛擬人、VR 等方 面，並初步形成了遊戲、虛擬偶像、虛擬世界等領域應用。2021 年 7 月，日本經濟產業省發布了《關於虛擬空間行業未來可能性與課題的調查報告》，報告認為，政府應著重防範和解決「虛擬空間」的法律問題，並對跨國、跨平台業務法律適用條款加以完善；政府應與業內人士制定行業標準和指導方針，並向全球輸出此類規範。2021 年 12 月，成立元宇宙的業界團體「 一般社團法人日本元宇宙協會」，啟動市場構建，力爭使日本成為元宇宙發達國家。
2022 年 4 月，日本成立面向應用推進研究和規則完善的「元宇宙推進協議會」。在政策監管上，2021 年 10 月，美國出台《政府對人工智慧數據的所有權和監督法案》，要求對人工智慧系統所涉及的數據，特別是面部識別數據， 進行監管。2022 年 3 月 9 日，美國總統簽署「關於確保數字資產負責任發展」的行政命令，要求各部門通力合作，就數字資產展開相關研究。2022 年 4 月和 7 月，歐盟分別通過了《數字服務法》和《數字市場法》，重點關注網路平台內容安全、保護、個人隱私安全以及惡性競爭等關鍵問題。
國內，元宇宙產業也獲得了廣泛的重點關注。2021 年 12 月，中央紀委國家監委網站發布《元宇宙如何改寫人類社會生活》，提出要「理性看待元宇宙帶來的新一輪技術革命和對社會的影響，不低估 5-10 年的機會，也不高估 1-2 年的演進變化」。2022 年 1 月，工信部召開中小企業發展情況發布會，提出要注重培育一批深耕專業領域工業網際網路、工業軟體、網路與數據安全、智能傳感器等方面的「小巨人」企業，培育一批進軍元宇宙、區塊鏈、人工智慧等新興領域的創新型中小企業。此外，工信部工業文化發展中心於 2022 年 10 月發布的《工業元宇宙三年行動計劃（2022-2025 年）》，以及工信部、教育部等五部委 2022 年 11 月聯合發布的《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026 年）》，更著重突出了對元宇宙產業發展的重視。截止目前，我國已有 24 省市相繼發布元宇宙方面的產業發展規劃或方案，涉及產業發展、人才引進、稅收支持等。
（2）發展情況
當前，元宇宙整體還處在探索期，相關技術、產品、平台和應用還需要進一步整合和發展，但關鍵領域產業布局趨勢已經逐漸明朗。
在硬體方面，擴展現實設備、算力晶片和網路基礎設施等已成為元宇宙產業關注重點。其中，擴展現實設備已經成為元宇宙最直接入場券，以美國為主的國外廠商占據先發優勢，市場占比較高。2021 年第一季度臉書旗下的 Oculus 出貨量已占全球 VR/AR 頭顯出貨量 75%，同比增長 117%，行業呈現向頭部集中的趨勢。以 GPU 為代表的算力正逐步向元宇宙計算核心發展，英偉達在該領域具有絕對的話語權和主導權，在前四大雲供應商亞馬遜、谷歌、阿里 巴巴、Azure 中 97.4% 的 AI 加速器實例部署了英偉達 GPU，同時英偉達主導著人工智慧算法訓練市場，全球 Top500 超級電腦中近 70%使用了英偉達 GPU。以網路為代表的基礎設施成為保障沉浸式體驗的關鍵，在傳統無線方式不能解決元宇宙終端設備需求的背景下，5G 和新的 WIFI 標準不斷出現，蘋果 UWB 晶片、華為 5G 通信天罡基站和巴龍 5000 等都在向該方向發展。
在核心技術上，人工智慧、區塊鏈等成為了重要元宇宙的重要支撐。其中，人工智慧已經成為驅動元宇宙的內在動力，美國圍繞人工算法基礎框架開展了大量的研究與應用。谷歌、臉書、亞馬遜、微軟等科技巨頭紛紛布局基礎算法框架，開發了 TensorFlow、MXNet、CNTK、Caffe 等重要產品，其中谷歌所研發的 TensorFlow 已被大量人工智慧項目採納。國內，作為最早「All in AI」的公司，百度在 AI 領域的積累深厚，基於百度大腦的 VR2.0 產業化平台為產業提供全棧式行業場景應用開發，並提供全鏈路元宇宙內容生態和 AI 支撐下的元宇宙新業態。區塊鏈技術作為元宇宙數字身份和數字資產的支撐也獲得了飛速發展。據 IDC 數據，我國區塊鏈市場規模已達 4.68 億美元，是全球的第二大區塊鏈支出單體。隨著產業動能的釋放，我國區塊鏈產業鏈條進一步完善，產業鏈上、中、下游持續補充，形成了具備成熟度與完備性的全產業鏈鏈條，在數字經濟帶動下，應用領域企業飆升宇宙應用的主要方向。國外作為元宇宙的發起方，其在應用方面積累了大量的優質企業，產業發展優勢明顯。我國科技企業在元宇宙應用領域迅速跟進，以騰訊、字節跳動、華為、阿里巴巴等為代表的巨頭整合業務優勢迅速布局，以米哈游、莉莉絲等為代表的遊戲企業升維遊戲場景靠近虛擬世界，A 股遊戲公司中青寶、寶通科技、湯姆貓等宣布開發元宇宙概念遊戲。整體來看，得益於強大的基建能力及人口規模優勢，我國元宇宙科技企業在後端基建、人工智慧、內容與場景創新等方面的潛力巨大。
在國家整體層面，美國重視基礎研發，尤其在底層架構方面，整體領先水平較高。中國掌握用戶基數與社交基因優勢，在後端基建和人工智慧領域持續布局和發力。日本有豐富的 ACG（動畫 Animation、漫畫 Comic、遊戲 Game）產業基礎，其應用已逐步由遊戲向其他場景延展。韓國元宇宙由政府引領，應用場景主要由「偶像經濟」驅動，並在「虛擬數字人」上有一定技術領先。
2、元宇宙主要特性
元宇宙主要特點是幫助人們實現在虛擬世界的數字化身，進而藉助擴展現實等人機交互手段實現虛擬世界和現實世界的融合。從元宇宙數字化身的角度上看，元宇宙主要具備時空融合性、多元共生性、價值融通性、自主多樣性四個主要特性。時空融合性是指元宇宙不僅完成對現實世界的數字拓展，更是在時間和空間上提供了多種發展的可能，時間和空間高度統一，藉助元宇宙，用戶可發展多個時間線，體驗不同空間、不同場景下的生活，未來可能性大大增加。多元共生性是指元宇宙可將多重身份進行統一，實現虛擬身份和現實身份的綁定，化身將成為元宇宙身份的主要特點。價值融通性是指元宇宙實現了現實世界和數字世界的價值流轉和融合，新型經濟體系將會出現，現實世界的重要數據會轉變為重要的數字資產，在虛擬世 界中的數字化創造也可能轉為現實財富。自主多樣性是指元宇宙給予了用戶充分的自主和自由，用戶可自由掌握自身身份資訊的應用範圍，選擇自己想要置身的場景。
3、元宇宙發展趨勢
元宇宙的發展趨勢可以從虛實融合、生態連通、人機交互和資訊交互四方面描述。一是虛實融合性將不斷加強。元宇宙是現實世界和數字世界的總和，從世界融合的角度上看，元宇宙可能會經歷獨立發展、虛實結合和虛實相生三個階段。在獨立發展階段，數字世界是現實世界的附屬，兩者之間不存在太多的交互。在虛實結合階段，現實世界與數字世界交互頻繁，兩者相互影響。在虛實相生階段，數字世界與現實世界高度融合，數字世界在時間、空間、經濟等體量上逼近甚至超越現實世界，出現新的社會形態。二是應用覆蓋範圍不斷擴大。從應用發展趨勢看，元宇宙要經歷自發階段、領域互聯階段和全連接階 段。在初始階段，一些相互獨立的應用零散出現，然後應用開始按照領域、應用目標等不斷聚合，形成領域生態，最後實現全面互聯，形成元宇宙應用生態。三是人機交互體驗不斷提升。從交互技術發展上看，元宇宙將推動現有 文字、影片等傳統交互向以擴展現實為主的音影片沉浸式交互轉變，最終可能涵蓋甚至超越人體五感的全方位沉浸式交互，實現真正意義的元宇宙交互模式。四是資訊交互方式向去中心化轉變。從資訊交互理念上看，元宇宙將推 動網際網路從資訊只讀的網-人交互、人-人交互向以智能化的人- 網交互為主的 web3 邁進。
目前，元宇宙還在初期階段：一是核心關鍵技術有待進一步發展，如擴展現實的體驗上尚未完全解決人機交互的根本問題，沉浸式體驗有待加強，人工智慧技術仍舊停留在模式識別階段，元宇宙迫切需要的意識層面還尚未實現，區塊鏈技術面臨「不可能三角」問題。二是基礎設施能力與理想需求還存在很大差距，元宇宙的發展對基礎設施提供更高能力要求，以算力為例，元宇宙的算力需求預測過千甚至超萬 EFLOPS，根據 IDC 統計，2020 年全球的算力只有 429EFLOPS，兩者存在巨大的缺口。三是應用內容還需進一步豐富。元宇宙雖在遊戲、社交等領域取得一定進展，但能夠代表行業突破的現象級應用尚未出現，應用的廣度和深度有待加強，標杆應用有待進一步培育。
（二）工業元宇宙基本內涵
李伯虎院士指出「工業元宇宙是指在新發展理念指引下，在新一代人工智慧技術引領下，藉助新時代各類新技術群跨界融合，實現工業領域中『人、虛擬空間與現實空間』虛實映射/交互/融合、以虛促實、以虛強實的工業全要素鏈、全產業鏈、全價值鏈（三鏈）智慧、協同、開放、服務、互聯的複雜數字工業經濟系統」。
工業元宇宙是元宇宙重要應用領域，是以擴展現實、數字孿生、內容生成等為代表的新一代資訊通信技術與實體工業經濟深度融合的新型工業生態。工業元宇宙與元宇宙的關係如圖 2 所示。
圖 2 工業元宇宙與元宇宙
與消費場景下超現實的內容創造和用戶體驗感相比，工業元宇宙構建的場景和對象是一個確切物理系統，所要解決的問題、組織關係和任務都是明確的。得益於工業領域的堅實技術基礎和明確的工業場景，未來工業元宇宙將可能是元宇宙優先落地應用的方向。
二、工業元宇宙可能引發的變革
工業元宇宙是元宇宙在工業領域的落地與拓展，是新型工業數字空間、新型工業智慧互聯繫統、數字經濟與實體經濟融合發展的新型載體。工業元宇宙為製造業數字化轉型、實體經濟高質量發展、企業智慧化管理等方面提供更大創新空間，並引發更加廣泛的工業變革。
（一）時空交融的平台化設計
工業元宇宙可以通過模擬產品的設計、生產和使用環境，對產品、產品零部件之間的作用方式進行更加直觀、精準的模擬和展示。設計研發階段，產品設計者們可以通過工業元宇宙構建的虛實融合環境，打破協作時空邊界，實現協作體驗和效率大幅度提升。設計者還可以通過 VR 或 AR 眼鏡，沉浸式的感受設計效果，通過「真實」的管理實驗，完成各種人機工程的設計及優化。
以寶馬新型數字工廠為例，藉助英偉達 Omniverse 平台，設計人員可以在全球範圍內獲得 31 座工廠的各類數據，藉助平台的協作工具，設計人員可以無視距離和時間的限制，達成全球範圍內的高效協作，有效解決了設計規劃耗時、產品無法兼容和數據更新滯後的問題。設計者可以在設計階段體驗建成後的真實工廠，進而可以對工廠進行優化設計，並進行模擬生產。
（二）虛實結合的智能化製造
工業元宇宙將可以通過在虛擬世界中復刻、聚合現實世界生產資源，提升全球化生產協同能力和水平，構建全球「大生產線」模式。工業元宇宙中，時空界限變得模糊，可以通過構建親臨現場感的遠程作業模式，提升生產經營者對作業環境的實時感知，避免生產現場帶來的人身安全問題，還可以實現多用戶沉浸式遠程生產監控、作業操作指導等。
以微軟 Azure 平台為例，藉助內部強大的技術優勢，微軟將軟硬體產品整合為「元宇宙技術棧」，並通過增強現實技術創建出一個能復刻現實世界的數字化工作空間，從而加快維修和啟動新的生產線等流程。目前，日本川崎重工已成為微軟工業元宇宙業務的新客戶，工廠員工將佩戴 HoloLens（全息眼鏡）開展機器人製造、設備維修等該工作，實現供應鏈的透明化管理。
（三）沉浸體驗的個性化定製
工業元宇宙可以在虛擬世界中構建虛實融合、開放透明、可直觀體驗的產品全生命周期情景視圖，吸引更多人以各種形式參與到產品生產中來。用戶可以在工業元宇宙構建的虛擬世界中，參與產品設計，觀摩甚至參與產品生產過程，進行產品虛擬體驗，並隨時可以反饋產品改進或優化建議，也可在上述過程後直接進行產品消費並追蹤產品物流進程、進行產品使用反饋。
以國內某服裝生產企業的個性化定製為例，通過在生產中應用 3D 量體系統、手持式 3D 掃描等新技術，實現快速人體建模和數字化量體，根據用戶需求建立精準的「人-號- 型」對應關係，同時用戶可全程監控過程生產，實施跟蹤產品的生產進度，並根據實際生產情況進行反饋來進一步明確定製需求，從而實現了服裝的個性化定製。
（四）全局可視的網路化協同
工業元宇宙可進一步深化產業鏈供應鏈組織模式變革，產業鏈供應鏈上的企業和合作夥伴可以在虛擬世界中進行協同設計、協同生產、協同服務，協同體驗更加直觀、高效，並且通過虛實融合、3D 展示、沉浸體驗，精準展示完整的協作進程和協作視圖，進而促進資源共享、能力交易以及業務優化配置。
以百度天工物聯網平台為例，平台通過傳感器連接所有物理資產，並將物理世界的數據和狀態傳送到元宇宙應用數字程序的數字虛擬空間，結合百度地圖的海量數據處理能力和物聯網的時間聚合分析能力，構建一整套時空大數據系統，並採用時空時序資料庫來用於存儲和管理時間序列數據及地理空間數據，從而實現數據治理及共享，使得需要結合空間與時間的應用落地就會變得簡單，提升了工業協同效率。
（五）虛實共生的服務化延伸
工業元宇宙可以通過對現實世界的映射、化身等技術，支撐企業打造多種虛擬化形象、虛擬場景，打破時空界線與用戶進行更高效的交流，更精準的獲取用戶產品使用資訊。企業產品客戶通過 VR 、AR 設備，可以實時看到產品操作流程和使用要求，從而有效降低培訓難度，減少操作失誤率。企業設備供應商通過 AR、VR 進入虛擬工廠，可以獲取更精確的情景資訊，加快故障定位、原因排查和故障修復。
以百事可樂的 AR 生產支持為例，在 AR 技術未引入前，百事可樂位於南非德班的 Prospecton 工廠需要員工掌握四種以上的語言才能保證工作的順利進行，這對一線員工帶來了極大的挑戰。藉助 AR 技術，一些不具備外語能力的當地工人，就可以在車間接受培訓和開展工作，同時結合 AR 眼鏡內置的 Zoom 應用，就可實現居家辦公人員與現場人員遠程溝通，讓工人可以便捷開展工作交流，最終提升生產效率。
（六）全息洞察的數字化管理
工業元宇宙可以在虛擬世界中實時展示智能工廠的建設、運營管理、生產設備和產線運行狀態，更加直觀、便捷地優化、創新乃至重塑企業相關活動。在智能工廠建設前期，建設與現實智能工廠的建築結構、產線布置、生產流程、設備結構一致的虛擬智能工廠，對產能配置、設備結構、人員動線等的合理性進行提前驗證。在智能工廠運行階段，可以在虛擬智能工廠中進行全場景、全環節、全要素、全過程的 3D 化直觀展示、模擬和預測分析，極大提升經營管理效率。
以 ALVA Systems 打造的基於 AR 數字孿生的研發量產研究中心為例，中心將 數據分析以及虛擬仿真等過程「搬」到現場，管理人員能夠將數字模型投放在任意平面，進行區域、產線、設備等不同層級的內容資訊查看、觸摸、抓取、移動、縮放等 AR 交互操作，實現遠程的生產狀態監測與運維管理。
三、工業元宇宙概念框架和發展階段
（一）概念框架
工業元宇宙作為元宇宙的重要應用場景，主要目標是實現工業現實世界到虛擬世界的映射，並實現工業生產在虛擬世界中的新發展。工業元宇宙的概念框架如圖 3 所示。
圖 3 工業元宇宙概念框架
現實世界。除工業生產外，現實世界還包含對工業全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面感知。其中，全要素包括人、機、料、法、環、質，全產業鏈包括採購、生產、物流、銷售等多個環節構成的完整的產業鏈，全價值鏈包括所有參與者和生產銷售等活動的組織及其價值、利潤分配。現實世界通過對全要素、全產業鏈、全價值鏈的數字化，構建了工業元宇宙堅實的數據基礎。
基礎設施。工業元宇宙在網路、算力、存儲等關鍵資訊基礎設施的支撐下，進一步打造體驗、身份、資產和平台等具有工業元宇宙特色的基礎設施，形成社會、時空、經濟和治理四大體系。其中，體驗基礎設施主要聚焦虛實交互和內容與渲染引擎的打造，是工業元宇宙中虛實交互的關口，也是用戶進入虛擬世界的關鍵。身份基礎設施主要實現虛實身份的表徵並實現身份的關聯與映射，是支撐工業元宇宙中「化身」實現的重要基礎，是實現工業元宇宙內部社會關係的重要支撐。資產基礎設施主要是將工業全要素進行資產化，實現工業全要素的表徵，並支撐表徵下的工業數字資產的交易。平台基礎設施支撐工業元宇宙 中的虛實資源協同，面向整個體系提供數據驅動的工業智能與服務，支撐體驗、身份、資產之間的關聯交互，支撐面向工業生產經營管理的新型社會、經濟、時空和治理體系的構建，支撐虛擬世界構建和各種工業元宇宙創新應用 支撐。工業元宇宙構建在整個元宇宙社會、經濟、時空和治理基礎之上，適配新型工業化需求並持續進行疊代演進，其中時空體系和社會體系通過虛擬世界實現對現實世界的數字拓展，通過分布式標識、數字化身等技術賦予用戶更強的身份自主能力，通過現實世界的數字孿生和虛擬原生構建更加豐富多彩的虛擬世界，並跨越時空限制；經濟體系既涵蓋又可以超越現實世界的經濟體系，甚至在虛擬世界中構建全新的經濟體系並影響現有經濟體系，如創作者經濟等；治理體系為元宇宙安全可靠及平穩運行的制度和規則基礎。
虛擬世界。以現實世界映射而來的鏡像為基礎，以工業元宇宙基礎設施為支撐，在社會、時空、經濟和治理體系下，構建包含虛擬物、虛擬人、虛擬組織和虛擬環境等數字化要素的虛擬世界。其中，虛擬物主要是對現實世界生產資料的映射，包括數字化的物料、設備和產品；虛擬人主要是對工業生產參與者的映射，包括數字化的生產者、設計者、經營管理者和消費者；虛擬組織主要是對生產主體的映射，包括數字化的工廠、車間、企業和園區；虛擬環境主要是對生產環境的映射，包括數字化的時空、天地和建築。未來，虛擬世界將成為工業元宇宙時代進行工業生產經營管理的重要載體。
新興模式和應用。工業元宇宙藉助虛實結合，實現了對工業現實世界的極大擴展，消除時空限制並實現物理資源、數字資源在更大範圍內的整合調度，同時藉助工業元宇宙帶來的交互手段、展現方式、協作模式以及社會體系、經濟體系、治理體系的變革，促進平台化設計、智能化製造、個性化定製、網路化協同、服務化延伸、數字化管理六大典型應用模式進一步創新發展，實現設計、生產、製造、服務、管理的全面提升。
在此基礎上，用戶、內容創作者、運營方、平台建設方、基礎設施提供方和平台監管者等參與主體，圍繞工業元宇宙基礎共性以及製造、能源、醫療、交通等行業領域，開展創新探索，推進新型工業化體系建設與發展。
（二）發展階段
作為元宇宙的重要應用場景，工業元宇宙發展遵循元宇宙發展的一般規律，在虛實融合、生態連通、人機交互和資訊交互等方面有類似的發展脈絡，但由於工業應用的複雜性及與生產綁定的耦合性，工業元宇宙的發展還具有其自身的特點。
在初期發展階段，現有現實世界的生產過程和需求結構尚未改變，虛擬物、虛擬人、虛擬組織和虛擬環境等的構建需要結合實際需要和場景逐步展開，現實世界與虛擬世界虛實結合及虛實融合的程度、深度和廣度有待培育，並受限於工業元宇宙相關支撐體系的發展、社會經濟治理體系的發展以及工業場景的複雜度，工業元宇宙聚焦「單點」探索。在快速發展階段，虛擬世界變得更加真實感，並深入參與到改造現實世界的生產過程。工業元宇宙相關的技術、交互設備、基礎設施等支撐體系較完善，設計、生產、製造、服務、管理等生產經營活動加速向虛擬世界進行映射或遷移，出現大量可複製可推廣的創新應用模 式，創新社交模式和經濟活動推動治理體系變革。在成熟發展階段，工業元宇宙將工業生產的虛實統一。虛擬世界和現實世界之間實現完整映射和無縫交互，人們藉助虛實融合參與到生產經營的各個環節。
四、工業元宇宙支撐體系
（一）總體視圖
工業元宇宙的發展需要構建強有力的支撐體系，涉及支持工業元宇宙發展的新型基礎設施建設、技術產品創新、產業生態培育以及配套政策法規建立等。結合當前業界對工業元宇宙的研究與探索，我們給出了工業元宇宙的支撐體系的總體視圖如圖 4 所示。
圖 4 工業元宇宙支撐體系
（二）基礎設施
1、感知與控制
感知是工業元宇宙重要的數據來源和運行的數據基礎，通過音影片採集、測量、傳感、射頻識別、位置資訊採集等數據採集手段，實現對工業生產經營活動的全方位感知。控制將工業資訊與控制系統、虛擬世界的控制資訊和指令作用到現實世界，改變現實世界資產運行狀態，使得虛擬交互界面下用戶可以實現對生產經營活動的操控。
2、網路、計算與存儲
工業元宇宙帶來的數據量爆炸式的增長，全息通信、虛實互動、數字資產交易、去中心化交互等需求，以及塑造支撐工業元宇宙發展的社會體系、經濟體系、時空體系和治理體系等，都對現有資訊基礎設施提出跨越式的發展要求， 網路帶寬、傳輸時延、算力等方面需求的持續提高也對通信技術和基礎設施的建設帶來了巨大的挑戰。通信技術中，工業以太網、5G/6G、Wi-Fi 6 等為代表的網路技術提供更可靠、快捷、靈活的數據傳輸能力，並且需要適應工業元宇宙應用需求發展，如虛實融合場景下的高實時應用要求網路毫秒級時延。邊緣計算、雲計算、算力中心等計算技術為不同工業場景提供分布式、低成本數據計算能力，特別是區塊鏈等分布式技術應用以及數字化身、數字資產交易等，對網路計算能力和存儲能力都將帶來巨大挑戰。
3、平台
平台為工業元宇宙的構建、運行提供通用能力支撐，通過聚合虛實數據、虛實資產、虛實資源、模型工具、數字身份、時空狀態等資訊，提供海量數據分析、時空建模、內容創作、資源協同、資產交易、工業控制、應用開發等功能，是工業元宇宙的核心。
（1）工業人工智慧
工業人工智慧（AI）是建設和驅動工業虛擬世界、實現虛實聯動的關鍵。虛擬世界的創造需要 AI，在工業元宇宙中，用戶突破了時間和空間限制進行交流，但虛擬場景的搭建需要進行大量工作，需要藉助AI 技術打造智能「大腦」來創新內容，降低用戶內容創作門檻。虛擬世界的「數字人」需要 AI，化身是工業元宇宙提供用戶的主要功能，數字化身除具備與現實對應的數字身份外，還存在一 些專為虛擬場景服務的「數字人」，這些角色需要 AI 技術賦予一定的智能來完成相應的職責。工業元宇宙的自動化管理需要 AI，自治是工業元宇宙運行的關鍵能力，在應對各種突發狀況時，工業元宇宙能夠進行自動調整，優化自 身行為，保障自身的運轉。工業 AI 未來會在生成算法、多模態、內容生成以及預訓練模型等方面持續發展。
（2）工業數據管理與工具
工業數據管理與工具為工業元宇宙實現海量數據分析、管理、治理以及在此基礎上形成的智能決策提供重要支撐。通過對現實世界和虛擬世界中工業生產、經營、管理等各類數據的匯聚，藉助數據建模、數據標識、數據治理等工業模型與數據科學，並與工業人工智慧技術結合，構建工業元宇宙數據體系，推動工業數據的知識化和資產化，形成更深度更精準的數據洞察、分析預測、決策反饋和可視化展示，並作用於現實世界和虛擬世界中的工業活動，為工業元宇宙的自動化、智能化運轉提供基礎。
（3）工業軟體
工業軟體為工業元宇宙提供工具組件，如 CAD、MES、ERP 等，使用流程優化、仿真驗證等核心技術將工業知識進一步顯性化，支撐工廠、產線虛擬建模與仿真、多品種變批量任務動態排產等先進應用。未來需要與 3D 呈現、數字孿生、虛實交互等技術結合，支撐工業元宇宙中各種虛實結合/虛實融合的生產經營管理活動。
（4）內容生成平台
內容生成平台為工業元宇宙建立現實世界的數字映像、打造虛擬世界、構建數字化身或數字人以及虛實交互提供文字、圖片、音影片等內容生成服務，包括時空引擎、內容引擎、實時渲染等工具，當前人工智慧生成內容（AI-Generated Content，AIGC） 正在成為元宇宙內容生成的重要解決方案。工業元宇宙中，內容生成平台需要和工業活動需求銜接起來以加速實現產業落地。
（5）區塊鏈 BaaS 平台
區塊鏈技術能夠賦予數據難以篡改的特性，進而支持數據/資源/資產的跨平台管理和流通，用戶真正擁有數字資產，是工業元宇宙打造可信價值網路和新型經濟體系的基礎底座。區塊鏈 BaaS 平台可以提供智能合約、共識算法、隱私計算、跨鏈機制等服務，促進區塊鏈在工業元宇宙中的應用，促進各種虛實數據/資源/資產在不同製造主體之間的流轉與協作共享，加速重構現有的業務邏輯和商業模式。
（6）通用 PaaS 平台
通用 PaaS 平台通過雲計算、大數據等技術為工業元宇宙平台提供系統資源調度與運維管理等基礎共性支撐。
4、身份與資產
工業元宇宙將是一個持久運行、虛實融合的世界，價值性是其存在的重要基礎。資產的確權、定價和交易是激發數據要素、數字原生創新、虛實資源/資產進行流通進而達到經濟作用的基礎保障，特別是面向工業生產經營活動尤為重要。資產的確權、定價和交易除了需要政策保障、行業自律等，還需要依賴區塊鏈等資訊化手段和機制，既需要考慮虛擬世界對現實世界的價值延伸，還需要考慮與現實世界的經濟體系銜接。
數字身份是現實世界的人/機/物及虛擬世界中的人/機/物在工業元宇宙的唯一表徵，涉及數字身份的唯一標識、關聯資訊以及身份驗證、關聯資訊查找與定位等，工業網際網路標識解析體系以及以分布式標識代表的新型標識體系將提供重要基礎支撐，同時還可以藉助數字錢包技術實現數字身份與數字資產的綁定以及在此基礎之上數字資產交易。藉助數字化身等技術，既可以支撐企業打造多種虛擬化形象、虛擬場景，還可以吸引人們打破時空界線，藉助數字化身參與到工業生產經營活動。
（三）交互與應用
工業元宇宙將帶來全新的人機交互模式和體驗，藉助自然語言、擴展現實、腦機接口、數字智能體等交互技術和設備，可以實現虛實結合或虛實融合，並且可以根據工業場景定製開發所需要的交互環境，使交互體驗更加真實、流暢。工業元宇宙發展，對交互設備在光學、晶片、傳感、感知交互等技術能力水平不斷提出更高要求，包括穩定性、精確性、實時性、用戶友好度、更低成本等。交互形式如腦機接口正在不斷創新發展，交互範圍也由傳統的人人交互向人與數字智能體的混合交互發展。
應用方面，工業元宇宙將賦能千行百業，通過虛實結合/虛實融合促進設計、生產、製造、服務、管理各環節的創新發展。
（四）其他支撐
當前工業元宇宙還處於發展初期階段，但對現有社會 經濟體系帶來新的衝擊和挑戰，需要結合工業元宇宙發展不斷完善法律、政策和國際治理，以確保工業元宇宙規範健康發展。此外，還需要頻譜、IP 地址、標識編碼等關鍵資源保障。安全與隱私保護為工業元宇宙發展的重要前提，以區塊鏈為代表的分布式技術應用、數字化身模式、內容生產以及數據/資源/資產的跨主體、跨平台流通，對工業元宇宙的安全與隱私保護都提出了更高要求，涉及安全防護、身份安全、交易安全、智慧財產權保護與隱私保護等，並且需要考慮隱私計算等技術應用以保障數據的全生命周期安全可信、用戶有能力自主控制數據、支持各方進行分布式協同治理。工業元宇宙的發展離不開產業生態培育以及配套創新環境和公共服務能力建設，包括創新載體、投融資、開源與標準化、技術與應用服務商等。
五、工業元宇宙推進建議
（一）引導應用創新探索
結合工業元宇宙相關技術產品成熟度情況，引導各行業結合自身發展基礎和發展需求，圍繞設計、生產、製造、服務、管理等環節，選擇典型場景，開展工業元宇宙應用探索，以應用促發展。
（二）加快關鍵技術創新
加強擴展現實、人工智慧、區塊鏈、內容生成等新一代資訊技術研發投入，基於工業需求、虛實結合/虛實融合需求開展融合性技術創新。加強工業知識的挖掘與轉化。注重創新載體建設，為工業元宇宙技術創新和成果轉化提供平台和環境。
（三）培育關鍵產品和產業鏈
工業元宇宙對相關軟硬體產品的可靠性、精準性要求更高，可以結合落地難度相對小場景，如維修、培訓等，開發工業元宇宙產品，實現工業元宇宙的快速落地，促進產品疊代升級。同時建立產品目錄，圍繞重點產品鍛造產業鏈。
（四）加強基礎設施建設
目前全球都在加速構建面向信任和價值傳遞的新型基礎設施。面向工業元宇宙未來發展，持續推動工業網際網路網路、標識、平台、安全基礎設施建設，同步推進 6G、新型標識、工業元宇宙平台、隱私計算等能力建設與應用，快速構建支撐工業元宇宙發展的基礎設施。
（五）探索監管機制
工業元宇宙將帶動區塊鏈等分布式技術、數字智能體與數字化身、原生虛擬資產、人工智慧生成內容等快速發展，同時也帶來分布式系統監管、企業數據與活動保護、虛擬資產炒作、生成內容智慧財產權保護等系列監管挑戰，需要結合工業元宇宙發展提前研究可能的機制和手段。
六、發展展望
工業元宇宙通過打造與現實工業經濟映射和交互的虛擬世界，構建圍繞產品、企業自身、企業上下游、消費者乃至整個工業生態體系虛實共生環境下智能高效協作閉環，推動工業向全息智能生產經營管理的更高階段發展。當前，工業元宇宙仍處發展初期，網路傳輸能力、內容引擎開發、應用場景創新、虛實映射與交互等方面還面臨很多限制，工業元宇宙應用的實時性、交互感、沉浸感和真實感仍有待提高，特別是面向製造過程孿生化的核心業務和應用系統相對較少，工業元宇宙離落地應用仍有較大差距，但工廠數字孿生、產品沉浸式體驗、AR/VR 培訓等等應用已經展示出了成效。未來，隨著應用探索和技術創新不斷展開，工業元宇宙將逐漸走向成熟。
