工业元宇宙讲座发言稿

工业元宇宙讲座发言稿

李正海

0.引子

大家好,我给大家介绍一下工业元宇宙。工业元宇宙简单地先作为一种新技术,可以认为这种新技术将促进工业经济的发展,反过来讲工业的发展也是需要新技术。

工业元宇宙讲座发言稿

现在给大家看两张图,这是一个真实案例,是我们国家的第一列准高速内燃动车组,时速到达180公里,可以说是后来的动车组、高铁的起源,也是我们国家第三次铁路大提速的一个标志性产品。请大家就这两张图,谈谈看法。在这个产品的整个研发生产过程当中,虚拟技术其实起到了一个非常大一个作用。刚才有专家说上面这张图是PS的,那我告诉大家,你们小看了这张图。跟大家介绍一下这张图起到一个什么样的作用呢?这列新曙光动车组当时是1999年,投资达到2500万,如果按现在物价计算的话,可能就是2.5个亿了。在这个项目的立项过程中,能不能把这个项目落下来,这是个问题。参与立项会议的客户,上海铁路局的局长看了我们厂提交的二维设计图纸,包括基于AutoCAD的油漆方案图,油漆方案不像一般机械图黑白的那个线条,而是填充了颜色的一个个色块。但是上海铁路局的局长说,“这个不够好看,你们能不能弄个效果图?”然后我们厂就组织人员,包括合作软件公司。利用一个软件叫Alias Wavefront来做了,这个当时称为工艺造型,最终的效果就是出了上面这张图。所以大家说PS,我说你们小看了,实际上它是一个三维模型渲染后的平面图。我重复一句是三维模型渲染后的平面图。再给大家介绍一下它背后的事情是什么呢?我们用的是世界最先进的工业造型软件,而且在当时我们工厂的计算机的能力是不足的,建模时是合作软件公司带了一台性能较好的计算机过来,但是还是算力不足的,为了做这张图,我们去了上海电影制片厂,用他们的服务器,整整运算了两天两夜。介绍这样一个背景故事,是有目的的。我再重复一下我刚才说的要点,作为新技术,对经济是有促进作用的,实这个新技术需要的资源与成本都很高。所以我们是需要联合整个社会的平台来执行,拿我们这个项目来说,就是意味着我们厂-戚墅堰机车车辆厂、浦镇车辆厂、合作软件公司、上海电影制片厂这样几家单位和人员。完成了这张效果图后,给上海铁路局局长看了,他说:”哎,这个挺好,就按照这个做。”现在来说虚拟与现实,这两张图就意味着我们是从开始的创意到图纸、到三维模型、到效果图,最后把这个东西变成了一个实物。在这个项目里面,因为我们做的这张效果图就促成了项目的落实,并且这个产品应该说在上海铁路局当时的影响可以说是有历史性意义的,上海铁路局曾经有数年用这个新曙光动车组照片作为宣传素材,什么车票、宣传册,车站的标牌等等。综合起来这就是虚拟技术促进实体经济发展的一个很好的范例。

1.工业元宇宙的定义

下面开始正式介绍工业元宇宙,这也是我的一些初步想法,希望与大家探讨。元宇宙现在已经说得很多了,主要的核心在说未来虚拟世界,是虚拟时空的集合,由虚拟现实、增强现实和互联网组成。元宇宙不是真实世界,而是一个虚拟世界,甚至说是未来的虚拟的世界。

但是从我个人来讲,我说我是中国人,我们中国人要有自己中国人的解读方式。中国的“元”意义有:首先、根本、圆满、要素、货币单位等等,因此我认为在中国的元宇宙概念应该是虚拟与现实结合、基于互联网(5G)、大数据、云计算、个人、组织、社会、国家的跨越时空的未来世界。简要的说是人、虚拟、现实的未来混合世界。我们现在听的比较多的是虚拟现实、增强现实,混合现实是讲的非常少的。

有什么生产力会有什么样的生产关系。虚拟也好,现实也好,其实仍然可以把它说成是我们的事物的对象,但是对象里面要把我们的人加进去,要把钱加进去、要把时间变化加进去。要把空间变化加进去。前面交流时我们有专家提到了3D,其实我脑子里一直有一个概念,在工业系统当中,我们很多时候需要考虑的可不仅仅是3D,我们要说5D。我还拿铁路来说,我们作为铁路人,我在设计的时候,我们讲三维模型,大家都非常好理解。但大家知道如果我们要上升到元宇宙的定位,他一定要考虑两点。第一叫做时间变化,第二叫做空间变化。我这里首先讲时间变化。我们的机械产品都有疲劳的问题,对吧?所以说我们从产品的一个创意的产生,到设计、生产、质检,运输的运用、服务都要考虑。,我们在产品设计阶段的时候,就要把后面的用什么样的材料、用什么样的工艺考虑进去。跟以前不一样的地方是什么呢?我们现在通常都要讲全生命周期。下面说空间,因为说我们现在的车在中国跑。大家知道吗?在美国曾经提出关于铁路发展通常会讲两个字,或者说两个词,一个叫高速,一个叫重载。那我们国家还多了一个词,叫什么呢?叫高寒。咱们国家跨越的地域非常大,所以这就意味着地区不同,温度差异很大。所以我们在做设计的时候,我们要考虑的内容有很多。大家脑子里稍微想一下就知道了。所以我们设计产品的要求时,我们要考虑的工况,或者说我们考虑的背景情况差别就很多。所以我说我们是不仅三维设计,那我还要考虑五维的设计,也就是说我要考虑时间的变化,空间的变化。

2.工业元宇宙的要素及水平

关于工业元宇宙,有多个要素,但今天主要谈虚拟化。虚拟化是什么概念呢,就象我们前面这个动车组的工业造型图,后面变成了金属的、实物的机车车辆。但是在实际上来讲,在我们的生产过程当中,就有大量的根据实物,再有虚拟,然后再进一步虚拟的情况。一个典型的场景,就象前面有专家曾经提到去医院,做个CT、做个核磁,那我们会有一个产生的影像数据。在我们的工业当中,大家现在设想一下,如果是一台机床设备,机床设备里面的一个部件,它现在出现故障了,你从外部是看不到的,这个应该很好理解。这样的一种场景下,实际项目的执行过程,所谓的智慧工厂就提到一个概念,要做预防性的检测维护,改变以前的一种维护模式,也就是定期维护,更多的监测当前设备的状态,根据状态决定要不要维护修理。然后那么这些数据我怎么样去展现呢?也就是说在设备的内部状况,由传感器把信息传出来,传出来以后,我们用线框模式在大屏幕上显示一系列的设备,然后把这些设备出现问题的部件,我们把它变成红色。这样的话,我们的监控人员就可更高效地了解我们设备的状态了,知道需不需要立即维护修理。这个是我谈的核心工业元宇宙的核心理念,我们是要把这些新兴技术应用到工业的整个领域,要覆盖整个工业产品的设计、生产、’应用、服务的全过程,对工业企业行业状态产生一个根本性的改变,促进产品、个人、组织的一个总体改进,这是我的工业元宇宙的一个最基本的理解。

其实我最近一直在思索,甚至到现在来讲,还一直没有很好地确立,工业元宇宙包括哪些要素,这些要素要达到什么水平,也就是阈值、或者控制值是什么?拿大数据作为案例,提出来供大家参考。我以前曾经遇到一个公司的总经理,跟我说:“李总,我认为大数据项目是信息化项目。”然后我跟他说:“你说大数据项目是信息化项目,这话没错。但是呢,我们也可以说成大数据项目是信息化项目的升级。如果说你去申报一个项目,你是申报所谓大数据项目容易拿到钱,还是说一般的信息化项目能拿到钱。”然后我接着说,“我们说大数据项目,一定会有大数据项目的要素和指标。例如那个存储技术,最根本的就要是用Hadoop,说数据,第一概念就是海量,那可能说我要1TB的存储。”工业元宇宙的要素与水平,这个需求多交流、多讨论,以期获得较好的结果。

3.虚实变换

我们还回到虚拟化,后面再谈虚实变换。我的结论是,进入工业元宇宙时代,我们的虚拟化水平需要达到非常高的水平。一个工业品,最早是二维草图,然后二维图纸,再到三维模型,我们再加上机构,这叫刚体运动分析,再然后构件是有误差的,我们需要做动力学分析。回到三维模型,我们要做强度、刚度分析,涉及时间我们要做疲劳分析、碰撞分析、模态响应,需要加上热场、流场、磁场,最后做复合分析。考虑生产,我们要确立生产工艺,制定加工方案,生成加工代码,进行加工模拟,避免碰撞,优化刀具路线。考虑生产现场应用时,如果是初始规划,做生产设施模拟,人机工程分析,物流过程模拟。一般的,利用现有设备制造,可以考虑得少一些。但是针对一些复杂件、特殊场景,往往需要在加工前进行模拟操作。经过这样的实物处理前,虚拟的产品就已经达到一个非常高的水平,这个虚拟产品可以达到可以真实制造的水平。

我的下一个词是虚拟商品,例如螺钉,例如我们在淘宝上买一个,五金店买一个。但是虚拟的螺钉,有需要吗?我们以前做过二维的图形库,后来三维设计时,用到三维的模型库,这个虚拟的螺钉模型也是可以成为商品的。但是我们要注意,现在与过去的差别,未来与现在的差别。典型的例如服装行业,自从有了淘宝以后,服装行业其实有一个很大的一个变化就是。我们对服装数据的精细化要求是越来越高的,否则大量的退货、换货,商家要赔死了。所以啊综合而言,我们讲虚拟化,更要讲虚拟化的进化,目的是虚拟与现实之间越来越精细化、精准化,也就是哪怕一个螺钉,今后的信息量可能是原来的10倍、百倍。

我们再谈从实到虚,前面说的生产过程是从实到虚,反映的是实物的状态。而从产品而言,工业有个词叫逆向工程,就是我们将产品进行三维测量,获得大量三维数据点,然后进行处理,曲面造型,构建三维模型,这是个从实到虚的过程。在这样的基础上,编制工艺,生成加工代码,真正加工,那就完成了从实到虚,再从虚到实的闭环。但是真正在企业中,对产品本身不是完全的拿来主义的,往往我们需要改进、创新,这个环可以上升。这样就不是平面的环,而是可以螺旋上升的。

在实际的生产操作时,也有很多案例采用增强技术,协助个人正确高效操作。有了元宇宙的生态,企业的真实的人,可以脱离企业的真实身份,在这个虚拟世界里创造、设计出一些好的虚拟产品,并可以获得价值。所以工业元宇宙是从虚到实,从实到虚,虚实结合,最后来个虚虚实实,动态的你中有我,我中有你,也有真实人参与,虚拟人参与,简化的元宇宙可以用DNA图像来表示。

3.交流与交易

这个交流与交易,在工业界会讲协同、协作。首先谈生产,例如生产流水线,上一台设备和下一台设备之间的协作,典型的一个零件下一个设备,落到传送带,到达下一个设备,下个设备自动装夹,开展加工。然后谈研发,现在产品设计往往需要很多研讨,这种不展开谈,只说一点,我们现在往往要谈整个工业系统,整个系统是跨国的、是全世界,数量上复杂产品可以说是数百个企业或者上千个企业的,显然我们是需要大型的平台、高算力的平台来支持这种大协作的运行与管理的。

再谈交易,传统的工业谈实物交易,但是现在越来越多的交易,需要由虚拟化的介入了,

右边这个图也是个实例,这是汽车的轮毂,原来这个企业每个月的订单,先要做样品的,每个月动不动不多个项目做出来是坏了,后来经过我培训后,用CAE技术,分析优化后再做样品,然后试验,过了一年跟我说,每个月多两次,少一次,大部分没有坏的。这样的模式显然节约了成本,缩短了时间,所以我们工业里其实一直有个词,叫一次成功率,就是通过虚实结合,提升产品研发的成功率,从而促进交易,这是我们工业的重点。

这里还有一点要说虚拟产品的交易,确权是个很大的问题,通过区块链技术,虚拟角色技术,将提高安全性,降低风险。同时国家在知识产权保护、虚拟资产保护等方面也需要相应发展相关的法律法规,从而促进虚拟产品的交易,实现规模化、有序化、可持续发展。

4.基础设施的改进要求

元宇宙涉及大量新兴技术,很多也是基础设施。工业的改进创新对基础设施的要求也越来越高,从数值、到图片、到录像、到虚拟现实、增强现实、混合现实,甚至更进一步所谓元宇宙,核心是事物的信息描述越来越精细化、精确化、实时化,要求传输速度快、低延迟。我们会谈云管端三个方面,云的大数据、算力,管的高流量、高可用、高速度、泛在连接,互联网、物联网、5G/6G,端的可视化能力,能不能做到让用户身临其境,眼镜的重量能否让用户觉察不到,能否产生真实的各种体感,跨越时空。在交互手段上,键盘鼠标,发展到触摸、语音,逐步到手势、脑机接口。这些一方面会从技术推进产业发展,产业发展也会促进技术前进,是个双循环。

5.工业元宇宙产业发展

这里谈的产业发展,核心之关于元宇宙自身产业的发展,而如促进如工业、农业、文化领域的,我们称其为应用,这里不展开讨论。

工业元宇宙的产业可以按照层次来划分,比较具象的可以包括五个方面:

a) 虚拟眼镜、传感器、大屏幕等基础设施。

b) 各类独立软硬件系统,如CAD/CAM/CAE/VR/AR/3D打印等,虚拟产品、虚拟人构造等等。

c) 产品生命周期管理(PDM/PLM)、生产管理系统(CNC\DNC\MES)、质量管理系统(CAQ)、设备运营维护管理系统、设备服务管理系统等等

d) 网络基础设施的集成化发展,包括互联网、物联网、5G移动网络等等。

e) 集成的算力平台、工业社交平台,工业虚实交易平台、工业娱乐平台。

f) 人工智能、区块链、大数据等基础技术应用。

6.工业元宇宙将大力促进创新

很多文章都提到,需要一个新的概念来促进整个行业的向前发展,这要从规划的层面来思考,而从促进创新的角度谈,我认为这是重点中的重点。

首先说降低了创新的门槛。作为一个机电产品,需要生产设备、需要测量仪器,需要应用场景,这难度很大,成本高,有风险。而有了元宇宙这样一个平台,例如一个学生,有一台计算机,那么就能完成基本的工作了,那些复杂的工作呢,我们可以调用远程的计算能力;真正需要高算力的本地计算的,用量减少,甚至不需要。而元宇宙中有很多人,可以沟通交流,促进产品的改进。也可以多人合作,完成高难度、复杂产品。

然后说转化的便利性。大家都知道长尾理论吧,一个虚拟产品,放到平台上,通过平台投送给企业,或者企业搜寻到产品,利用人工智能等技术,可以促进搜寻效率,促进成交。

第三个创新的规模性。创新的规模性有两个概念,第一个概念正是因为创新门槛降低了,所以可以有规模性的虚拟的、虚实结合的产品出现。而且个人可以利用虚拟身份进行创新设计,这样可以有效地把一些以前不方便的智慧释放出来。然后就是有了创新的虚拟产品,现实有海量的生产企业,客户,也就是生产能力和市场是规模性的。

总结一下,我们也要强调工业宇宙的创新需要基本特色,例如真实性、显著性、趣味性、示范性、创新性等,形成针对客户的强需求,解决痛点问题,产生出经济价值。

7.总结与展望

中国元宇宙是具备中国特色的元宇宙,与国外的元宇宙有着显著差异,我们不仅包含虚拟,更包含现实,也把我国最大的优势资源-人置入其中。工业元宇宙不是炒作,而是实实在在可以落地的发展方向,工业在国民经济占有重要地位,也需要元宇宙这样的先进技术、理念驱动。当风口来的时候,个人应该理性思考,从投资人、创业者、一般人的几种立场去思考,这里尤其强调对一般人而言,可以从投资,学习,工作改进几个维度考虑元宇宙对未来的意义、对个人的价值与意义,从而积极学习,参与讨论交流,并在学习工作中予以应用实践,并有所创新。

中国特色工业元宇宙要想发展的好,发展的快,少出差错,减少风险,就需要中国的产业界、金融界、学术界、智库咨询界、政府多方融合,从世界的层次、面向10年以上的长远未来、工业企业跨越式成长等多个维度深入思考,积极实践,共同努力,推动工业高水平、高质量、高价值、具备竞争优势地蓬勃发展。

谢谢大家!

李正海 2021-11-17日根据11-13日发言记录整理,略有改动。

原文链接:https://blog.csdn.net/bjlizhenghai/article/details/121441704?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522166653953916782427434467%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&request_id=166653953916782427434467&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~times_rank-12-121441704-null-null.nonecase&utm_term=%E5%85%83%E5%AE%87%E5%AE%99

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