沉浸式工程，协作合作以及与元元的关系
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发表于：2025年2月18日 /更新，发表于：2025年2月18日 - 作者： Konrad Wolfenstein
沉浸式工程，协作合作以及与Metaverse的关系 - 图片：XPERT.DIGITAL
VR，AR，XR：这些是生产的工具
沉浸式工程和工业元合作合作：一种变革性共生
工业生产的世界是一种全新的产品开发类型，具有工业4.0和工业元的阈值，这是由沉浸式工程，高级合作方法和元元技术的融合所驱动的。虽然通常与娱乐和社交媒体有关的元元词仍在为其经济相关性而苦苦挣扎，但特定领域已经出现了，该领域已经充当了真正的经济驱动力：工业元元。这一发展有望在设计，开发，制造，制造和维修产品的方式上的范式转变。
该报告阐明了这种转型的多层次方面，并分析了由沉浸式工程和工业元社会合作工作的整合而产生的技术，组织和经济影响。我们依靠当前的研究计划和开创性工业项目的发现，以全面地了解这种发展带来的机遇和挑战。
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元工程中沉浸工程的技术基础
工业元基础建立在许多关键技术的基础上，这些技术可以结合使用产品开发和生产的全新维度。这场技术革命的中心是沉浸式工程，它使工程师和设计师可以将自己沉浸在虚拟的交互式环境中，并与数字模型和模拟互动，就像它们是真实的一样。
网络XR生态系统作为基础设施基础
实现工业元分换的基本先决条件是强大而联网的XR生态系统（XR代表扩展现实，是虚拟现实的伞，增强现实和混合现实的伞）。传统的虚拟现实眼镜虽然已经在许多领域建立，但通常在苛刻的工业应用中达到了限制。这是进步XR基础架构的发展的地方，它超出了简单的头部安装显示。
诸如Fraunhofer IAO实例之类的倡议展示了通往未来的道路。基于复杂的系统创建了跨部门硬件和软件基础架构。代替VR眼镜，高分辨率投影仪，强大的实时图形体系结构和精确的跟踪系统。这些网络的XR实验室使得可以与相同的虚拟原型同时且实时地在各个位置进行团队进行交互。
这种开发的一个主要例子是所谓的洞穴环境（洞穴自动虚拟环境），例如虚拟工程中心中使用的洞穴环境。在这样的房间中，明亮的4K预测用于创建沉浸式360°表示，使用户可以将自己完全沉浸在虚拟世界中。精确的跟踪捕获了用户的运动，并实现了与虚拟环境的直观互动，这远远超出了常规VR眼镜的可能性。
这种网络XR生态系统的优势在于它们具有表现高度复杂的虚拟环境的能力，同时又可以使分布式团队之间的合作。工程师和设计师可能会感觉自己正在与物理原型一起工作，即使他们实际上在不同的位置。这不仅加速了开发过程，而且还促进了创造力和创新，因为团队可以交换有效的想法并共同开发解决方案。
CAD/PLM系统和XR接口的杂交
在工业元元中，沉浸式工程的另一个关键成功因素是在虚拟工作环境中现有工程工具和系统的无缝集成。特别是，XR接口处的CAD（计算机辅助设计）和PLM系统（产品生命周期管理）的双向连接至关重要。
CAD系统是现代产品开发的核心。 3D型号是由组件，组件和完整产品创建的。另一方面，PLM系统有助于管理整个产品生命周期，从第一个想法到开发，生产到维护和处置。这些系统将这些系统集成到工业元经文中使虚拟原型可以直接从CAD数据生成，并将它们实时链接到PLM系统中的信息。
这一发展的一个例子是西门子的NX沉浸式设计师，该设计师是与索尼合作开发的。该解决方案说明了如何将来自CAD系统NX的参数3D模型数据无缝传输到Sony混合现实眼镜。关于这一点的特殊之处在于双向通信：在虚拟环境中进行的设计更改实时同步回PLM系统。
这种所谓的“封闭环”方法消除了媒体中断，并避免了在不同系统之间手动传输数据的需求。它还可以在虚拟环境中提供上下文敏感的工具托盘。这意味着XR环境中用户可用的工具和功能会动态适应当前的工程任务。例如，设计测试需要其他工具，而不是通过组装计划或维护模拟。
因此，CAD/PLM系统和XR接口的杂交是使工业元元素成为工程工作流程不可或缺的一部分的关键步骤。它使工程师和设计师能够在身临其境和协作环境中继续使用其通常的工具和流程，同时又受益于XR技术的优势。
物理上准确的模拟环境
在元评估中，沉浸式工程的另一个重要方面是在虚拟环境中进行物理准确的模拟的选择。在射线追踪引擎和物理模拟等领域的进展使得实时呈现物质特性，流动行为，机械应力和许多其他物理现象，并且具有很高的精度。
射线追踪引擎确保在虚拟环境中对光和阴影的现实表示。这不仅对视觉浸入量很重要，而且对于评估设计方面（例如表面质量，反射和着色）也很重要。另一方面，物理模拟使虚拟对象的行为在不同条件下进行检查。例如，可以模拟力和载荷对组件的影响，也可以在复杂系统中分析液体和气体的流动行为。
Holo-Lights的AR3S系统是如何将这种物理准确模拟用于增强现实的一个示例。在这里，有限元分析（FEA）的结果是一种计算机械应力和变形的方法，直接将其作为全息覆盖物的物理原型放置。这使工程师可以直接在真实对象的上下文中可视化和评估模拟的结果。
Nvidia Omniverse是另一个推动这一发展前进的平台。 Omniverse启用了GPU加速的多物理模拟，这些模拟进行计算的速度比常规CPU的系统快得多。这导致了迭代周期在产品开发中的显着加速。工程师可以更快地模拟和比较不同的设计变体，从而导致优化的产品和较短的开发时间。据报道，此类技术的使用最多可降低40％。
因此，在工业荟萃分析中，物理上准确的模拟具有使产品开发更高效和高质量的巨大潜力。它们使得在必须建立物理原型之前实际上测试和优化产品成为可能。这不仅节省了时间和成本，还可以减少材料消耗，从而有助于更可持续的产品开发。
工业元工作的协作工作模型
工业元不仅是一个技术平台，而且是新型合作形式的催化剂。 Metavers的身临其境和互动的可能性为团队的合作提供了全新的观点，无论他们的身体位置如何。
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多模式相互作用范例
现代XR系统依靠多模式的互动范例来实现虚拟环境的直观和自然操作。将各种输入方法组合在一起，而不是经典的键盘和鼠标输入，包括语音控制，手势识别和触觉反馈。
语音控件使用户可以通过简单地发出命令并与虚拟环境进行交互。手势识别记录手和身体运动，并将其转化为虚拟世界中的行动。触觉反馈传达了触觉感觉，例如通过控制器或特殊手套的振动引擎。这增加了沉浸式，并使与虚拟对象更加精确和自然的相互作用。
西门子和索尼之间的伙伴关系展示了这种多模式互动范式在工业应用中的整合。例如，在其XR解决方案中，使用了6个控制器（6个自由度），这可以精确地操纵虚拟组件。第6个意味着控制器可以以六个自由度记录运动：向前/向后，左/右，高/向下，并在所有三个轴上扭曲。这允许在虚拟环境中非常直观和精确的控制。
此外，集成了眼睛追踪系统，可以捕获视图方向和用户的重点。眼睛跟踪可用于各种应用程序，例如用于分析设计团队中的注意力分布。通过评估眼睛数据，可以确定特别强烈地查看虚拟原型的哪个区域以及可能存在设计问题或优化潜力的地方。
现代XR系统的多模式为减少新用户的培训期和增加技术的接受做出了重要贡献。据报道，与经典VR界面相比，训练期平均可以缩短60％。这在工业环境中尤其重要，在工业环境中，各种背景和以前知识的员工通常应该与系统合作。
基于AI的化身的异步合作
在工业元元中，协作工作模型领域的另一个令人兴奋的发展是使用人工智能（AI）来支持异步合作。异步合作意味着团队成员不必同时和同一地点工作。这与全球分布式团队以及通过时区和不同工作时间进行的项目尤其重要。
基于AI的化身可以在这里扮演关键角色。他们是团队成员的数字表示，他们在没有真正的人的情况下可以在虚拟环境中行动。这些化身可以例如记录决策，追求任务，并根据历史互动数据生成针对行动的建议。
工业软件的提供商Aveva深入研究了这种avatare的开发。她的研究表明，Ki-avatars可以显着提高洲际发展项目的一致性。据报道，一致性的提高可以达到35％。这是因为Ki-avatars可以通过记录标准化形式的信息和决策来弥合文化和时间障碍，并使所有团队成员都可以访问，无论其位置或时区如何。
Ki-avatars还可以帮助避免知识丧失并确保项目的连续性。如果团队成员离开或休假，他的Ki-avatar可以继续承担任务，并确保重要的信息和决定不会丢失。
重要的是要强调，AI化身并不是要取代人类雇员。相反，它们应该用作支持工具，以提高协作的效率和有效性，并使团队能够在复杂和分布式的环境中成功合作。
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上下文 - 自适应知识数据库
工业元元中协作工作模型的另一个重要方面是上下文适应性知识数据库的整合。在复杂的工程项目中，有大量的信息和数据，包括CAD模型，材料数据表，标准，准则，以前的项目信息等等。面临的挑战是使此信息可用于在正确的时间和正确的情况下涉及的员工。
集成的知识图可以在此处提供解决方案。知识图是语义网络，以结和边缘的形式呈现信息，并映射不同信息元素之间的关系。在工业元经文的背景下，知识图可以例如将CAD模型与标准，材料数据表和历史项目信息联系起来。
DXC Technology是一家IT Service Company，它使用元评分环境将此数据上下文敏感作为全息覆盖。如果工程师在虚拟环境中查看某个组件，则自动显示来自知识图的相关信息，例如物质规格，制造准则或以前测试的结果。
据报道，这种上下文知识数据库的使用可以将设计评论中的错误率降低多达28％。这是因为工程师可以更快，更轻松地访问相关信息，因此可以做出越来越有根据的决策。
此外，机器学习算法可用于分析虚拟环境中的用户交互，并主动提出相关信息。例如，如果工程师经常搜索某些标准或材料数据，则系统可以自动将此信息放在前景中，甚至可以在用户必须搜索它之前主动显示。
上下文 - 工业荟萃分析中的IFTAVE知识数据库有助于管理大量信息，并确保工程师和设计师随时都可以访问所需的信息，以便能够更有效地工作和错误。
经济影响和市场发展
沉浸式工程和工业元元中的协作工作的融合不仅在技术上令人兴奋，而且还有望具有很大的经济优势。该领域的市场发展是动态的，有希望的增长前景正在出现。
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增长预测和投资策略 - 背景分析
市场研究与创新：为什么元转变行业
ABI Research等市场研究公司预测了工业元市场的令人印象深刻的增长。到2034年，平均年增长率（CAGR）为32.05％。公司的重点越来越多，并以明确和短期的投资回报率（ROI）进行纤细的实施。
德勤（Deloitte）的一项研究确定了工业荟萃分子的三个主要投资策略群：
数字孪生
约有45％的公司优先考虑数字双胞胎的投资。数字双胞胎是物理对象，过程或系统的虚拟表示。它们使公司能够在虚拟世界中模拟，分析和优化其实际流程。
基于AI的协作工具
大约30％的公司依靠基于AI的协作工具。这些工具旨在改善团队的合作，支持知识管理并优化决策过程。
自己的XR生态系统
大约25％的公司开发了自己的XR生态系统。这包括在元文章中构建自己的艰苦和软件基础架构，用于沉浸式工程和协作应用程序。
西门子与索尼之间的伙伴关系是战略联盟如何降低工业元元中发展成本的一个例子。通过技术共享和专有技术的常用使用，公司可以将资源捆绑并更快地推动创新。据报道，这种伙伴关系可以将开发成本降低多达40％。
分析的投资回报率（ROI）
对工业元的沉浸式工程和协作技术的投资 - 以多种方式为公司带来了回报。许多研究和工业项目都表明这些技术的正投资回报率。
一个重要的优势是通过虚拟原型来减少物理原型和测试周期。通过使用仿真和虚拟模型，可以在必须建立物理原型之前对产品进行广泛的测试和优化。据报道，虚拟原型可以平均将物理测试周期的数量减少62％。这不仅节省了物质成本，还节省了宝贵的开发时间。
虚拟环境中的同时多学科评论也有助于产品开发的加速。由于来自各个专业领域的团队可以同时研究和讨论虚拟原型，并共同研究协调过程更有效，并且决策更快。据报道，这种同时评论可以将上市时间缩短多达35％。
Igus的塑料产品制造商Igus的“ Iguversum”通过虚拟化自动化测试展示了储蓄潜力。 Igus使用虚拟环境来计划，测试和优化自动化系统。据报道，Igus通过使用IGU验证可实现780,000欧元的每年节省，同时将旅行费用减少了89％。
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压缩机系统制造商Burckhardt Compression使用增强现实（AR）来维护其系统。基于AR的维护说明和远程支持可以更有效地进行。据报道，Burckhardt压缩通过基于AR的维护实现了43％的系统可用性。
这些示例表明，在各个应用和行业领域的工业荟萃分析中，身临其境的工程和协作技术的投资回报率很大。优势从节省成本和节省时间到质量改进以及增加系统可用性。
新的商业模式和价值连锁店
工业荟萃分子的发展不仅会导致效率提高并节省现有的业务模型，而且还开辟了全新的业务模型和价值链。
一个示例是元式服务平台，可每次使用高端仿真资源的付费访问权限。特别是对于中小型公司（SME），使用昂贵的仿真软件和硬件可能是一个重大障碍。 Metaverse-As-A-Service平台使这些公司能够根据需要使用仿真资源，而且便宜，而无需进行高级初步投资。
Holo-Light的“ XR Now”就是这样一个平台的一个例子。 XR现在为XR应用程序提供对超级计算资源的付费访问。据报道，公司可以以每年GPU小时0.12欧元的价格获得超级计算资源的使用。这尤其是中型公司的破坏性潜力，因为它还使较小的公司能够进行复杂的模拟并受益于沉浸式工程的优势。
同时，用于集成XR的专业咨询服务将开发到现有的PLM流程中。在公司中引入沉浸式工程和元技术技术通常需要对流程，结构和技能进行深刻的变化。咨询公司支持公司成功设计这种转型。可以预测，到2026年，此类咨询服务的市场将达到124亿欧元。
工业元元的发展不仅为公司改善其产品和流程提供了新的机会，而且还为新公司开发创新服务和商业模式。
协作的未来：开放式和区块链如何塑造工业元诗歌
尽管工业元衡量巨大的潜力，但公司在实施时必须考虑到挑战和关键的成功因素。
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互操作性和标准化
最大的挑战之一是XR格式和CAD系统的异质性。有多种不同的文件格式，跟踪协议和物理引擎，它们通常彼此不兼容。这使得很难在不同的系统和平台之间交换数据和合作。
为了应对这一挑战，标准化计划至关重要。例如，Fraunhofer IAO正在采用旨在标准化文件格式，跟踪协议和物理引擎的“ OpenXRT”标准。目的是在工业背景下为XR技术创建一个开放且可互操作的标准。
使用OpenXRT标准进行的首次测试显示出令人鼓舞的结果。据报道，数据转换时间可以减少多达70％，而模型准确性提高了92％。这样的标准将大大简化不同XR系统和工程工具之间的数据交换，并提高开发过程的效率。
分布式环境中的数据安全
另一个重要方面是分布式环境中的数据安全性。在工业荟萃分析中，敏感的构建数据和生产信息经常在各个位置和合作伙伴之间交换。因此，至关重要的是要确保该数据受到未经授权的访问和操纵的保护。
基于区块链的解决方案，例如西门子的“工业数据空间”，提供了有希望的方法。工业数据空间可以使公司之间的安全有信心的数据交换。使用区块链技术和零知识范围的防护措施可确保只有在同时保存隐私时才可以查看和使用敏感数据。
加密的数据刻度使得在不完全暴露中央PLM系统的情况下为外部合作伙伴授予临时访问权。这对于与供应商和服务提供商的合作尤为重要，他们可能只需要在有限的时间内访问某些数据。
因此，数据安全和数据保护是公司接受和使用工业元经文的主要成功因素。强大的安全概念和技术对于获得这些新技术的信任至关重要，并确保保护敏感数据。
资格开发和变更管理
引入沉浸式工程和元技术技术不仅需要技术调整，而且还需要全面的资格发展和有效的变更管理。必须对员工进行新技术的培训，并为改变的工作方式做好准备。
DXC技术报告了200个小时的资格计划，这些计划是专门针对工业元分别的需求量身定制的。这些程序传达了处理XR系统和仿真软件的技术技能，以及对于在虚拟团队中工作至关重要的协作软技能。
这些资格计划中使用游戏化元素来增加参与者的动力和承诺。据报道，游戏化大大提高了资格计划的最终率。与传统培训相比，最终利率通常约为67％，基于VR的资格计划的最终率最高为89％。
同时，重要的是要使文化变革与引入工业荟萃分子息息相关。 MLC（制造业领导委员会）的一项研究表明，有68％的制造公司正在建立专门的元部门，以积极地塑造文化变革并促进新技术的整合。
因此，资格开发和变革管理是成功实施工业荟萃分子的关键成功因素。公司必须投资于员工的培训和进一步教育，并促进企业文化，以支持创新和新工作方式的开放。
工业元评估中的量子计算：未来的模拟
工业荟萃分子的发展仍在开始，未来的前景已经令人兴奋，并且专注于研究，这将进一步提高这些技术的潜力。
Neuroca自适应XR系统
有前途的研究领域是基于脑部计算机界面（BCI）的神经关注XR系统。 BCI可以在人脑和计算机之间进行直接通信。在工业元经文的背景下，BCI可用于将认知信号直接集成到设计过程中，并使与虚拟环境的互动更加直观和高效。
Fraunhofer iao的第一型原型已经证明了神经加热XR系统的可能性。这些系统读取脑电图数据（脑电图），以便在虚拟会议中识别应力水平并自动调整环境亮度。目的是优化虚拟环境中的工作条件，并减少对用户的认知压力。
索尼对基于fMRI的系统（功能磁共振成像）进行了实验，以记录无意识的设计偏好，并用作生成AI系统的输入。基于这些偏好，生成AI可以自动生成设计建议，并加速并改善设计过程。
神经调节性XR系统有可能从根本上改变与虚拟环境的相互作用，并实现新形式的人类计算机相互作用。但是，仍然需要进行大量研究才能使这些技术推向市场成熟度，并阐明与大脑数据使用有关的道德问题。
实时模拟的量子计算
未来的另一个有希望的观点是将量子计算用于工业荟萃分析中的实时模拟。量子计算机使用量子力学的原理来解决某些计算任务的速度要比经典计算机快得多。
量子模拟器与XR可视化的组合可以从几周到几分钟的时间内将复杂流量分析或材料模拟的计算减少。这将再次加速产品开发中的迭代周期，并扩大虚拟测试和优化的可能性。
苏黎世Eth的研究项目显示了材料疲劳的量子预测中的首次成功。这些仿真的结果可将其视为全息损伤卡，并用于工业元元中，以测试组件的寿命和可靠性。
量子计算有可能彻底改变工业元转换中的模拟技术，并打开全新的应用领域。但是，量子计算仍处于开发的早期阶段，并且需要一段时间才能将这项技术用于工业应用。
虚拟工厂的可持续性潜力
工业元元还提供了巨大的可持续性潜力。数字双胞胎在设计阶段实现了生产系统的能量优化规划。通过模拟各种生产方案和能源流，公司可以优化和保护其工厂能源消耗。
电池电池制造商Freyr使用Gigafactory模拟来减少其生产设施的能源消耗。据报道，通过虚拟平衡生产线，弗雷尔可以将能源消耗降低23％。
工业元元中的AI支持的物流模拟也可以帮助提高供应链的可持续性。通过优化运输路线和仓储，公司可以减少其供应链中的二氧化碳排放。据报道，基于AI的物流模拟可以将供应链中的二氧化碳排放量平均减少18％。
工业元代码中的虚拟工厂使得在不消耗物理资源的情况下计划，模拟和优化生产过程成为可能。这有助于更可持续的生产，并支持公司努力改善环境平衡。
综合和行动建议
分析表明，工业元元中的沉浸式工程不是未来派的愿景，而是竞争创新的运营杠杆。从战略上解决这一发展的公司可以实现巨大的优势，并将自己定位在新的工程时代。
对于公司的决策者，这会导致以下建议：
追求增量实施策略
首先从明确定义的用例开始，这些用例有望快速投资回报率。虚拟设计评论或基于AR的维护是获得初步经验并促进公司接受的良好切入点。
建立跨学科能力中心
创建团队，将专家，机械工程和认知科学汇集在一起。这些团队可以开发以用户为中心的XR解决方案，这些解决方案是根据公司的特定需求量身定制的。
优先开放生态系统
放置开放标准和模块化体系结构，以确保通过API接口的灵活性和适应性。这可以快速整合新技术，并避免供应商锁定效果。
实施AI协作的道德准则
制定在协作环境中使用AI的明确准则。算法决策过程中的透明度 - 制定过程和人类控制实例对于建立信任和最小化道德风险至关重要。
协作，身临其境和变革性
工业元分别的开发将大大取决于不可能理解为孤立工具的程度，而是网络价值链的组成部分。从战略上解决这一转变并考虑到采取行动建议的公司将能够利用工业元经文的全部潜力并确保决定性的竞争优势。工程的未来已经开始，它具有沉浸式，协作性和变革性。
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