英伟达带火的世界基础模式，会给工业企业带来什么变化？

2025-01-16

通过世界基本模型，我们可以在数字世界中部署工业元宇宙，重建工业企业的所有生产技术，并通过模拟模拟即时呈现公司技术、流程甚至战略调整的结果。这给公司现在习惯的决策体系带来了新的挑战。公司如何拥抱世界模式？本杂志邀请了专家咨询相关专家，讨论如何为企业创造世界模型和工业元宇宙的价值，以及企业如何规划工业元宇宙的部署。

01 从工业4.0到工业元宇宙

工业元宇宙注重利用虚拟技术更好地执行各种工业任务，旨在实现更高的运营效率和质量、更低的成本和更好的质量。工业元宇宙是一个全新的概念吗？或者只是工业4.0概念下数字技术的新标签？

工业4.0是指2015年首次提出的“第四次工业革命”，总结了网络信息技术的变革性影响。那么为什么人们把注意力从工业4.0转移到工业元宇宙呢？作者认为有以下五个原因值得思考。

第一，技术融合，工业元宇宙融合5G、先进的技术，如物联网、人工智能等，可以实现更有效的生产和运营。第二，通过虚拟现实和增强现实等技术，实现跨地区的团队合作和远程工作。第三，工业元宇宙注重利用大数据进行分析与整合，提高决策过程，提高生产效率和产品质量。第四，创新与定制，即在工业元宇宙中探索新的商业模式，提供个性化、定制化的产品和服务。第五，教育和培训，即利用工业元宇宙中的虚拟现实等技术，提供身临其境的教育和培训，提高员工的技能和安全意识。

五个维度概括了工业元宇宙转型的核心要素，旨在促进产业的不断创新和优化。

如图 1显示，许多技术作为工业4.0的组成部分，也与工业元宇宙高度相关，包括人工智能、物联网、信息物理系统、区块链、虚拟办公场所和数字孪生。事实上，虚拟模型、模拟模拟和数字孪生已经在工业生产中应用了近十年，而数字设计工具需要更长的时间。

图 1 工业4.0技术与工业元宇宙有关。

那工业元宇宙的亮点是什么呢？其不同之处在于，关键技术的融合使模拟仿真能力发生了质的变化(图表 2）。

图 2 工业元宇宙技术的发展与融合

到目前为止，数字孪生主要用于分散的商品、零部件、生产线或工厂，主要用于改善操作和维护特性。然而，随着复杂系统的模拟、数据可视化和人工智能的进一步发展，以及物联网（IoT）随着计算率的不断提高，数字孪生连接多个设施和系统的概率逐渐增加，与合作技术的不断提高。

这样，数字仿真就从操作改进和设计辅助工具的层面进行了拓展和改进，成为跨系统甚至全球工业企业进行战略决策的关键工具。

02 为什么企业要继续追求工业元宇宙？

近年来，工业系统的复杂性急剧增加。近两年来，企业数据量增长了40%以上，超过2Pb，合作伙伴网络的复杂性也大幅增加。同时，变化的速度和不可预测性也在加快。在这些不断变化、不可预测的系统中，人类理解的局限性意味着很难做出正确的决定。更为重要的是，可持续性的重要性表明，复杂的工业系统控制在端到端变得越来越重要。

由于通常依赖于过度简化复杂系统，传统的战略决策难以应对这些挑战。这就是说，它经常错过意想不到的系统影响，反应滞后，无法足够快速地预测和反应迅速的变化。工业元宇宙提供了一个概率，允许企业以动态、前瞻、全系统的方式做出明智的管理决策。这样可以更快、更有效地确定绩效改进计划和变化的影响，帮助管理整体效应，实现可持续增长。

即使在短期内，工业元宇宙的利益也是显而易见的。

正如我们所指出的，即使整个工业系统的数字孪生技术完全相连，公司仍然可以从目前的应用中获得显著的好处，其中许多应用与工业4.0重叠。相关应用可以分为四类。

第一，推广。工业元宇宙可用于改善运营和维护、产品质量、供应链和客户服务。第二，培训。包括运营、安全、远程和产品等相关领域的培训。第三，工业元宇宙可以作为设计/施工一体化、资产检查/维护、远程故障处理等技术工具。第四，作为虚拟会议、工作合作、交易互动等管理工具。

随着数字双胞胎从离散工厂延伸到整个工业系统，其影响将远远超出生产力和效率的范围，其更高效的战略决策将对整体增长、利润率和股东价值产生更大的潜在影响。米其林公司可以通过应用数字双胞胎技术来提高国际采购策略，并提供有益的参考。

全球轮胎制造商米其林拥有70家生产工厂，业务覆盖170多个国家，产品型号不断增加。2021年，该公司的运输成本为19亿欧元。因为米其林的策略是在销售点周围制造。产品和国际采购是一个重大挑战。米其林正在寻找一种方法来交互检测不同的采购策略和方案，以确保最佳行动可以优化成本、服务质量、碳足迹和库存水平。

虽然米其林已经在产品研发中应用了大约30年的数字孪生，但米其林并没有将这项技术应用到采购系统中，因为国际采购系统的复杂性，包括它的多种元素、关系和嵌套分系统。

Cosmosmosmo米其林和技术服务方 Tech合作，构建了包括服务质量、二氧化碳排放、库存、分销、工厂产能等关键指标在内的复杂国际采购系统数据模型。它包含了1700个产品型号，所有产品都在复杂的生产和分销矩阵中。这种“模拟数字孪生”使米其林能够运行80,000次模拟，每一次模拟都有3000多个不同和动态的决策变量，并且内置优化算法来决定最佳策略。

因此，米其林可以为未来五年制定一个可行的战略采购计划，这将使其运输成本每年降低1000万欧元。这也使得全球利润率提高了几个百分点，运输和海关成本降低了60%以上。

03 如何更好地实现信息技术的产品化？

基于模拟能力的逐步升级，我们可以将工业元宇宙定义为:“一个与环境中的现实世界互动的互联、全系统的数字孪生生态系统，让决策者更好地了解过去，预测未来。”

“全系统数字孪生”是工业元宇宙的核心，它最终可能代表一个完整的端到端工业系统，不仅包括有形资产，还包括流程、功能、资源和组织。它将超越公司的界限，包括与整个公司合作伙伴生态系统相关的参与者，包括上游和下游，以及他们的直接互动。最终也可能包括公司经营所处的更广阔环境。为了能够对现实和动态的系统行为进行建模，它需要构建一个复杂的系统。其关键部分是广泛的“假设”模拟功能。模拟不仅仅是基于过去的数据，还基于现在和未来的数据。

图 3显示了支持该功能的五个核心技术模块，支持计算能力，即“计算率”技术模块。这些技术在一定程度上已经存在。然而，为了应对日益增长的数据规模和复杂性，他们都需要进一步发展。计算能力的提高本身就是实现数字孪生模拟的一个非常大和相互连接的重要因素。

图 3 工业元宇宙功能及模块

总的来说，这张图表表明，在整个系统的数字孪生技术真正可行之前，需要五年甚至更长的时间，但在此期间，涉及日益复杂系统的数字孪生中间步骤仍然是合理的。

早在2020年，世界著名的生命科学公司拜耳集团就利用前沿的数字孪生技术对其商业战略进行了重大调整。该技术涉及建立公司生产设施的精确虚拟副本，促使拜耳在安全的数字环境中模拟和测试不同的需求场景。

根据拜耳作物科学公司数据优秀中心负责人纳文·辛格拉（Naveen Singla）数字孪生技术的应用极大地促进了企业工作流程的重新思考，它允许通过机器学习和模拟技术对决策过程进行优化。

利用这项技术，拜耳已经成功构建了北美九大玉米种子生产基地的虚拟模型。这些详细的模型包括设备、工艺、产品流程特性、材料清单和使用规则等核心要素。通过这些模型，公司可以快速评估新产品推出或定价策略变化可能带来的复杂“假设”分析的影响。

辛格拉还提到，数字孪生技术在帮助公司进行资本消费行为、制定长期商业计划、发现新的创新机会和改进流程方面发挥了重要作用。他强调，这项技术使公司能够将10个月的业务流程分析压缩到短短两分钟内，从而大大提高了决策效率。

04 企业应该如何应对？

企业需要在更长远的数字化转型规划背景下考虑其工业元宇宙战略。公司不能轻易跨越完整的工业元宇宙实施，除非数字化已经相当成熟。

每个企业都有自己的发展需求和不同的发展阶段，所以不同的企业适用不同的发展策略。基于服务企业多年的实践，特别建议企业管理层可以从以下三个步骤考虑自己的数字战略、工业元宇宙规划等长期问题:

首先，重新审视企业目前的数字化战略、流程和定位。企业需要为其整个数字化规划设置明确的愿景和路径。了解公司在现阶段数字化进程中的地位有利于确定:

工业元宇宙开发之前，在数字化基础方面还需要做些什么(例如数据可用性和基础设备)？

下一步应该保持什么样的步伐更加实际？

有哪些可行的目标与数字化进程的后续进展保持方向一致？

第二，找到升值机会，制定路线图。公司在制定路线图时，应考虑许多应用程序和用例:

哪些潜在的应用程序和应用案例会增加最大的价值？工业元宇宙的初始应用可能是可操作的，目标是随着时间的推移扩展到更具战略意义的应用程序。

今天技术上可行的是什么？相应的，未来最有潜力的是什么？正如我们所看到的，虽然目前有很多可行的机会，但大规模复杂的工业系统模拟还有很长的路要走。

公司工业元宇宙应用程序在五年以上的规划中有哪些愿景和目标？未来的规模主要取决于公司承诺的数字化转型规模。

在制定路线图时，公司应避免从一开始就采用过于强大的具体建模，以防止束缚初始进展。路线图除了用例本身，还需要考虑访问、更新、分析、解释和处理所需数据的新流程。

第三，实施试点，选择测试和学习方法，积极管理变化。灵活敏感的测试和学习方法将是最有效的。这意味着从小项目开始，选择一个初始试点项目，容易复制，收入时间相对较短，不需要外部利益相关者的广泛参与。人员管理是关键。例如，新的角色和技能需要企业长期的支持。

在为一家国际领先的轨道运输公司服务的过程中，理特咨询发现，企业可以按照常规思路制定自己的数字化战略和工业元宇宙规划，也可以在内部变革阻力较大的情况下，缩小变革范围，以试点为切入点，验证思路和方向。

由于工业元宇宙的价值不仅通过内部操作来实现，而且通过合作伙伴生态系统来实现。这样就需要和商业伙伴分享比以前更多的数据，这就需要企业接受一种新的思维方式和文化。在过去的项目实施过程中，理特咨询发现，与长期战略规划相比，企业主普遍面临一些短期挑战，这些挑战可能是心理和预期的风险，可能会给企业的数字化转型过程带来麻烦，让企业主犹豫不决。

企业应明确向合作伙伴展示互惠互利的好处:如客户响应更快、运营资本更少、客户或供应商接口更顺畅、管理可持续性更好等。数据管理标准和充足的数据安全也是关键。

然而，信任是一种昂贵的货币。如何才能有效促进合作伙伴之间的信息共享？理特咨询结合相关项目经验，给出以下10个建议。它不能解决所有问题，但一定会促进数据共享:

建立统一的数据标准:为了保证数据的互操作性和一致性，合作伙伴需要建立统一的数据类型和标准。这可以通过制定行业标准或使用通用的数据交换格式来实现。

利用区块链技术:区块链提供了一种分散的数据存储和验证机制，可以保证数据的安全性和不可篡改性。这有利于建立合作伙伴之间的信任，促进数据共享。

构建安全的网络结构:工业元宇宙需要强大的网络安全结构来保护数据传输和存储。这可能包括使用加密算法和虚拟特殊网络。（VPN）还有防火墙等等。

开发合作平台：利用工业元宇宙中的虚拟空间，合作伙伴可以共同开发和使用虚拟现实等合作平台（VR）和增强现实（AR）应用程序，这些平台可以提供直观的合作环境。

实施数据密钥管理:通过实施严格的数据密钥管理和权限设置，可以保证只有授权合作伙伴才能浏览特定的数据集，从而保护数据的隐私和安全。

云技术的选择:云技术提供可扩展、灵活的数据存储解决方案，合作伙伴可以通过云服务共享数据，同时保持数据的实时更新和同步。

使用APIs和集成工具：使用应用程序编程接口（APIs）并且集成工具，实现不同系统和平台之间的无缝数据交换。

增强数据可视化：通过先进的数据可视化工具，合作伙伴可以更直观地了解数据，这有助于促进跨组织信息共享和讨论。

建立信任机制：通过第三方审计和合规性检查，在合作伙伴之间建立信任机制，可增加合作伙伴共享数据的信心。

持续的沟通和教育:持续的沟通和教育可以帮助合作伙伴了解信息共享的好处、良好的实践和潜在的风险，从而促进更广泛的信息共享。