林肯電氣控股有限公司是世界上規(guī)模最大的焊接設備制造商之一，在北美、歐洲、中東、亞洲以及拉丁美洲擁有42個以上的制造設施，其業(yè)務依賴于確保更多的焊工獲得使用其設備的認證。

出于這個原因，該公司認為需要建立一所學校來培訓焊接工人——但傳統(tǒng)的培訓方式速度慢、成本高而且流程繁瑣。因此，該公司轉(zhuǎn)向采用與消費游戲更相關(guān)的技術(shù)：虛擬現(xiàn)實(VR)和元宇宙。

現(xiàn)在，參加培訓的焊接工人戴上VR頭顯進行虛擬焊接，并在元宇宙這種沉浸式環(huán)境中獲得關(guān)于焊接管道或鈑金平直度的即時反饋。如果他們焊接失敗，可以立即重置虛擬系統(tǒng)并不斷改進，不必在重復嘗試中浪費焊接材料。一旦他們學會了正確的焊接方法，就會使用林肯電氣公司的焊接設備，并將學到的這些技能應用到實際的焊接工作中。

林肯電氣公司發(fā)現(xiàn)，采用新方法培訓焊工的時間是傳統(tǒng)方法的23%。培訓更多熟練的焊工意味著該公司的焊接設備有更大的潛在市場。技術(shù)咨詢機構(gòu)West Monroe公司的高級合伙人Randal Kenworthy 表示，“采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以減少培訓時間，同時提高焊接工人的熟練程度。”

圍繞“元宇宙” 這一術(shù)語的炒作在一定程度上要歸功于Meta公司和其他科技公司，他們聲稱這是下一個大型技術(shù)平臺，類似于個人電腦和智能手機。Meta公司的理念是，消費者能夠在沉浸式數(shù)字世界中相互聯(lián)系，在這個世界中，他們可以比在個人電腦和智能手機上更好地娛樂、社交和玩游戲。

在培訓工人、制造產(chǎn)品或運營基礎(chǔ)設施的行業(yè)中，還有另一組潛在的用途可能會傳播得更快。這就是所謂的“工業(yè)元宇宙”，它使用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實來融合物理世界和數(shù)字世界，從而改變了企業(yè)設計、制造和與對象交互的方式。

工業(yè)元宇宙有許多構(gòu)建模塊并不新鮮。新事物是增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的頭顯設備、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、以及更好的連通性和計算能力的更大可用性和可承受性?？傊鼈兪沟脤⒐I(yè)應用帶入虛擬世界成為可能。

這促進了工業(yè)元世界用例的大量增長，其中包括培訓、協(xié)作和模擬現(xiàn)實世界的數(shù)字孿生。在這些用例中，將人們帶入身臨其境的3D世界的能力，能夠可靠地模擬真實的工業(yè)應用，例如工廠車間、組件、機器人甚至其他應用，并正在幫助行業(yè)參與者比以往更快、更有效、更好地完成工作。

最近針對消費者的虛擬現(xiàn)實興起，導致了用于工業(yè)應用的經(jīng)濟實惠的AR和VR頭顯設備的大幅增長，以及企業(yè)級頭顯設備的開發(fā)。根據(jù)調(diào)研機構(gòu)Market Prospects公司發(fā)布的一份研究報告，到2025年，全球工業(yè)元宇宙市場規(guī)模預計將達到5400億美元。研究機構(gòu)ABI Research的報告表明，消費者和企業(yè)市場的出貨量都在持續(xù)增長，到2026年，全球出貨量將達到5010萬臺，獲得的市場收入將超過501億美元。

這些設備包括當前一代的虛擬和混合現(xiàn)實頭顯設備，例如Meta Quest Pro、HTC Vive和Varjo XR3，這些都是高端的企業(yè)級頭顯設備。還有增強現(xiàn)實頭顯，例如微軟公司的HoloLens 2和最近發(fā)布的Magic Leap 2。重工業(yè)用例也受益于Vuzix等公司的產(chǎn)品，該公司生產(chǎn)工業(yè)級、安全等級的智能眼鏡和用于野外工作的頭顯設備。

工業(yè)元宇宙的發(fā)展如今仍處于萌芽階段，由于設備成本高和技術(shù)困難，它面臨著很大的挑戰(zhàn)。虛擬現(xiàn)實和混合現(xiàn)實經(jīng)常導致有限的參與，因為會面臨“模擬器病”(一種由一些沉浸式體驗引起的運動病)以及構(gòu)建和建模準確虛擬體驗的總體成本。

在培訓工人的工業(yè)模擬中使用AR技術(shù)可以克服部分問題，但這項技術(shù)發(fā)展緩慢。元宇宙應用程序還需要以高帶寬和低延遲交換大量數(shù)據(jù)，這意味著需要有下一代電信基礎(chǔ)設施提供支持。

盡管如此，對于許多企業(yè)來說，其發(fā)展前景仍然是誘人的，尤其是在更強大的VR和AR硬件和軟件的出現(xiàn)開始將工業(yè)元宇宙變成現(xiàn)實之后。因此，一些企業(yè)正在全速前進，以期在未來幾年可能成為技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵基礎(chǔ)的領(lǐng)域搶占先機。

支持工業(yè)元宇宙的培訓

在元宇宙中進行培訓很像玩視頻游戲，而其不同之處在于，員工可以使用虛擬現(xiàn)實頭顯沉浸在現(xiàn)實世界的場景中，這種場景可能發(fā)生在他們的工作地點。事實證明，VR技術(shù)的使用比實際操作更能提高培訓工人的效果，而且更便宜、更快、更安全。West Monroe公司的Kenworthy說:“就我所看到的目前VR應用最多的領(lǐng)域而言，其中一些其他的用例可能會在未來更加普遍，尤其是在培訓領(lǐng)域。”

使用新興的工業(yè)元宇宙技術(shù)，可以創(chuàng)造高度沉浸式的體驗，在他們與設備交互的虛擬現(xiàn)實模型中，這些體驗與工人在工作現(xiàn)場時的操作非常相似。他們甚至可以對所處的環(huán)境做出類似的行為和反應，這有助于他們?yōu)樵诠S車間或現(xiàn)場開展工作做好準備。

VR的另一個優(yōu)勢是，工人可以在不需要采用成本高昂的設備的情況下接受培訓，甚至在他們在工作現(xiàn)場開展工作之前，就可以在任何地方接受培訓，甚至在家進行遠程培訓。他們還可以在潛在危險的場景和環(huán)境中接受訓練，而不會面臨任何危險。

為了看到在元宇宙中培訓的好處，林肯電氣控股有限公司和愛荷華州立大學對兩組接受培訓的工人進行了比較，一組工作完全采用傳統(tǒng)的動手實踐培訓方法，另一組進行一半動手實踐和一半VR焊接的培訓。

結(jié)果表明，接受VR培訓的焊工在學習和團隊互動方面的水平顯著提高，總體認證水平比傳統(tǒng)培訓組提高了41.6%。除了在整體培訓上花費的時間比傳統(tǒng)培訓組少23%之外，使用VR技術(shù)還顯著減少了每人243美元的培訓成本，因為他們可以重新開始，而不會浪費焊接材料或重新組裝設備的時間。

Kenworthy說：“使用VR平臺，接受培訓的工人可以在使用實際設備之前更快地學習和測試技術(shù)。VR通過幫助他們實時顯示改善焊接技術(shù)所需的調(diào)整，加快了培訓時間。”

在過去的四年中，VR培訓在制造業(yè)中變得更加普遍，例如在汽車和航空業(yè)，工人們在工廠車間重復機械的步驟，甚至與機器人互動。寶馬公司使用VR技術(shù)同時培訓多名員工。大眾汽車公司發(fā)起了一項全球倡議以培訓更多的員工。航空制造巨頭波音公司通過VR技術(shù)將培訓時間縮短了75%。由于新冠疫情導致飛行員短缺，航空公司也使用元宇宙技術(shù)來培訓空中飛行員。Loft Dynamics AG公司一直在美國使用VR模擬器培訓直升機飛行員，將空中訓練時間減少了60%。

工業(yè)元宇宙中的合作

盡管當今的視頻電話會議技術(shù)可以用于支持人們開展遠程工作和共享協(xié)作應用程序，但缺乏虛擬現(xiàn)實和混合現(xiàn)實的沉浸式力量。對于工業(yè)元宇宙的應用，工程師和設計師將為制造業(yè)設計多人參與的頭顯設備。

芬蘭工業(yè)級VR頭顯制造商Varjo Technologies Oy公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Urho Kontorri表示，汽車行業(yè)的一個主要趨勢是用遠程團隊設計汽車發(fā)動機和底盤。

例如，汽車制造商起亞汽車公司負責開發(fā)設計的設計師為了完成評審，必須從該公司的歐洲總部飛到韓國的設計機構(gòu)參加會議。然而，當新冠疫情爆發(fā)并實施旅行限制之后，幾乎不可能到現(xiàn)場參會。

使用Autodesk VRED的虛擬協(xié)作功能和VR頭顯設備，可以讓每個人遠程聚集到一個沉浸式元宇宙空間中，設計師、工程師以及企業(yè)高管都可以在汽車周圍進行探討，而無需出差旅行。

Kontorri說，“有一些設計師來自德國法蘭克福，一些來自韓國，他們會做和以前一樣的事情。只不過由于旅行時間的原因，以前需要一周才能完成的事情現(xiàn)在可以一周完成四次。”

他們不僅發(fā)現(xiàn)可以更頻繁地召開會議，每天都可以進行合作，而且設計團隊發(fā)現(xiàn)他們甚至可以讓更多的人參與汽車設計。他們能夠?qū)⒁惠v車周圍的人數(shù)擴大到20人，這大約是所能容納的最多的人數(shù)，而其空間不會變得過于擁擠。

Kontorri解釋說:“神奇的是，他們不再覺得自己處在遠方的辦公室，而是開始覺得自己在一起工作的全球團隊中工作。這真是一個很好的啟示。”

他說，汽車行業(yè)很可能都在進行同樣的調(diào)整。例如，汽車制造商沃爾沃公司有一個非常相似的解決方案。通過使用VR技術(shù)，該公司發(fā)現(xiàn)它可以讓設計團隊在一天內(nèi)完成通常需要數(shù)周或更長時間的工作，并通過在虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實生活”場景中測試用戶體驗概念，快速迭代用戶體驗概念。

該技術(shù)允許工程師和設計師在VR中進行試駕設計。因此，設計團隊可以在未來的汽車成為原型之前對它們進行研究，并在它們成為生產(chǎn)線上的問題之前避免出現(xiàn)缺陷。

另一種類型的協(xié)同工業(yè)元宇宙應用在制造業(yè)中使用增強現(xiàn)實技術(shù)，例如采用HoloLens 2頭顯設備實現(xiàn)。這使得現(xiàn)場工作人員可以將數(shù)字圖像覆蓋在現(xiàn)實世界上，該公司稱之為全息圖。沃爾沃公司最近透露，與川崎重工公司簽署協(xié)議，成為該技術(shù)的新客戶，卡夫亨氏公司和波音公司將成為制造合作伙伴。

頭戴AR頭顯設備的工人可以在工廠車間使用全息圖作為操作機器的指南。然后，當嘗試一個復雜的任務或修復機器時，他們可以與技術(shù)專家開展合作，以便使用他們視野中的視覺線索引導他們完成修復過程。頭顯設備的傳感器和攝像頭還使遠程工作的工程師能夠與工人遠程協(xié)作，了解生產(chǎn)車間正在發(fā)生的事情，即使他們位于不同的國家和地區(qū)。

數(shù)字孿生和工業(yè)元宇宙

工業(yè)元宇宙最突出的用例之一是“數(shù)字孿生”，即對通道、建筑物、工廠車間、傳送帶和機器人等現(xiàn)實世界物體的精確模擬。

英偉達公司Omniverse和仿真技術(shù)副總裁RevLe baredian表示，數(shù)字孿生為制造業(yè)創(chuàng)造了許多以前不存在的“超能力”，因為在突然之間，企業(yè)客戶可以訪問他們可以合作的工廠的完全實現(xiàn)的模擬虛擬版本。

這些超能力包括瞬間移動，例如工人們可以虛擬移動到工廠的任何地方，無論他們在世界上的哪個地方，都可以看到數(shù)字孿生中正在發(fā)生什么，只要它模擬的是現(xiàn)實中正在發(fā)生的事情?；蛘咚麄兛梢源┰降竭^去，工廠的生產(chǎn)活動能夠被記錄和回放，這樣就可以查看異常情況，看看它們是如何發(fā)生的，或者更好的是，穿越到未來，通過加速模擬并觀察將會發(fā)生什么情況。

數(shù)字孿生還允許設計師在虛擬原型中構(gòu)建設備或車間，并在投入實際生產(chǎn)之前進行模擬。目的是看看他們將如何運作，了解是否會有任何潛在的問題。它允許他們在現(xiàn)實世界中發(fā)生潛在異常之前進行實驗、優(yōu)化和簡化，從而降低工人面臨的故障風險或安全問題。

西門子數(shù)字工業(yè)軟件公司總裁兼首席執(zhí)行官Tony Hemmelgarn表示，西門子公司多年來一直在自己的制造流程和客戶中使用數(shù)字孿生技術(shù)，工業(yè)元宇宙給數(shù)字孿生帶來的是全面的模擬。

隨著工業(yè)元宇宙技術(shù)的進步，工程師能夠以全面的沉浸式視圖看到整個工廠和車間，并充滿信心地進行模擬。Hemmelgarn說，“各個團隊現(xiàn)在可以聚在一起查看，我認為這才是工業(yè)元宇宙的真正前景。”

Lebaredian解釋說，“通過這種方式，我們通過擁有數(shù)字孿生來獲得所有這些超能力。所有這些都依賴于對現(xiàn)實世界事物的精確模擬，并使它們與數(shù)字孿生保持同步。如果能做到這一點，我認為可以想象在這個行業(yè)中可以做很多事情。我的意思是，如果有一個瞬移和時間機器，能夠探索多種可能的未來，還有什么不能做的呢?”

Lebaredian表示，讓英偉達公司感到意外的是，該公司預計元宇宙技術(shù)將首先在娛樂行業(yè)得到應用(已經(jīng)廣泛使用VR)，然后是建筑和設計行業(yè)，最后是制造業(yè)。

與其相反，元宇宙技術(shù)首先應用在了制造業(yè)。Lebaredian表示，他認為原因在于系統(tǒng)和工廠本身極其復雜，需要模擬未來的能力來優(yōu)化和降低成本——如果愿意的話，這是數(shù)字孿生的超級力量之一。

凱捷公司在2022年對使用數(shù)字孿生的企業(yè)進行的一項調(diào)查之后指出，很多受訪企業(yè)表示，參與者的銷售額、周轉(zhuǎn)時間和運營效率平均提高了15%。接受調(diào)查的受訪者表示，他們還發(fā)現(xiàn)通過使用數(shù)字孿生技術(shù)，系統(tǒng)性能提高了25%，可持續(xù)性提高了16%。根據(jù)調(diào)研機構(gòu)MarketsandMarkets的數(shù)據(jù)，2021年的全球數(shù)字孿生市場規(guī)模約為69億美元，預計到2027年將增長到735億美元。

這種興趣在很大程度上是由于工廠的復雜性和更好地了解不同系統(tǒng)相互作用方式的需要，以及新冠疫情如何影響大規(guī)模的規(guī)劃和建設。突然之間，許多企業(yè)的制造業(yè)務需要找到一種不同的數(shù)字化轉(zhuǎn)型途徑，從一開始就考慮到甚至是微小的細節(jié)。數(shù)字孿生盡可能精確地模擬，做到了這一點。

這也引起了航空航天制造商波音公司的興趣，該公司于2021年12月宣布，計劃使用數(shù)字孿生和工業(yè)元宇宙來連接其飛機制造供應鏈。他們的期望是，在元宇宙中模擬設計、部件和制造過程的沉浸式力量將在缺陷形成之前發(fā)現(xiàn)缺陷，并幫助飛機更快地從圖紙推向市場。

波音公司計劃在資深工程師Linda Hapgood的幫助下，構(gòu)建實現(xiàn)這一目標所需的數(shù)字工具來完成這一目標。Hapgood以將波音767加油機的線束轉(zhuǎn)化為3D模型而聞名。在那之后，工人配備了平板電腦和HoloLens AR耳機，用于模擬操作飛機發(fā)動機，從而將質(zhì)量提高了90%。將供應鏈引入元宇宙的努力將涉及100多名工程師，并以這些早期成功為基礎(chǔ)得以發(fā)展。

工業(yè)元宇宙為制造業(yè)帶來了巨大的希望，并提供了培訓機會，這些機會已經(jīng)顯示出顯著的效果。VR和AR都可以把來自世界各地的團隊聚集在一起，就像他們在同一個房間中合作開發(fā)項目。它還使現(xiàn)場技術(shù)人員能夠從外部獲得幫助，這些人可以將信息疊加在他們的視覺上。數(shù)字孿生的加入也為工業(yè)和商業(yè)用例擁有了全新的“超能力”。

VR和AR設備的進步將為工業(yè)元宇宙應用帶來更多機會。但對商業(yè)用例來說，最重要的可能是元宇宙所依賴的3D模型的數(shù)據(jù)集成和機器學習。這一點尤其重要，因為越來越多的行業(yè)開始用元宇宙應用來增強他們的供應鏈，包括進行員工接受培訓、合作和數(shù)字孿生，以及更逼真和真實的物理模擬。

所有這些都意味著，元宇宙對工業(yè)的影響在未來幾年可能比技術(shù)創(chuàng)造者最初想象的對消費者的影響更明顯。