2022年元宇宙系列白皮书-中国工业元宇宙发展洞见.pdf

1研究报告|2022/10报告标签：元宇宙、工业数字孪生、工业互联网22022 LeadL碳中和系列研究报告|2022/400-072-5588研究报告|2022/102021年被称为“元宇宙元年”，元宇宙概念迅速点燃市场。本篇报告聚焦于元宇宙相关技术在泛工业领域的应用研究，从结合行业政策、机遇与挑战、技术架构、应用场景及落地案例、国内外代表性企业等分析维度，给出对工业元宇宙的理解与解读研究区域范围：中国研究周期：2022年研究对象：中国工业元宇宙产业此研究将会回答的关键问题：工业元宇宙的定义、价值、发展机遇与挑战工业元宇宙涉及的技术群及其关键技术工业元宇宙在各行业的场景落地情况工业元宇宙最重要的价值在于，对现代工业的复杂系统，做彻底的，全方位的、系统的数字孪生，使整个工业处于完全的数字化、智能化和信息化的直观状态，并且使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，这种重构打破了传统工业、行业和企业的边界与束缚，真正实现在技术支撑下的产业融合，最大化地提高生产效率。通过设备数字孪生及流程全面数字化，提供生产系统的全数字孪生镜像，工业元宇宙能够实现生产托管，对物流、物资配送等，提供供应链的全链条管理；对能源、电力等，提供镜像分析与模拟试错场景；解决迭代试错成本高昂、升级困难的问题，实现可持续性的降本增效01工业元宇宙丰富的特征和广泛的应用决定它的实现具有高复杂度，涉及多类技术群的融合和创新。工业元宇宙技术体系包括数字孪生技术群、智能网络技术群、泛AI技术群、新信息通信技术群以及工业制造相关技术群。其中，智能网络、大数据、人工智能、云计算、区块链等相关基础技术是工业元宇宙的技术底座；感知互联、实体映射、多维建模、时空计算、仿真推演、可视化、虚实交互七个数字孪生相关技术构成了工业元宇宙的关键技术体系0203在制造业领域，工业元宇宙聚焦于产品数字化设计、工艺流程管控和重大设备管理等场景；在城市管理领域，工业元宇宙赋能城市规划、建设、治理、优化等全生命周期环节；在交通与汽车领域，工业元宇宙应用于交通工具的功能设计与研发、仿真测试、自动驾驶、故障诊断与设备维护等细分场景；在建筑领域，工业元宇宙赋能建筑规划设计、实施、运营维护等环节；在能源领域，工业元宇宙的应用覆盖能源生产、储运、管理和消费等场景当前工业元宇宙整体仍处于发展初期，行业应用场景逐步落地，在制造、城市管理、交通、汽车、建筑、能源等行业已有不同程度的应用工业元宇宙涉及多类技术群的融合和创新，其中数字孪生相关技术构成了工业元宇宙的关键技术体系工业元宇宙使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，突破传统边界与束缚，促使产业融合，实现可持续性的降本增效研究目的与摘要013uADAS：Advanced Driver Assistance System，先进驾驶辅助系统，是利用安装于车上的各式各样的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术uAR：Augmented Reality，是一种将虚拟信息与真实世界融合的技术uBIM：Building Information Modeling，建筑信息模型，一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具uCAD：Computer Aided Design，指运用计算机软件在图形化开发界面上进行管理软件的设计，通过设计管理软件的流程结构、数据结构，最终通过计算机软件系统的自动数据加载、解析生成能够独立应用的管理软件的过程uCAE：Computer Aided Engineering，指工程设计中的计算机辅助工程uHMI：Human Machine Interface，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介uIIoT：Industrial Internet of Things，工业物联网，是将具有感知、监控能力的各类采集、控制传感器或控制器，以及移动通信，智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，从而大幅提高制造效率，降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段uIoT：Internet of Things，指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的凡仔连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理uMBD：Model Based Definition，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体uUI：User Interface，用户界面，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换uVR：Virtual Reality，虚拟现实，利用计算机模拟创建一个三维空间的虚拟世界，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真u管理壳AAS：资产管理壳(Asset Administration Shell)是一个(组)资产的数字表示。AAS由许多子模型组成，可以描述特定资产的所有信息和功能，包括其特征、特性、属性、状态、参数、测量数据和能力。其中，资产不仅是指设备和物料，也包括CAD模型、电气图，甚至包括合同、订单白皮书|2022/104Chapter 1工业元宇宙产业发展综述白皮书|2022/10n 定义与价值：工业元宇宙即将元宇宙相关技术应用在工业领域，在虚拟世界中对现实工业环境进行全面模拟，通过融合虚拟世界和现实世界，实现工业的改进与优化，达到降本增效的效果，最大化地提高生产效率n 政策分析：从国家层面看，以数字孪生、工业互联网、元宇宙为代表的数字产业成为“十四五”规划国家政策规划的重点，政策在驱动关键技术发展的同时，推动企业进行数字化转型，深化元宇宙技术在工业领域的应用n 发展机遇：在中国数字化转型浪潮下，工业元宇宙以实现物理世界与信息世界交互与共融的需求应运而生，以实现制造业、工业等行业全要素、全产业链、全价值链的互联互通，从而不断催生新业态、新模式和新产业，相关企业将在这次数字化浪潮中尽享时代发展红利400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10工业元宇宙即将元宇宙相关技术应用在工业领域工业元宇宙即将元宇宙相关技术应用在工业领域，在虚拟世界中对现在虚拟世界中对现实工业环境进行全面模拟实工业环境进行全面模拟，通过融合虚拟世界和现实世界通过融合虚拟世界和现实世界，实现工业实现工业的改进与优化的改进与优化，达到降本增效的效果达到降本增效的效果，最大化地提高生产效率最大化地提高生产效率中国工业元宇宙产业分析工业元宇宙的定义与价值工业元宇宙的特征来源：工业元宇宙、沙利文，头豹研究院2021年，全球47个国家数字经济规模总量达到38.1万亿美元，同比名义增长15.6%，占GDP比重为45.0%。中国数字经济规模为7.1万亿美元，位居世界第二；同比增长16.2%，增速高于世界平均水平。从发展方向看，全面推行数字化转型和升级是中国当前发展的战略重点，工业元宇宙则是数字化发展的必然趋势n 工业元宇宙即是将元宇宙相关技术应用于工业领域工业元宇宙即将元宇宙相关技术，包括物联网技术、AI技术、交互技术、智能网络技术、超级算力技术、区块链技术、数字孪生技术和虚拟引擎技术等，应用在工业领域，在虚拟世界中实现对现实工业环境中的研发设计、生产制造、运维管理、销售服务等环节和场景的全面模拟，覆盖工业生产全链条环节，通过融合虚拟世界和现实世界，实现工业的改进和优化，形成全新的制造和服务体系n 数字孪生使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，突破传统边界与束缚，促使产业融合，实现可持续性的降本增效工业元宇宙最重要的价值在于，对现代工业的复杂系统，做彻底的，全方位的、系统的数字孪生，使整个工业处于完全的数字化、智能化和信息化的直观状态，并且使整个工业体系能够在虚拟化的背景下重构，这种重构打破了传统工业、行业和企业的边界与束缚，真正实现在技术支撑下的产业融合，最大化地提高生产效率其次，工业元宇宙实现可持续性的降本增效。通过设备数字孪生及流程全面数字化，提供生产系统的全数字孪生镜像，工业元宇宙能够实现生产托管，对物流、物资配送等，提供供应链的全链条管理；对能源、电力等，提供镜像分析与模拟试错场景；解决迭代试错成本高昂、升级困难的问题，实现可持续性的降本增效工业元宇宙虚拟AI员工参与生产全过程，形成全新的企业组织形态数字员工探索数字文明新形态新文明在元宇宙中完成生产制造，或通过3D打印输出产品虚拟生产在元宇宙中构建新经济体系，形成新经济生态虚拟经济上中下游产业链在同一个元宇宙中组织生产数字产业链每一个参与者都可以发明创造并参与交易自主创造构建虚拟社会，运营社区生态社会生态400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10工业元宇宙是在工业工业元宇宙是在工业4 4.0 0和工业互联网的基础之上进行再次改造和升级和工业互联网的基础之上进行再次改造和升级，对现代工业的复杂系统进行数字孪生对现代工业的复杂系统进行数字孪生，打破传统工业的边界打破传统工业的边界，在虚拟在虚拟现实世界构建工业模型现实世界构建工业模型，最大化地提高社会生产力最大化地提高社会生产力中国工业元宇宙产业分析工业元宇宙发展历程工业元宇宙的发展历程来源：元宇宙与数字经济，沙利文，头豹研究院1763-1840“蒸汽”驱动发展2010-至今万物互联1866-20世纪初电力渗透工业3.0信息化时代1950-至今人机协作工业1.0机械化时代工业2.0电气化时代工业4.0智能化时代瓦特改良蒸汽机，使蒸汽机成为工业部门的动力机械，工业社会由此进入机械代替手工劳作的时代发电机和内燃机诞生且得到了广泛应用，飞机、汽车等机器获得足够动力，得到飞速发展，工业发展趋向多样化互联网与电子信息技术得以广泛应用，工业生产制造过程不断实现自动化，机器人代替人力进行高危复杂的工序大数据、云计算、物联网、数字孪生等新兴技术与工业相结合，将一切的人、事、物连接起来，并可在虚拟空间中完成映射，实现“万物互联”与“虚实共生”n 新工业文明释放生产力，重塑世界格局，工业元宇宙是国家间国力竞赛的利器蒸汽机的发明引发了第一次工业革命，突破了人类肉体生产力的极限，人类进入机械化时代；电力的广泛应用冲破了能源束缚的壁垒，驱动了第二次工业革命，人类进入电气化时代；计算机、互联网的发明和应用挣脱了距离的枷锁，催生了信息化技术，进而掀起第三次工业革命的浪潮。随着信息化技术不断地沉淀与进步，在社会和人工智能、超级算力、大数据等数字化技术指数级进步的推动下，人类已进入工业4.0智能化时代的初期阶段，工业4.0是以物联信息为基础，在生产制造到市场销售的信息领域，实现数字化与智能化在工业活动的深入应用。工业元宇宙则是在此基础之上，对现代工业的复杂系统，做彻底的、全方位、系统性的数字孪生，使整个工业处于完全的数字化、智能化和信息化的直观状态，引导新的工业、行业和产品诞生，打破传统工业的物理边界、组织边界、协作边界，在虚拟现实世界构建工业模型，最大化地提高社会生产力，并实现可持续性的降本增效每一次工业革命均伴随着生产力的大幅提升，同时重塑世界格局。率先抓住机会的国家往往将迅速崛起，并在新的世界秩序中占据主导地位。因此，工业元宇宙必然是未来国家间竞争的疆域持续降本增效，生产效率大幅提升400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10工业元宇宙产业链可分为基础设施层工业元宇宙产业链可分为基础设施层、核心层和应用层核心层和应用层，中国企业在中国企业在基础设施层的布局相对领先基础设施层的布局相对领先，基本可实现自主可控；核心层的关键技基本可实现自主可控；核心层的关键技术术、软硬件等主要依赖进口；应用层多为本土企业与外企协同合作软硬件等主要依赖进口；应用层多为本土企业与外企协同合作中国工业元宇宙产业分析工业元宇宙产业链图谱工业元宇宙产业链图谱来源：沙利文，头豹研究院n 工业元宇宙产业链可分为基础设施层、核心层和应用层，其中核心层的数字孪生是最为核心的组成部分基础设施层包括通信网络基础设施、算力基础设施和新技术基础设施，主要负责数据的实时传输与分发、存储计算与处理、数据挖掘与分析决策，保障工业元宇宙的正常运转。目前中国企业在基础设施层的布局处于较为领先的位置，基本上可实现完全的自主可控核心层由交互体验、产业平台、建模仿真和数字孪生组成，其中数字孪生是工业元宇宙最为核心的组成部分。数字孪生为工业元宇宙虚实交互、虚实协同提供技术支撑，完成从现实工厂的设备或者装置到虚拟世界的全真映射。当前中国企业在数字孪生引擎（如虚拟引擎，可视化工具集）领域主要依赖海外引进，而Unity引擎为其中的主流代表。Unity在引擎技术方面处于绝对的行业领先地位，尤其在游戏开发领域。2021年，全球排名前1000的移动游戏中，用Unity引擎开发的数量高达71%，同时，Unity引擎也在建筑、汽车、制造等泛工业领域被广泛地应用现阶段工业元宇宙的应用场景主要集中在智慧城市、智慧交通、智能制造、智慧建筑、智能汽车、智慧能源等领域，通常由中国企业协同海外企业共同完成基础设施层算力新技术网络5G6G云计算边缘计算GPUAI区块链核心层产业平台建模仿真交互体验数字孪生IoTIIoTCADCAEVRAR传感器虚拟引擎可视化应用层应用场景智慧城市智慧交通智能制造智慧建筑智能汽车智慧能源工业元宇宙400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10从国家到地方层面从国家到地方层面，以数字孪生以数字孪生、工业互联网工业互联网、元宇宙为代表的数字元宇宙为代表的数字产业成为中国产业成为中国“十四五十四五”期间经济发展的重点期间经济发展的重点，政策在驱动关键技术政策在驱动关键技术发展的同时发展的同时，加速元宇宙在工业制造加速元宇宙在工业制造、文旅文旅、汽车等行业的融合落地汽车等行业的融合落地中国工业元宇宙产业分析国家层面政策分析中国国家层面工业元宇宙相关政策分析，2021年来源：各政委官网，沙利文，头豹研究院政策名称颁布时间颁发主体主要内容及影响“十四五”数字经济发展规划2021/12国务院到2025年，数字经济迈向全面扩展期，数字经济核心产业增加值占GDP达到10%。纵深推进工业数字化转型，加快推动研发设计、生产制造、经营管理、市场服务等全生命周期数字化转型。推动数字城乡融合发展，因地制宜构建数字孪生城市。作为数字经济的集成，随着数字经济产业值及技术的持续提升，工业元宇宙将进入快速发展阶段元宇宙如何改写人类社会生活（刊文）2021/12中央纪委国家监委明确了元宇宙的概念及发展趋势，提出元宇宙三大核心分别为扩展显示技术、数字孪生技术及区块链技术，并可赋能工业大幅提升生产效率，为工业互联网等应用场景带来历史发展机遇“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划2021/11工信部到2025年，工业互联网平台普及率达到45%，数字化研发设计工具普及率达到85%；围绕机械、汽车、航空、航天、船舶、兵器、电子、电力等重点装备领域，建设数字化车间和智能工厂，构建面向装备全生命周期的数字孪生系统，推进基于模型的系统工程规模应用，依托工业互联网平台实现装备的预测性维护与健康管理“十四五”规划和2035年远景目标纲要2021/3中国人大到2035年，中国基本实现新型工业化和信息化。加快数字发展，建设数字中国，推进产业数字化转型，促进数字技术与实体经济深度融合，建设若干国际水准的工业互联网平台和数字化转型促进中心，深化研发设计、生产制造、经营管理、市场服务等环节的数字化应用。探索建设数字孪生城市。以数字孪生、工业互联网、工业元宇宙为代表的数字化产业在“十四五”期间将迎来迅速发展工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）2021/1工信部到2023年，工业互联网新型基础设施建设量质并进，包括推进工业设备网络化改造、企业内网升级、开展企业外网建设、深化“5G+工业互联网”融合应用等，支持研发构建数字孪生创新工具，建设数字孪生技术专业型平台，推动数字孪生与工业互联网的融合发展技术端政策驱动需求端政策引导驱动引导需求政策市场应用方面，政策驱动企业数字化转型，深化研发设计、生产制造等环节的数字化应用，鼓励数字化平台与工具的发展与普及数字化智能改造和产业融合是“十四五”规划的重点推进工作，以人工智能、VR/AR、数字孪生为代表的数字技术将迎来快速发展400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10(接上页相关政策分析）中国地方层面工业元宇宙相关政策分析，2021-2022年来源：各政委官网，沙利文，头豹研究院地区相关政策时间主要内容及影响上海上海市电子信息产业发展“十四五”规划2021/12加强元宇宙底层核心技术基础能力的前瞻研发，深化虚拟内容建设，探索行业应用。元宇宙首次被写入地方“十四五”产业规划上海市培育“元宇宙”新赛道行动方案（2022-2025年）2022/07模式融合赋能，支持元宇宙+工厂、办公等场景打造；突破3D图像引擎，数字建模等关键生产工具；打造数字孪生工厂，培育“元宇宙+工业互联网”试点示范场景安徽安徽省“十四五”软件和信息服务业发展规划2022/03加强人工智能、信息技术应用创新、工业软件、工业互联网、大数据应用、量子通信领域研究；重点突破工业软件，支持工厂仿真、生产线仿真等软件研发创新广东广州市黄埔区、广州开发区促进元宇宙创新发展办法2022/04重点培育工业元宇宙、数字虚拟人等新业态和新模式，引领新一轮科技革命和产业变革；鼓励主办数字孪生、AR/VR/MR等元宇宙相关的重大交流活动；鼓励设立元宇宙产业基金，为数字孪生、人机交互、脑机接口等相关企业提供金融服务山东山东省推动虚拟实现产业高质 量 发 展 三 年 行 动 计 划（2022-2024年）2022/03支持企业大力开展虚拟现实技术与5G、人工智能、工业互联网等新兴技术融合创新，打造工业领域虚拟现实特色应用基地，突破数字孪生等前沿技术，深化虚拟现实在工业领域的应用河南河南省元宇宙产业发展行动计划（2022-2025 年）2022/09发展工业数字孪生，打造工业元宇宙。发挥数字孪生虚拟调试、实时联动、模拟仿真等优势，推动工业数字化、网络化、智能化转型；引进行业领军企业，支持国内外元宇宙领军企业在河南省建立区域总部、孵化平台、实验室和研究中心等地方政策n 驱动技术研发与突破 加强元宇宙底层核心技术的前瞻研发 支持虚拟现实技术与工业互联网的融合创新 突破数字孪生等前沿技术n 引导产业发展 发展工业数字孪生，打造工业元宇宙 引进国内外元宇宙领军企业设立基地 设立产业基金，引导市场资本驱动引导400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10华中西南东北华北华南华东4项西南地区华中地区(接上页相关政策分析）来源：各政委官网，沙利文，头豹研究院据不完全统计，截至2022年9月底，中国国家及地方政府层面发布的政策、年度工作报告中，与元宇宙相关的有32项，其中，元宇宙专项政策有15项，占比近一半。在17项规划了元宇宙具体应用场景的政策中，工业在其中7项中出现，仅次于文旅的9项。中国各级、多地政府已经意识到元宇宙在新的技术革新和产业变革中的重要作用，积极出台鼓励、引导类政策，打造元宇宙应用示范区，促进元宇宙产业集群化发展n 中央及地方政府自上而下引导元宇宙生态体系建设，主要涉及核心技术研发、数字人才培养、产业融合应用等多个方面在核心技术研发方面，总体而言，中央及地方政府着力攻关突破的核心技术侧重点主要聚焦于数字孪生、虚拟现实、增强现实、3D建模与渲染、图形引擎、物联网、人工智能、人机交互、区块链等相关技术。为加速相关技术成果落地，国家与地级政府积极制定产业行动计划，加大元宇宙底层技术研发的支持力度，鼓励龙头企业牵头产学研用，支持元宇宙相关重大基础性、平型科技项目落地实施，发挥各类专项资金作用，加大对元宇宙关键技术、重点工程和产业发展的保障力度在数字人才培养方面，各地政府将积极落地关于元宇宙领域人才的引进、培养、扶持等行动方案，加快元宇宙产业人才育引，构建多层级人才梯队，形成元宇宙人才雁阵格局。相关行动措施包括（1）着力引进国际与国内顶尖数字孪生、人机交互、虚拟现实、增强现实等元宇宙高精尖人才和技能型人才，支持元宇宙领域高层次人才创新创业；（2）鼓励各大高校优化元宇宙相关专业的招生计划和培养方案，开设元宇宙相关课程或专业，加强元宇宙教学体系建设和师资队伍培养，培养一批优秀创新人才；（3）对于拥有国际领先的核心技术或自主知识产权的元宇宙人才团队，对其成果转化项目择优给予扶持；（4）在人才引进、人才落户、阶段性住房、医疗等公共服务方面给与支持在产业融合应用方面，中央及地方政府积极贯彻落实“十四五”数字经济发展规划，大力推动元宇宙与行业领域融合，重点瞄准电子信息、工业、制造业、交通等附加值较高，并在复杂流程控制、精细化、安全作业等方面要求较高的领域，率先突破以数字孪生为代表的元宇宙相关技术的应用突破，加快工业仿真、工业互联网应用升级，建设一批全球灯塔工厂、示范智能工厂，打造工业元宇宙试点项目，形成示范效应n 华东地区发布的元宇宙相关政策占比最高，达到53%，主要聚焦于文旅、工业、商业等行业的应用场景以及数字孪生、人机交互、虚拟现实等核心技术在地域分布方面，以上海、山东、安徽为代表的华东地区发布的元宇宙相关政策占比最大，在发布的32项元宇宙相关的政策中占比53%，主要聚焦于文旅、工业、商业、教育等行业以及人机交互、虚拟现实、增强现实、脑机接口等核心技术。以广东广州、深圳为代表的华南地区政策占比为16%，主要聚焦于文旅、工业等行业以及数字孪生、人机交互、虚拟现实、增强现实等核心技术。以北京为代表的华北地区政策占比为13%，主要聚焦于文旅行业以及数字孪生、图形引擎、仿真模型、人机交互、新型显示等核心技术。东北、西南和华中地区分别占比6%，主要聚焦于工业、城市管理、文旅、医疗等行业以及数字孪生、先进计算、人机交互等核心技术17项41%工业领域在发布的17项元宇宙应用场景政策中，在其中7项政策出现，占比41%东北地区华东地区17项华南地区 5项华北地区2项2项2项元宇宙政策发布地域分布情况，截至2022年9月元宇宙应用场景政策工业相关400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10中国工业元宇宙尚处于发展初期阶段中国工业元宇宙尚处于发展初期阶段，在数据在数据、人才人才、技术及安全方技术及安全方面均面临多方面的问题与挑战面均面临多方面的问题与挑战，由此制约着工业元宇宙的发展；如何由此制约着工业元宇宙的发展；如何解决与应对此类问题与挑战解决与应对此类问题与挑战，是工业元宇宙今后发展的关键是工业元宇宙今后发展的关键中国工业元宇宙产业分析问题与挑战中国工业元宇宙发展面临的问题与挑战来源：中国电子技术标准化研究院，沙利文，头豹研究院中国工业元宇宙在数据、人才、技术及安全方面均面临多方面的问题与挑战n 数据采集的一致性、数据存储与处理能力，以及数据标准的统一性是工业元宇宙在数据方面面临的三大挑战多维度、多尺度的数据采集的一致性难以实现。（1）在数据采集的计量单位方面的一致性，例如构建实物的三维模型的坐标与计量单位不一致，会导致不同模型之间无法融合；在工厂的生产计划数据采集过程中，不同时间单位的生产计划数据会导致数据孪生模型出现数据读取错误。（2）数据采集参数及格式的一致性。针对同一对象，若多维虚拟模型采集的数据格式不一致、参数类型和数量不对等时，同样会出现不同模型在数据融合时出现问题，不能进行交互。（3）数据采集周期的尺度问题，如生产设备的数据产生一般以毫秒记，用采集的数据来驱动数字孪生模型时，通常需要放大时间尺度，否则模型的仿真运行压力过大会导致崩溃海量数据的存储与处理能力欠缺。数据是工业元宇宙的全部生产要素，整个工业元宇宙系统运转时需要对海量的数据进行存储与加工，这对工业元宇宙系统的数据存储能力和计算能力方面提出较大的挑战在数据标准方面，在构建数字孪生模型的过程中，需要在不同系统和设备之间进行不同类型数据传输和交互，因此要建立通讯接口协议，并形成数据标准，统一数据语义及代码。现有不同系统和设备的通讯接口协议和数据标准不统一，对于构建数字孪生提出较大的挑战数字化人才存在较大的供给缺口人才培养周期长，成本高缺乏掌握核心软件技术的本土人才人才方面的挑战基础设施面临更高的持久运行、无延迟、无障碍交互等要求人工智能、数字孪生、物联网等多种类技术融合仍待突破适用于多行业、多功能、跨区域的应用场景技术方面的挑战安全方面的问题数据采集的计量单位、参数及格式、周期等难以达成一致性海量数据的存储及处理能力不足通讯接口协议及数据标准不统一数据方面的挑战无论是云端、生产终端和服务器等数据存储方法，都存在数据泄密风险数据传输过程中存在数据丢失和网络攻击的问题问题与挑战400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10(接上页问题与挑战）n 数字化人才供给不足，培养周期长、成本高等问题制约中国数字经济发展数字化人才存在较大的供给缺口。据中国通信院的数据显示，2020年中国数字化人才缺口接近1,100万，且伴随着全行业的数字化推进，人才缺口依然在持续放大。然而数字人才的培养并不是一个短期工程。数字人才的培养周期通常长达3-10年，加上不同企业的职位需求和未来发展规划各不相同，无论是招聘还是培养对于企业而言都是高昂的成本核心数字化软硬件系统由海外人才主导，如CAD、数字引擎等，导致中国企业在使用这类软硬件系统时存在通信协议及标准不统一、不开放、数据采集难、系统集成差等诸多问题，为数字化技术的应用与推广造成较大难题n 工业元宇宙对于基础设施层与技术层的算力、持久力、实时性、多技术融合性和场景适用性方面均提出更高的要求工业元宇宙是在虚拟世界中打造全新的工业社会系统，因此对基础设施与技术方面提出更高的要求，主要包括三方面的内容：（1）基础设施的持久运行，包括网络和算力等功能的持续运转，以保证工业元宇宙系统的连续运作；（2）保证工业生产的正常运行，现实世界与虚拟世界要实现实时、高速互联，保证“无延迟”的虚拟工厂的互操作，这对于网络层的实时性提出了更高的要求；（3）保证工业元宇宙的随时、随地、无障碍的接入能力，这对于当前的交互技术与设备均提出更大的挑战在多技术融合与场景适用性方面，工业元宇宙是多种类技术的集合，如人工智能、数字孪生、物联网等技术的融合，当前多技术融合与应用能力仍待突破；工业元宇宙的应用领域包括制造、城市建设管理、能源、交通、汽车制造等行业，未来将逐步延伸到更广阔的领域及更复杂的综合应用场景，在打通行业上下游，形成工业元宇宙产业链时，存在工业元宇宙系统在产业链某一环节或某一场景下不兼容、不适用的系列问题，因此打造一个能够跨区域、跨行业、跨企业、跨部门兼容适用的工业元宇宙系统是未来发展所面临的重大挑战安全方面的挑战主要为数据传输与存储安全，数据传输过程中面临数据丢失和网络攻击的问题，数据存储环节则易引发数据泄密风险工业元宇宙实现了虚拟空间与物理空间的深度交互与融合，其连接关系是建立在网络数据传输的基础之上，而在数据传输过程中，存在数据丢失和网络攻击等问题，具体体现在：1）各原料供应商与制造商之间的模型交付过程；2）制造商与用户之间的模型交付过程；3）工业元宇宙系统本身虚实交互过程在数据存储中，由于工业元宇宙系统在应用过程中会产生、收集和存储海量的生产数据、环境数据、用户数据等，其中包括隐私数据和敏感数据，这些数据将由云端、生产终端和服务器等方式进行存储，任何一个存储形式的安全问题都可能引发数据泄密风险来源：中国通信院，中国电子技术标准化研究院，沙利文，头豹研究院1,100万数字人才缺口3-10年数字人才培养周期400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10在中国数字化转型浪潮下在中国数字化转型浪潮下，工业元宇宙工业元宇宙以实现物理世界与信息世界交以实现物理世界与信息世界交互与共融的需求应运而生互与共融的需求应运而生，数据标准化数据标准化、数字人才培养数字人才培养、核心技术核心技术、数据安全等相关领域的企业将迎来黄金发展机遇数据安全等相关领域的企业将迎来黄金发展机遇中国工业元宇宙产业分析发展机遇当前中国各行业数字化渗透率情况以及未来发展机遇来源：国家互联网信息办公室，沙利文，头豹研究院数据标准与存储、处理能力数据格式及标准趋向规范化、统一化，云技术的进步显著提升数据存储与处理能力数字人才培养数字人才缺口持续扩大，数字人才培训市场景气度持续上升；数字工具、软件等相关市场需求急剧增加元宇宙底层技术数字孪生、虚拟现实、增强现实、3D建模与渲染、图形引擎、人工智能等元宇宙底层技术及多技术融合能力将得到重点发展数据安全加密传输、访问控制、数据脱敏等安全技术，及防篡改、防窃取、防泄露能力是数据安全的主要发展方向29.0%21.0%10.3%7.1%7.1%6.5%制造业工业能源交通汽车建筑发展机遇n数字化转型浪潮下，各行业数字化水平将持续上升，以实现物理世界与信息世界交互与共融的数据、人才、技术、安全等需求高速增长数字化转型升级空间广阔在“十四五”规划和2035年远景目标纲要、“十四五”数字经济发展规划等政策引导的数字化转型浪潮下，针对促进元宇宙相关技术与各行业的深度融合，工业元宇宙以实现物理世界与信息世界交互与共融的需求应运而生，以实现制造业、工业等行业全要素、全产业链、全价值链的互联互通，从而不断催生新业态、新模式和新产业，相关企业将在这次数字化浪潮中尽享时代发展红利n 当前中国各行业整体数字化水平不高，数字化转型升级空间广阔中国数字经济规模于2021年达到45.5亿元，占GDP比重为39.8%，成为中国经济增长的主要引擎。尽管中国数字经济规模稳居世界第二，但制造业、工业等领域的数字化水平仍然不高，例如2020年中国数字工业经济渗透率仅为21%，仍有广阔的增长空间。当前中国处于迈向高质量发展的转变阶段，产业数字化转型升级是其中的重要抓手，在此背景下，中国将加速推动数字化技术与实体经济的深度融合，为数据标准与安全、数字人才培育、新一代信息技术发展等领域带来新的发展机遇n 数据格式及标准趋向统一，数据存储与处理能力显著提升随着元宇宙底层技术的日益成熟，在各行业的渗透率持续提升，国家、行业、企业400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10(接上页发展机遇）等不同等级的工业大数据平台逐步搭建，行业上下游企业将加强数据合作，打通产业链数据，推动数据格式及标准趋向规范化、统一化，云技术的进步显著提升数据存储与处理能力，相关的大数据、云计算、标准制定等领域的企业将迎来快速发展n 数字教育市场需求快速释放，拉动数字工具软件需求增加人才方面，2020年中国数字化人才缺口达到1,100万，且供给缺口仍在不断扩大，因此数字人才培育成为国家当前的重点任务。在此背景下，数字人才培训、数字化工具、软件等领域的市场需求快速释放，通用性强、兼容性高、操作易上手，且涵盖教学培训功能的数字工具软件的市场需求急剧增加，业内企业或最先受益n 率先实现核心底层技术的融合落地的企业将占据先发优势技术方面，数字孪生、虚拟现实、增强现实、3D建模与渲染、图形引擎、物联网、人工智能等元宇宙底层技术将是本次中国数字化转型升级的重点，率先实现元宇宙多技术融合，跨行业融合的企业将获得资本关注与资源倾斜的先发优势n 保障数据传输及存储安全是未来数据安全的主要发展方向数据安全方面，开展加密传输，访问控制，数据脱敏等安全技术攻关，提升防篡改、防窃取、防泄露能力是未来数据安全方面的主要发展方向，以保障数据传输及存储安全来源：中国通信院，沙利文，头豹研究院15Chapter 2工业元宇宙产业发展能力洞察白皮书|2022/10n 技术架构：在政策规划支撑下，工业元宇宙的技术架构链条逻辑上分为基础层、技术层、能力层、终端层、应用层五大板块。其中核心技术层涉及多类技术群的融合和创新并集成于平台，实现工业相关领域深度赋能n 关键路径：工业元宇宙的崛起涉及多类技术群的融合和创新，实现工业元宇宙的关键技术包括数字孪生技术、虚拟引擎技术、人工智能技术、物联网技术、区块链技术、人机交互技术、智能网络技术400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10在政策规划支撑下在政策规划支撑下，工业元宇宙的技术架构链条逻辑上分为基础层工业元宇宙的技术架构链条逻辑上分为基础层、技术层技术层、能力层能力层、终端层终端层、应用层五大板块应用层五大板块。其中核心技术层其中核心技术层涉及多涉及多类技术群的融合和创新并集成于平台类技术群的融合和创新并集成于平台，实现工业相关领域深度赋能实现工业相关领域深度赋能工业元宇宙行业发展能力洞察技术架构工业元宇宙技术架构图在政策规划支撑下，工业元宇宙的技术架构链条逻辑上分为基础层、技术层、能力层、终端层、应用层五大板块。其中核心技术层涉及多类技术群的融合和创新，能力层是工业数字孪生核心技术能力构成。完整的“工业元宇宙平台”将赋能工业制造、城市规划与管理、建筑工程与施工、交通、能源等行业领域n 工业元宇宙涉及多类技术群的融合和创新，其中数字孪生和虚拟引擎是核心技术工业元宇宙丰富的特征和广泛的应用决定它的实现具有高复杂度，涉及多类技术群的融合和创新。工业元宇宙技术体系包括数字孪生技术群、智能网络技术群、泛AI技术群、新信息通信技术群以及工业制造相关技术群。其中，智能网络、大数据、人工智能、云计算、区块链等相关基础技术是工业元宇宙的技术底座；感知互联、实体映射、多维建模、时空计算、仿真推演、可视化、虚实交互七个数字孪生核心能力构成了工业元宇宙的关键能力架构体系多类新型技术的融合创新为工业元宇宙深入建设、迭代升级提供支撑能力。工业元宇宙通过应用数字孪生技术实现城市物理空间、社会空间以及数字空间在时间维度和空间维度更加精准的映射、更加紧密的连接和更加多维的联动，通过AI、物联网、云计算、区块链等新一代信息技术实现三元空间的协同演进和共生共智能力层应用层城市管理建筑工程工业制造交通能源政策基础层工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）“十四五”数字经济发展规划智能芯片与传感器开源模型及算法智能网络与云服务数据资源外部合规数据数据标注结构化数据整合第三方合规数据硬件设施网络资源安全资源算力资源储存资源终端层企业级用户政府机构用户大众消费者用户多维建模实体映射仿真推演虚实交互感知互联时空计算大数据可视化技术层人工智能智能语音机器学习计算机视觉自然语言理解智能交互数字全息VR/AR/MR传感技术区块链智能合约共识机制分布式账本哈希算法物联网操作系统网络通信传感器虚拟引擎图形渲染3D建模动画视频图形交互数字孪生多维建模实时渲染模拟仿真三维可视化来源：中国信标委，沙利文，头豹研究院400-072-5588中国：工业元宇宙系列白皮书|2022/10工业元宇宙的崛起工业元宇宙的崛起涉及多类技术群的融合和创新涉及多类技术群的融合和创新，实现实现工业元宇宙工业元宇宙的的关键技术包括数字孪生技术关键技术包括数字孪生技术、虚拟引擎技术虚拟引擎技术、人工智能技术人工智能技术、物联网物联网技术技术、区块链技术区块链技术、人机交互技术人机交互技术、智能网络技术智能网络技术工业元宇宙行业发展能力洞察实现路径工业元宇宙技术实现路径n 数字孪生与元宇宙对偶，是元宇宙在工业领域的映射，也是工业元宇宙实现的关键步骤，可帮助企业实现高水平的智能化转型工业元宇宙是数字孪生与元宇宙对偶，是元宇宙在工业相关领域的映射。实时IOT数据在数字孪生模型中的应用推动工业全业务流程闭环优化，并持续通过数据修正和完善物理模型。技术层面，在工业自动化的基础上，数字孪生在实时性、参与度和闭环性等方面提出了更高的要求，因此将会由许多独立工具、平台、基础设施、协议等来支持其运行。数字孪生的本质是设备可识别标识、工程人员知识经验及管理层关键决策在系统流程中的闭环传递，最终助力企业实现高水平的数字化、智能化转型。随着工业互联