工业元宇宙：下一次数字革命的全球清单

### 生产力提升 20%，二氧化碳排放量减少 50%：工业元宇宙已实现这些惊人的数据 ### 不仅仅是流行语：工业元宇宙的 7 个特性使其成为下一个重大突破 ### 计算机中的工厂：工业元宇宙的工作原理，NVIDIA 和微软的最大赌注 ### 工业 4.0 之后是这个：为什么工业元宇宙将创造未来最抢手的工作 ###

一对一：现实世界如何获得完美的数字副本——这对我们所有人意味着什么

工业数字化正处于下一个变革阶段的开端。继第四次工业革命（即工业4.0）之后，工业4.0侧重于机器联网和数据收集，如今，一个全新的阶段正在兴起：工业元宇宙（IMV）。这一概念远超以往，它设想将物理世界和虚拟世界完全融合为一个单一、持久且交互式的生态系统。它并非单一的、孤立的技术，而是众多成熟和新兴技术的深刻融合，这些技术共同创造出一种超越各部分之和的新兴能力。.

与消费元宇宙（通常以推测和娱乐为导向，旨在创造用于社交互动、游戏和商业的虚拟世界）截然不同，工业元宇宙牢牢扎根于现实。其主要目标是解决具体的现实问题，并创造切实的经济和社会效益。它是一种正在开发中的工具，用于更好地理解、控制和优化复杂的工业系统——从单个机器到整个工厂和全球供应链。其发展的驱动力并非虚构，而是提高效率、加速创新和实现更可持续运营的商业需求。.

本报告全面概述了工业元宇宙的全球发展现状。报告首先对工业元宇宙进行清晰的定义和界定，以明确其概念。随后，报告分析了支撑这一新范式的技术基石。通过对全球市场、投资趋势以及领先科技公司战略的详细考察，报告阐明了经济动态。来自关键行业的具体应用案例和案例研究突显了已实现的潜力以及可衡量的成功。报告量化了工业元宇宙的各项效益，包括生产力提升和对可持续发展的贡献，同时也探讨了在广泛应用过程中必须克服的重大挑战。最后，报告展望了工业元宇宙的未来发展，尤其指出生成式人工智能将成为推动工业元宇宙下一阶段发展的催化剂。.

工业元宇宙的基本原理：定义与界定

要充分理解工业元宇宙的变革潜力，精准的定义及其与相关概念的清晰区分至关重要。工业元宇宙不仅仅是一个技术流行语，它代表着工业与数字世界互动方式的根本性转变。.

全面定义

工业元宇宙的核心在于构建一个沉浸式虚拟空间，用于工业应用，旨在革新研发、生产、物流和供应链管理。它是一个虚拟世界，如同真实机器、工厂、建筑、城市和交通系统的镜像——一个与物理现实永久连接的“永不关闭”的宇宙。.

基于弗劳恩霍夫集团为元宇宙提出的七个特征，可以建立一个结构化的定义，这些特征尤其适用于IMV：

• 虚拟现实与增强现实世界的结合：IMV 不是由孤立的系统组成，而是一个相互连接并与物理现实相连的虚拟世界网络。.
• 社交媒体：这是一个人们（以虚拟化身的形式）可以互动、交流和合作，共同解决现实世界问题的空间。.
• 持久且长期存在：IMV 持续存在，无论单个用户是否活跃。.
• 集成系统：它整合并利用了多种技术，包括增强现实（XR）、人工智能（AI）、物联网（IoT）和区块链，其中开放标准和互操作性至关重要。.
• 捕捉真实环境：一项核心功能是不断捕捉现实世界的条件和数据，以保持虚拟模型的更新和准确。.
• 多模态参与：用户可以通过台式电脑、平板电脑或完全沉浸式的 VR 眼镜，以不同的方式和不同的强度参与 IMV。.
• 与现实世界紧密结合：这是其最显著的特征。信息、行动和互动在虚拟环境和现实环境之间双向交换，并相互影响。.

此外，IMV 可以理解为“复杂系统的联网、整体式数字孪生”。这种视角强调了其作为一种工具的功能，它不仅使决策者能够了解过去，还能通过模拟预测未来，从而做出更明智的战略决策。根本性的范式转变在于从工业 4.0 时期纯粹的数据分析转向数据驱动的实时交互。价值不再仅仅来源于对数据的回顾性评估，而是来源于在物理上精确的模拟环境中与系统直接交互并体验决策的即时后果的能力。.

关键差异

明确区分工业元宇宙与其他形式的元宇宙对于理解其独特的价值创造至关重要。.

消费者和电子商务元宇宙主要面向终端消费者。其重点在于社交互动、娱乐、游戏以及虚拟购物体验的创造。价值创造基于数字商品（例如虚拟形象服装或虚拟房产）的销售以及沉浸式体验的提供。这些世界通常是纯粹的虚拟世界，并且自成一体。.

企业元宇宙专注于公司内部的协作。埃森哲的“Nth Floor”平台就是一个典型的例子，该平台用于新员工入职和虚拟会议。其目标是在虚拟环境中改善办公效率、沟通和企业文化。.

工业元宇宙（IMV）在目标和数据基础方面与上述两者有着根本的不同。它并非主要关注人，而是关注有形资产和产品（“以资产/产品为中心”）。IMV 的数据直接来源于真实的机器、流程和系统。其总体目标是优化物理世界——提高实际生产和价值链的效率、生产力、质量和可持续性。其显著特征是与物理现实持续的双向连接。在数字孪生中模拟和验证的变更会在实际工厂中实施；来自实际工厂的数据会实时回传，更新数字孪生。它并非逃避现实的手段，而是掌控物理现实的强大工具。.

工业4.0的发展

工业元宇宙并非一场突如其来的革命，而是工业4.0原则的合乎逻辑且持续的进一步发展。工业4.0通过引入网络物理系统（即通过物联网将机器和系统联网）奠定了基础，并为Catena-X或Manufacturing-X等数据空间创建了基础，从而实现了跨公司的数据交换。.

IMV 在此基础上，从两个关键维度进行了扩展。首先，它以一种全新的、直观的方式将人融入数据空间。工业 4.0 通常将人视为仪表盘的操作者或观察者，而 IMV 通过 VR 和 AR 等沉浸式界面，实现了与数据和机器数字模型的直接空间交互。其次，IMV 将关注点从优化单个组件扩展到优化整个系统。工业 4.0 中的数字孪生通常代表单台机器或一条生产线，而 IMV 的目标是“全系统数字孪生”。这涵盖了整个价值链，包括上游和下游流程、供应商、客户，甚至外部环境影响。这种视角的拓展将数字仿真从纯粹的操作层面提升到战略决策层面，从而能够对整个工业生态系统的复杂交互进行建模和管理。.

技术融合：工业元宇宙的构建模块

工业元宇宙（IMV）并非源于某一项突破性发明，而是多种强大技术的协同融合。其中许多技术已存在多年，但正是它们深度且无缝的集成，才造就了IMV的独特能力：在虚拟环境中实时镜像、模拟和控制复杂的现实世界系统。.

数字孪生作为核心要素

工业元宇宙的核心和根本基础是数字孪生。它远不止是一个静态的3D模型。现代数字孪生是一个动态的、基于物理的仿真模型，其行为与现实世界中的对应物完全相同，并能实时响应数据和变化。数字孪生的发展正从简单的数字表示逐步迈向高度复杂、逼真且物理上精确的仿真。西门子和英伟达等行业领导者之间的合作正在推动这一发展，其目标是创建交互式孪生体，这些孪生体不仅外观与现实世界中的对应物相似，而且在各个方面都完全相同。这些高精度孪生体可作为持久的虚拟环境，用于仿真、实时交互，并作为连接现实世界和数字世界的接口。.

人工智能和机器学习

如果说数字孪生是心脏，那么人工智能 (AI) 就是驱动工业元宇宙的引擎。AI 和机器学习 (ML) 对于处理现实世界中物联网传感器产生的大量数据并将其转化为有价值的洞察至关重要。AI 算法分析这些数据流，识别模式，发现异常，从而实现预测性维护等应用，在代价高昂的故障发生之前预测机器的维护需求。基于 AI 的仿真技术能够帮助工程师在极短时间内运行数千种设计方案，从而辅助新产品的设计和优化。生成式 AI 发挥着尤为重要的变革作用。它能够实现与数字孪生进行全新交互的方式，例如通过自然语言，正如西门子与微软合作开发的 Industrial CoPilot 项目所展示的那样。此外，生成式 AI 还可以基于预定义的参数（例如重量、稳定性、材料消耗）生成优化设计，从而加速设计过程本身。.

沉浸式技术（XR）

扩展现实（XR）——虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）的总称——构成了人类与工业元宇宙之间至关重要的界面。这些技术使工业元宇宙（IMV）的复杂数据和模拟变得触手可及，并便于人类直观操作。.

虚拟现实（VR）

VR技术能够创建完全沉浸式的计算机生成环境。在工业领域，VR技术被用于构建逼真的培训场景，员工可以在安全的虚拟环境中练习复杂或危险的操作，而无需阻碍真实机器的运行或让自己身处险境。.

增强现实（AR）

增强现实（AR）技术将数字信息叠加到现实世界中。例如，佩戴AR眼镜的技术人员可以将维护说明、电路图或实时传感器数据直接投射到他们正在操作的机器上，并显示在视野范围内。这不仅可以解放双手，还能显著降低操作失误率。.

连接的基础

要确保现实世界和虚拟世界之间的双向连接顺利运行，需要强大的连接技术基础。.

物联网 (IoT) 构成了智能模型 (IMV) 的感知层。机器、产品和物流链上的无数传感器持续收集温度、压力、振动和位置等物理数据。执行器则将数字指令转化为物理动作。这些物联网设备提供源源不断的数据流，使数字孪生模型保持“鲜活”并及时更新。.

高性能网络，例如 5G 移动标准以及未来的 6G，是 IMV 的命脉。它们确保物联网设备、边缘和云服务器以及用户 XR 设备之间快速、可靠且最重要的低延迟数据传输。只有极低的延迟才能使沉浸式实时交互成为可能。.

云计算和边缘计算提供了复杂模拟、人工智能模型和虚拟世界渲染所需的强大计算能力。云计算可以存储和处理海量数据以进行全球分析，而边缘计算则支持在本地机器上直接进行数据处理，这对于延迟极低的时效性应用至关重要。.

通过软件定义自动化实现安全和信任

只有当在虚拟世界中获得的洞察和优化能够快速可靠地回馈到现实世界时，工业元宇宙的真正价值才能得以展现。软件定义自动化正是在此发挥作用，它充当了数字仿真和物理执行之间的关键桥梁。虚拟可编程逻辑控制器（PLC）是其中的关键要素。传统上，PLC是工厂的“大脑”——控制单个机器或流程的物理设备。虚拟化使得PLC能够被集中管理，并通过软件更新进行更新。因此，在数字孪生中验证过的流程优化，只需点击几下鼠标，即可推广到整个真实工厂。.

在这个互联互通的系统中，网络安全和信任至关重要。保护关键工业数据和流程免受未经授权的访问是一项基本要求。区块链和分布式账本技术（DLT）等技术可以通过实现防篡改、透明和可追溯的交易，例如用于记录供应链或保护知识产权，从而在此发挥关键作用。.

🗒️寻找合适的元界机构和规划办公室，例如咨询公司 - 搜索和搜索咨询和规划的十大技巧

更多相关信息请点击这里：

• Metaverse 和 XR 专家：寻找合适的合作伙伴

全球市场概览及经济动态

工业元宇宙已从一个富有远见的概念发展成为一个充满活力且快速增长的全球市场。关键行业不断增长的投资和高采用率预示着生产和商业模式正发生深刻转变，转向沉浸式、数据驱动型模式。这一经济增长势头得益于清晰的战略驱动因素和快速发展的技术格局。.

市场规模和增长预测

全球工业元宇宙市场评估显示，该市场展现出显著的活力和巨大的增长潜力。尽管各分析师给出了不同的预测，但都持乐观态度。预计到2024年，该市场规模将在237.9亿美元至545.3亿美元之间。.

未来的预测更加令人瞩目，凸显了IMV技术预期带来的变革性影响。对2030年代初期的预测各有不同，但都指向指数级增长。一些分析预测，到2030年市场规模将达到1000亿美元，而另一些分析则预测到2032年将达到1837亿美元，甚至到2029年将达到2286亿美元。预计的复合年增长率（CAGR）始终在30%到50%以上之间。这些数据清楚地表明，IMV并非小众技术，而是未来十年关键增长市场之一。.

区域发展和采用率

工业元宇宙（IMV）技术的应用已成为全球趋势，但在实施速度和深度方面存在显著的区域差异。标普全球和西门子于2024年开展的一项全球综合调查显示，全球81%的受访企业已积极参与工业元宇宙的建设，无论是在实施、测试还是规划阶段。.

北美，尤其是美国，扮演着领先角色。在北美，超过38%的公司已在积极使用IMV技术，另有40%的公司正处于测试阶段。这种先锋地位不仅源于其高度的技术适应性，更主要归功于众多领先平台提供商的强大影响力，这些提供商开发并交付了IMV的基础“操作系统”。因此，北美在2024年将以33.21%的市场份额主导全球市场。.

亚洲，尤其是中国，正紧随北美，对智能视频监控（IMV）解决方案的采用和测试展现出同样高度的投入。亚太地区预计将迎来最高的增长率，这主要得益于韩国、中国和印度等国政府的激励计划。.

以德国为首的欧洲也正将自身定位为关键参与者。在德国，约三分之二的工业企业已经在使用或测试集成制造和维护（IMV）解决方案。德国的优势在于其深厚的工业基础和在工业4.0领域的先锋地位，这为实施IMV应用案例奠定了坚实的基础。加拿大、澳大利亚、英国和印度等其他地区也在稳步推进。.

投资趋势

工业元宇宙的战略重要性体现在不断增长的投资上。标普和西门子的一项调查证实了支出的显著增长：2024年，全球62%的公司增加了对工业元宇宙技术的投资。.

一个值得关注的趋势是中小企业（SME）的驱动作用。中小企业投资增长速度高于平均水平，占比高达68%。这表明，底层技术，特别是通过云计算和“即服务”模式，正变得越来越普及和经济实惠，不再是大型企业的专属。.

与此同时，大型企业也做出了巨额的财务投入。每年在IMV领域投资超过1000万美元的公司比例同比增长一倍，达到30%。这些强劲的投资表明，IMV已经超越了试验阶段，如今被视为未来竞争力的核心战略要素。.

推动采用的战略因素

这些巨额投资的动机是多方面的，但可以追溯到三个关键的战略驱动因素：

• 增长潜力（55%）：最重要的驱动因素是期望开发新的收入来源、创新的商业模式和扩大市场覆盖范围。.
• 创新促进（47%）：近半数公司正在投资加速创新流程。数字孪生和人工智能等技术能够大幅缩短产品开发周期，并比竞争对手更快地测试解决方案。.
• 改善客户支持（43%）：公司使用 IMV 来优化服务流程并改善客户互动，例如通过远程支持或虚拟产品演示。.

此外，可持续性正日益成为一项至关重要的因素。通过虚拟模拟生产流程和整个供应链，企业能够优化资源消耗、减少浪费，并显著降低碳足迹，从而带来生态和经济双重效益。.

技术领导者的战略：工业元宇宙的架构师

工业元宇宙的发展主要由少数几家全球科技公司推动。这些公司正在构建基础平台、工具和生态系统，使工业企业能够实施自身的工业元宇宙解决方案。它们的战略并非单一模式，而是互补的，分别侧重于整体技术格局的不同层面。与其说是“平台之争”，不如说是“平台融合”，其特点是战略合作和对互操作性的追求。.

西门子：西门子加速器的生态系统方法

西门子将自身定位为中央集成商，融合其在自动化和工业领域的深厚专业知识与数字化领域的优势。西门子的战略基于其开放式数字化业务平台——西门子加速器（Siemens Xcelerator）。该平台并非封闭系统，而是一个精选的市场，汇集了西门子全面的产品组合以及认证合作伙伴的解决方案。其战略重点明确在于开放性、构建强大的生态系统以及实现互操作性。.

该战略的关键组成部分是与 NVIDIA 的开创性合作。通过将 Siemens Xcelerator 与 NVIDIA Omniverse 平台连接，目标是创建逼真、基于物理且可实时交互的数字孪生模型，从而融合双方的优势：西门子精准的工程数据和 NVIDIA 强大的可视化和仿真引擎。西门子制定了四项战略要务，为 IMV 的发展铺平道路：互操作性、标准化、数据集成和生态系统构建。.

NVIDIA：Omniverse平台作为模拟引擎

NVIDIA 最初以其图形处理器 (GPU) 而闻名，如今已发展成为集成视觉虚拟化 (IMV) 基础计算和仿真基础设施的提供商。这一战略的核心是 NVIDIA Omniverse 平台，这是一个用于创建 3D 应用程序的开发和协作环境。Omniverse 基于由 Pixar 开发的开放标准通用场景描述 (USD)，该标准促进了不同 3D 工具和应用程序之间的互操作性。.

该平台能够创建物理上精确、实时渲染且视觉质量极高的数字孪生模型。NVIDIA 的核心竞争力在于高性能计算、先进的人工智能技术和逼真的可视化能力的完美结合。Omniverse 被誉为“用于构建和运行物理上逼真的数字孪生模型的操作系统”，并越来越多地通过云服务（Omniverse Cloud）提供，以方便用户访问。NVIDIA 秉持开放的理念，将其平台与包括西门子、达索系统和欧特克在内的众多行业合作伙伴的软件进行集成。.

微软：云、边缘和沉浸式体验的融合

微软的工业元宇宙战略建立在其成熟的 Azure 云生态系统之上。该战略旨在满足客户在数字化转型过程中所处的不同阶段，并助力他们开启分阶段的转型之旅。其关键支柱是通过无缝集成信息技术 (IT) 和运营技术 (OT) 数据，构建通用数据基础。这可以通过一系列 Azure 服务来实现，例如 Azure IoT、Azure Synapse Analytics 和 Azure Digital Twins。.

Azure Arc 将管理和控制从云端扩展到边缘，直接到达机器。IMV 的人机交互界面通过沉浸式体验构建。微软在此依托其领先的混合现实头显 HoloLens 2，以及 Microsoft Mesh 平台——该平台支持在 Microsoft Teams 内直接进行协作式沉浸会议。该战略显然侧重于与现有业务流程的集成，并充分利用全球云基础设施的可扩展性。.

达索系统：3DEXPERIENCE平台和“虚拟孪生体验”

达索系统 (DS) 凭借其在产品生命周期管理 (PLM) 和 3D 设计 (CAD) 软件领域数十年的领先地位，打造了 3DEXPERIENCE 平台。该平台是其战略的核心，定位为一个整体性的业务和创新平台，为所有产品相关数据和流程提供单一数据源。.

DS正通过从“数字孪生”向更强大的“虚拟孪生体验”转型，刻意实现产品差异化。这种方法不仅强调数字化表示，还融合了基于科学的建模和仿真，从而在虚拟世界和现实世界之间建立闭环反馈。DS的长期愿景是“3D UNIV+RSES”，旨在构建一个完整的生态系统的“虚拟+现实”表示。这些生态系统不仅用于仿真，还可作为人工智能系统的高度复杂训练环境，同时保护客户的知识产权。.

从竞争到协同：科技公司的新战略

这项对比分析表明，技术领先企业正在推行互补战略，这些战略侧重于IMV生态系统中不同但同样重要的层面。这种专业化分工促进了密切合作，并推动了可互操作、高性能的整体生态系统的发展，而不是各自为政、相互竞争。.

达索系统凭借其创新的3DEXPERIENCE平台，成为数字化转型和产品开发领域的领先企业。与其他科技公司（如西门子、英伟达和微软）相比，达索系统秉持基于“虚拟孪生体验”的整体方法。.

该平台专注于产品生命周期管理 (PLM)、3D 建模和基于科学的仿真。与西门子的开放式数字业务平台或英伟达的渲染和仿真引擎不同，达索系统将自身定位为企业的“单一数据源”。.

与英伟达及其他行业和软件合作伙伴的战略合作，使达索系统能够不断扩展其技术解决方案。公司专注于应用和领域层面，例如设计、产品开发和仿真，这使得达索系统成为数字化转型领域的重要参与者。.

关键行业的应用案例和转型

工业元宇宙的真正意义不在于理论，而在于实际应用。众多关键行业已开始利用工业元宇宙技术解决实际问题、革新流程并创造可衡量的价值。具体案例研究表明，从物理迭代循环转向虚拟迭代循环能够从根本上提升成本、速度和质量。.

制造业：未来的智能工厂

在制造业领域，IMV（集成虚拟建模）或许能充分展现其潜力。它能够在工厂奠基之前很久，就对整个工厂进行虚拟规划、仿真和调试。这使得物料流得以优化，瓶颈得以识别，错误得以避免，从而显著节省时间和成本。在运营过程中，数字孪生模型通过实时数据持续监控和优化生产流程。诸如专家通过虚拟连接远程维护机器，或在虚拟现实环境中为员工提供沉浸式培训等应用，正逐渐成为新的行业标准。.

案例研究：西门子南京“数字化原生工厂”

西门子位于中国南京的“数字化原生工厂”便是实现这一愿景的绝佳范例。该工厂从一开始就采用数字化规划，并最终建成一个整体的“数字化企业”。项目的核心是一个全面的数字孪生模型，它不仅涵盖了生产设施，还包括建筑结构和所有物流流程。整个工厂布局在这个虚拟环境中进行了模拟和优化。员工可以使用VR头显“漫游”未来的工作空间，并为最终设计提供宝贵的反馈。这种数字化方法的成果令人瞩目：产能提高了200%，生产率提高了20%。同时，在保持相同产量的情况下，所需占地面积减少了40%，无需投资建设全新的第二条生产线。此外，数字化领域的优化还显著降低了能源和水的消耗，极大地提升了工厂的可持续性。.

汽车行业：从虚拟规划到敏捷生产

汽车行业以其高度复杂性和快速的创新周期而著称，也是智能车辆管理（IMV）技术的先行者之一。其应用案例涵盖整个价值链，从协同车辆开发和虚拟原型设计到碰撞测试模拟、详细的生产线规划以及全球供应链优化。像宝马这样的公司已经在使用英伟达的Omniverse平台进行工厂的虚拟规划。.

案例研究：雷诺集团

雷诺集团已部署其声称是汽车行业首个全面的工业元宇宙系统，以加速其数字化转型。在该系统中，所有生产线均已联网，所有供应链数据均在元宇宙内实时托管和处理。工厂和整个供应链的数字孪生模型实现了持续监控和控制。中央控制塔整合所有相关信息，从而能够对突发事件做出实时响应。预计到2025年，该系统将带来显著的经济效益：雷诺预计通过流程优化节省3.2亿欧元，通过减少库存节省2.6亿欧元，车辆交付时间缩短60%，制造碳足迹减少50%。.

航空航天与国防：管理复杂性与安全性

在航空航天领域，产品由数百万个独立部件组成，且需遵守最高的安全标准，IMV 提供了至关重要的优势。它能够实现高度复杂系统的协同开发，模拟所有组件之间的交互，在逼真的虚拟现实环境中训练飞行员和宇航员，并通过增强现实 (AR) 指导为维护人员提供支持。.

案例研究：空客

空客正在多种应用中使用混合现实技术，特别是微软HoloLens 2。在制造环节，数字​​化作业指导书和3D图纸直接投射到实际部件上。这使得某些工序的制造时间缩短了三分之一，同时提高了产品质量。在赫塔菲工厂对A330飞机进行复杂的改装过程中，已有70%的工单通过混合现实技术完成。在设计过程中，工程师可以在沉浸式环境中虚拟验证设计，从而将该步骤所需的时间缩短了80%。这些例子表明，IMV如何帮助企业应对航空业的巨大复杂性，同时提高效率和安全性。.

能源行业和公用事业公司：可持续性和韧性模拟

对于能源行业而言，集成虚拟化 (IMV) 是管理能源转型和确保能源供应韧性的关键工具。它能够创建复杂基础设施的数字孪生模型，例如电网、发电厂或整个城市供电系统。运营商可以在这些虚拟环境中实时监控能源消耗，发现效率低下的环节，并模拟各种场景——例如极端天气事件的影响或大量可再生能源并入电网的情况。这有助于更好地进行规划，提高电网稳定性，并针对性地优化，从而实现更可持续、更具韧性的能源供应。.

医疗保健：精准、个性化与创新

IMV 也为医疗保健领域开辟了新的前景，尤其是在医疗技术、诊断和治疗的交叉领域。它能够在制造昂贵的实体设备之前，在虚拟环境中开发、制作原型并评估基于人工智能的医疗技术。外科医生可以利用从 CT 或 MRI 扫描中创建的患者专属数字孪生模型，对高度复杂的手术进行详细的规划和训练。.

案例研究：3D打印和数字孪生技术在外科手术中的应用

工业元宇宙（IMV）在医疗保健领域的一个具体应用案例是将数字患者模型与3D打印技术相结合。首先，利用患者的图像数据创建相关解剖结构的精确数字孪生模型。然后，该3D模型可作为模板，用于3D打印患者定制的植入物、手术导板或用于手术规划的详细解剖模型。例如，巴塞罗那圣胡安德儿童医院利用高度精细的肿瘤及其周围结构的3D打印模型，制定了一项微创手术方案。如果没有该模型，这项方案将无法实现，并最终显著改善了年轻患者的治疗效果。从数字患者数据到虚拟孪生模型，再到在现实世界中发挥关键作用的实体3D打印对象，这一过程体现了工业元宇宙的核心理念。.

Xpert.Digital 对各个行业都有深入的了解。 这使我们能够制定量身定制的策略，专门针对您特定细分市场的要求和挑战。 通过不断分析市场趋势并跟踪行业发展，我们可以前瞻性地采取行动并提供创新的解决方案。 通过经验和知识的结合，我们创造附加值并为客户提供决定性的竞争优势。

更多相关信息请点击这里：

• 在一个软件包中使用 Xpert.Digital 的 5 倍专业知识 - 每月仅需 500 欧元起

可量化的收益和附加值

工业元宇宙的构建并非最终目的，而是为了带来显著且可衡量的经济效益。这些效益并非孤立存在，而是构成一个相互促进的系统，渗透到整个价值链，最终从根本上提升竞争力。.

提高生产力和效率

显著提升效率和生产力的潜力是推动集成虚拟仿真 (IMV) 普及的主要动力之一。通过虚拟仿真和生产流程优化、提高资源利用率以及通过预测性维护最大限度地减少计划外停机时间，企业可以显著提高整体设备效率 (OEE)。生产力提升通常可达两位数百分比。例如，西门子位于南京的“数字化原生工厂”实现了 20% 的生产力提升。这些提升源于流程优化、通过更好的培训提高员工素质以及数据驱动的实时决策等多方面因素的综合作用。.

可持续的成本降低和资源优化

工业元宇宙为各个业务领域的可持续成本降低提供了巨大机遇。关键在于大幅减少产品开发中对昂贵物理原型的需求，因为虚拟原型可以取代它们。同样，远程协作、虚拟调试和远程维护也显著降低了差旅成本。在仿真阶段及早发现错误，可以避免实际生产中代价高昂的报废和返工。雷诺集团的案例研究充分展现了这一潜力，仅流程优化一项就计划节省 3.2 亿欧元。这些成本降低通常与资源优化直接相关，从而提升盈利能力和环境责任感。.

加速创新和市场推广

在虚拟环境中快速、经济高效地测试新理念、新产品和生产方案的能力是一项至关重要的竞争优势。IMV（集成虚拟测试）能够实现产品和生产开发的并行化，显著缩短传统上繁琐冗长的顺序流程。企业可以更快地应对市场变化，并更快地将创新产品推向市场。西门子数控公司的案例充分展现了该领域的巨大变革潜力，其产品上市时间缩短了惊人的 200%。.

加强全球合作

在全球化经济中，工业元宇宙超越了物理距离和时区的限制。分布在全球各地的工程师、设计师、生产计划员，甚至供应商，都可以在共享的、持久的虚拟空间中，如同身处同一空间一般，共同协作开发同一个数字孪生模型。这不仅提高了协作效率，还促进了知识转移，打破了部门壁垒，并最终促成更全面、更优的决策。.

可持续性是一项关键优势

除了直接的经济效益外，IMV（集成虚拟产品）正逐渐成为实现可持续发展（ESG）目标的关键工具。通过对能源和材料流进行详细模拟，企业可以精准地分析和优化其资源消耗、废物和排放。虚拟产品开发减少了原型制作的材料消耗，而远程协作带来的差旅减少则直接有助于降低碳足迹。雷诺集团已设定了雄心勃勃的目标，即利用IMV将其汽车制造的碳足迹减少50%。因此，IMV能够兼顾经济和生态方面的考量，并实现更可持续的工业价值创造。.

实施过程中的挑战

尽管工业元宇宙潜力巨大且已取得显著成效，但其广泛应用之路仍充满挑战。这些挑战不仅体现在技术层面，还涵盖组织、财务、法律和人文等诸多方面。工业元宇宙的成功在很大程度上取决于企业和社会能否妥善解决这些复杂的社会技术问题。.

技术障碍

47% 的公司认为，最大的技术挑战是缺乏互操作性和标准化。集成市场虚拟化 (IMV) 源于不同供应商的技术、平台和数据格式的融合。如果没有通用的开放标准，这些组件的无缝集成几乎是不可能的。专有的、孤立的解决方案阻碍了网络化生态系统的构建，并极大地限制了 IMV 的潜力。诸如元宇宙标准论坛 (Metaverse Standards Forum) 和开放通用场景描述联盟 (OpenUSD) 等组织正在致力于制定此类标准，但这一过程复杂而漫长。.

与此密切相关的是数据集成和质量方面的挑战。合并来自异构数据源（尤其是来自运营技术 (OT) 和信息技术 (IT) 的数据）是一项复杂的任务。数字孪生的准确性和价值直接取决于底层数据的质量、完整性和及时性。因此，确保数据基础的稳健性和可靠性至关重要。.

组织和财务方面

实施工业元宇宙需要大量的初始投资，包括硬件（例如XR设备、高性能服务器）、软件许可和人员培训。这些高昂的成本可能构成重大障碍，尤其对于中小企业而言。.

此外，实施的技术复杂性不容低估。仅仅购买单一技术是不够的；必须将它们集成到现有流程和IT环境中，并与总体业务目标保持一致。这需要清晰的战略、深厚的技术理解，并且通常需要对组织结构和工作流程进行根本性的变革。.

数据安全、数据保护和法律框架

工业元宇宙处理着海量高度敏感的企业数据，包括设计方案、生产数据和商业机密。因此，确保数据安全和网络安全对于防范工业间谍活动、破坏活动和其他网络攻击至关重要。.

与此同时，企业运营面临着复杂的法律环境。目前尚无专门针对“元宇宙”的法律。相反，现有的民法、数据保护法（例如GDPR）、版权法和劳动法都必须应用于新的虚拟现实领域，这导致了相当大的法律不确定性。尤其对于在全球共享虚拟空间中运营的团队而言，适用国家法律的复杂问题尤为突出，例如关于工作时间或共同决策的问题。.

人力因素：技能短缺和技能发展

快速普及智能虚拟建模（IMV）的最大障碍之一是合格专业人才的短缺。44% 的公司认为技能短缺是一项重大挑战。目前缺乏精通人工智能、数字孪生、物联网和扩展现实等关键技术的专家。这严重威胁着未来的竞争力，尤其是在德国等工业化国家，这些国家的人口数字技能水平低于欧盟其他国家的平均水平。.

迫切需要对教育和培训体系进行根本性的现代化改造，使其适应新的需求。数据分析、计算机科学以及虚拟现实/增强现实技术的应用技能必须得到广泛普及。企业必须投资于现有员工的再培训和继续教育，并创建新的、有吸引力的职位，以吸引和留住未来产业所需的人才。如果没有能够设计、运营和进一步开发这些复杂社会技术系统的人才，工业元宇宙的全部潜力将无法得到充分发挥。.

工业元宇宙的未来

工业元宇宙尚处于发展初期，但其发展方向已然明确：它将从根本上改变产品的设计、制造和运营方式。未来的技术突破，尤其是在人工智能领域，将进一步加速这一变革，最终形成一个更加互联互通、自主运行且可持续的工业生态系统。因此，企业现在就制定战略方向至关重要。.

生成式人工智能作为催化剂的作用

生成式人工智能（GenAI）正在成为工业元宇宙中最具变革性的力量之一。它的影响远远超出单纯的数据分析，尤其涉及与虚拟世界的互动和创建。.

GenAI 将通过自然语言交互彻底革新 IMV 的用户体验。工程师或管理人员无需操作复杂的软件，即可用简单的语言表达需求，例如：“模拟机器 X 故障对每周产量的影响”。GenAI 充当智能翻译器，连接人类意图和复杂的技术模拟，从而使用户能够更便捷地使用 IMV 的强大工具。.

此外，GenAI将大幅加速虚拟内容的创建过程。它能够根据文本描述或二维草图创建逼真的3D模型，生成复杂的虚拟环境，或为组件提供优化的设计方案。IMV基于物理的精确性与GenAI数据驱动的创造力相结合，有望使创新周期呈指数级增长。.

长远愿景：构建网络化、自主化和可持续的工业生态系统

工业元宇宙的长期愿景远不止于优化单个工厂。它旨在构建一个可互操作的数字孪生全球网络，从而映射整个价值链和生态系统。在这样的网络系统中，不同公司的生产能力可以动态灵活地加以利用，以应对需求波动或增强供应链的韧性。.

在这种未来愿景中，自主系统和人工智能代理将接管规划、控制和维护等日常任务，而人类员工则将专注于复杂问题解决、创新和战略决策。这可能催生一种“工业产能数字市场”，人工智能会将生产订单分配给网络中最合适且可用的资源。届时，智能制造系统（IMV）将不再仅仅是一个优化工具，而是“制造即服务”经济的操作系统，从而实现最高的效率、韧性和可持续性。.

对企业的建议：战略要务

为了在这个快速变化的环境中取得成功并把握产业元宇宙带来的机遇，企业必须采取积极主动的战略方法。通过分析技术领先企业和实施过程中遇到的挑战，我们可以总结出四项关键战略要务，为企业提供指导：

• 促进互操作性：企业在制定技术决策时应始终依赖开放标准和接口，避免采用专有、孤立的解决方案。与合作伙伴、供应商和客户无缝交换数据和模型的能力将成为至关重要的竞争优势。.
• 推动标准化进程：企业不应只是被动等待，而应积极参与标准的制定，例如通过参与跨行业组织（如元宇宙标准论坛）开展合作。唯有如此，才能确保未来的标准满足自身需求。.
• 理解数据集成是基础：一个稳健的、全公司范围的数据战略是每个IMV项目的基本前提。这包括打破IT和OT之间的壁垒，并创建一个统一的、高质量的数据基础。.
• 要从生态系统的角度思考问题：没有哪家公司能够独自应对IMV的复杂性。与技术提供商、研究机构、客户甚至竞争对手建立战略合作伙伴关系至关重要，这有助于汇集知识、分担风险并共同开发创新解决方案。.

那些重视这些要务，并将工业元宇宙视为长期战略转型而非短期技术趋势的公司，将能够塑造下一波工业数字化浪潮，并在全球竞争中可持续地巩固其地位。.

数字孪生和人工智能：工业创新的转折点

工业元宇宙标志着工业数字化转型的一个关键转折点。它不再是遥远的未来愿景，而是正在进行的务实演进，建立在工业4.0的基础之上，并对其进行了显著扩展。对全球发展状况的分析清晰地描绘出一幅图景：在强劲的投资和所有主要工业化国家不断增长的高采用率的推动下，工业元宇宙正在演变为21世纪工业价值创造的核心范式。.

工业元宇宙的核心理念——通过整体的、数据驱动的数字孪生体实现物理世界与虚拟世界的完全融合——能够带来根本性的变革。其关注点从纯粹的数据收集和分析转向对复杂集成系统的沉浸式、交互式模拟和实时控制。这将带来可量化且相互促进的效益：显著提高生产力和效率、可持续降低成本、大幅加快创新周期以及改善全球协作。此外，工业元宇宙还通过优化资源和能源消耗，成为实现可持续发展目标的关键工具。.

这项技术正在由西门子、英伟达、微软和达索系统等全球平台领导者推动，它们互补的战略旨在创建一个开放、互操作和协作的生态系统。未来不再是封闭系统的竞争，而是网络化的专业化模式。.

然而，全面实现工业元宇宙的道路充满挑战。诸如缺乏互操作性和标准化、数据集成复杂、网络安全问题以及尚未完善的法律框架等技术难题必须克服。但或许最大的挑战在于人力因素：相关数字领域技能人才的严重短缺对竞争力构成严重威胁，亟需在教育和培训方面投入巨资。.

展望未来，生成式人工智能将成为关键催化剂，使工业制造系统（IMV）的互动更加民主化，并呈指数级扩展其能力。构建全球联网、自主且可持续的工业生态系统的长期愿景雄心勃勃，但其技术和战略基础正在今天奠定。.

对于企业而言，产业元宇宙已不再是可选项，而是战略必需品。那些现在就积极行动、投资开放技术和生态系统并培养必要技能的企业，不仅能够变革自身的商业模式，还将深刻塑造全球产业的未来。.

☑️ 为中小企业提供战略、咨询、规划和实施方面的支持

☑️ 创建或调整数字战略和数字化

☑️国际销售流程的扩展和优化

☑️ 全球数字 B2B 交易平台

☑️ 开拓业务发展

 

我很乐意担任您的个人顾问。

您可以通过填写下面的联系表与我联系，或者直接致电+49 89 89 674 804 （慕尼黑） 。

我很期待我们的联合项目。

 

 

Xpert.Digital 是一个专注于数字化、机械工程、物流/内部物流和光伏的工业中心。

凭借我们的360°业务发展解决方案，我们为知名企业提供从新业务到售后的支持。

市场情报、营销、营销自动化、内容开发、公关、邮件活动、个性化社交媒体和潜在客户培育是我们数字工具的一部分。

您可以通过以下网址了解更多信息： www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus