工业元宇宙、数字孪生、边缘计算的关系探讨

就在各类技术专家还在试图设想元宇宙虚拟世界将为企业和消费者带来什么时，工业元宇宙虚拟世界已经在改变人们设计、制造以及与各行业物理实体互动的方式。尽管元宇宙的定义比比皆是，工业元宇宙将如何发展还有待观察，但数字孪生越来越多地被视为其关键应用之一。

01 元宇宙与数字孪生

数字孪生在2002年首次提出，从规划新城市时创建生态系统到制定制造流程的迭代，都能见到数字孪生的身影。数字孪生也在第四次工业革命（工业 4.0）加速跨行业自动化和数字化时成为一项重要技术。

简而言之，数字孪生是产品或流程的虚拟复制品，用于预测物理实体在其整个生命周期中的表现。 例如，宝马在建造实体设施之前创建了其在巴伐利亚的生产工厂的虚拟双胞胎。波音公司正在使用数字孪生开发模型来设计其飞机。而 “虚拟新加坡”是世界首个城市数字孪生平台，政府创建它是为了支持其政策决策和测试新技术，它不仅整合了建筑物语义信息，还承载了多领域静态、动态数据。

现在围绕数字孪生的热点和话题都越来越多，这激发了人们对工业元宇宙的无限想象。根据 ABI Research 的数据，随着越来越多的企业利用人工智能 (AI)、机器学习、边缘计算和XR扩展现实等工业 4.0 工具来加速企业数字化转型，到 2025 年，工业数字孪生和仿真以及工业XR扩展现实的市场规模将达到 227.3 亿美元。

专家表示，成熟技术的融合正在推动工业元宇宙的发展，诺基亚云和网络服务业务总裁 Raghav Sahgal认为，其中最重要的是 5G。Sahgal认为“这确实是该行业的一个非常大的转折点，5G 成为了很多新功能的载体，它可以实现更低的延迟和更精确的数据交换，这两者都是驱动元宇宙落地成为现实的关键。”

工业元宇宙，不只是数字孪生

创建数字孪生只是工业元宇宙的众多优势之一。通过为工厂、机场、货运站或城市等整个系统创建数字孪生，而不仅仅是我们目前所见的单个机器或设备的数字孪生，可以实现超大的规模和超高复杂性工业元宇宙。

比如，2020年诺基亚贝尔实验室与室内垂直农业公司 AeroFarms 合作。通过基于人工智能的自主无人机控制解决方案和先进的机器学习能力与机器视觉工具相结合，诺基亚贝尔实验室创造了一种可以追踪数百万种植物生长的技术。

诺基亚贝尔实验室解决方案研究部总裁 Thierry Klein表示，“我们开发了一个完全自主的无人机解决方案，多架无人机飞过这个农场。这使得农场能够监控植物的高度和颜色等细节，发现生长不良的区域，并预测产量。我们实际上建立了一个完整的农场数字孪生系统，让种植者实时了解整个农场的整个生产情况。通过数据分析，农场可以优化水源、能源和养分消耗，加快故障排除，提高产量预测的准确性，并保证高品质农作物。”

在这个农场数字孪生系统中，VR虚拟现实、传感、人工智能等一些关键技术元素被开发以构建一个全面的元宇宙虚拟世界。

工业元宇宙加强远程协作，优化工作流程

Klein 认为工业元宇宙还可以加强远程协作和优化工作流程。用户可以利用其作为动态的多利益相关方生态系统的功能，使用智能分析来处理数据集并更深入地了解问题。诺基亚与 Taqtile 的合作就是一个例子。

两家公司于 2021 年携手提供增强现实培训和工作指导平台，该平台利用工业边缘云计算、物联网和 4G 或 5G 网络，使用户能够与专家实时交流。Klein说：“这一切都归结为获得更多信息和更好地理解肉眼可能看不到的信息，让用户更深入地了解这些信息的含义。该平台使用户能够从复杂的数据中提取最有用的信息，使他们能够做出明智的决策，与周围的环境进行交互和控制，并返回到协作设计。”

没有边缘计算，就没有元宇宙

对于一些工业的关键领域，元宇宙除了需要快速的网络速度外，还需要低延迟、大规模机器通信和高可靠性。边缘计算是另一个必备条件，因为它要求几乎为零的延迟，需要靠近用户的分散式本地边缘数据中心，以便人们相互交互并使用设备访问元宇宙。

让人携带笨重、复杂的耳机出门是不现实的，边缘计算将通过将大部分计算从设备卸载到边缘基础设施来实现更精简、更轻的头盔，同时还提供卓越的速度和低延迟功能。没有边缘计算，就没有元宇宙。

工业元宇宙是多技术融合

进入元宇宙需要的不仅仅是复杂的设备还需要协作，也没有人能真正拥有或主宰虚拟宇宙。元宇宙是各种应用程序、设备和其他东西的结合，为了实现这一点，开源代码将是一个重要的基础。开发社区的一段开源代码，开发者可以将其嵌入到他们的应用程序中实现各种功能。 反过来一些SasS(软件即服务)将帮助更多企业进入工业元宇宙。

构建元宇宙也可以比作选择正确的模块和接口并且以各种方式连接它们。想象一下，你买了一套乐高积木来建造一架模型飞机，最初，你对建造那架飞机很满意，但过了一段时间你感到无聊，你想建造其他东西，比如船、汽车或房子。这时候你需要重复使用原始乐高套装中的相同基础构建块，但以不同的方式将它们组合在一起，就成了你想要的船、汽车或房子。

对于工业元宇宙，这些构建块是支持模块、应用程序和软件资产，企业可以以不同的方式将它们连接在一起。使用应用程序编程接口创建新的解决方案，在符合行业业务逻辑基础上去解决解决该行业的问题与挑战。一个工业元宇宙解决方案可能是由多个合作伙伴共同完成的，比如，技术和网络提供商、硬件提供商、云服务提供商、内容创作者以及应用程序开发人员等等，它们共同创造了工业元宇宙生态系统，并带来前所未有的创新能力、创造力以及高效的协同能力。

与任何创新技术一样，安全是最重要的，尤其年来网络攻击激增，犯罪分子使用越来越复杂的技术，如人工智能、勒索软件，因此网络安全技术在工业元宇宙中将变得更加重要，工业数据如果遭到一点损害，对企业的影响都是巨大的。同时，保护用户在工业元宇宙中的个人隐私和虚拟协作中共享的数据也将是不可或缺的，。

工业元宇宙的市场前景

正如前面提到，到 2025 年，工业数字孪生和仿真以及工业XR扩展现实的市场规模将达到 227.3 亿美元，可见工业元宇宙的市场规模之大。虽然现在离真正的元宇宙世界还有很远的距离，高带宽和超低延迟的智能、自主、云原生网络建设，基础设施现代化升级…..这些问题还急待解决，但是这对一些为元宇宙市场服务的企业来说也是巨大的机会。工业元宇宙的早期用户也将集中在某些行业，尤其是那些涉及实物资产的行业，例如制造、物流和运输。医疗保健行业也可以从元宇宙中受益，特别是在远程医疗和机器人手术等方面。但不止这些，元宇宙在未来将会渗透到任何一个行业，虽然现在元宇宙的不确定性还很多，但可能唯一可确定的就是元宇宙的无限的可能性。

本文《工业元宇宙、数字孪生、边缘计算的关系探讨》内容由3DCAT实时云渲染解决方案提供商整理发布，如需转载，请注明出处及链接。