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在工業(yè)界，“元宇宙”不再是個虛幻的概念，而是能解決實際問題的技術與理念。

近年來，“元宇宙”一詞從盛極一時到逐漸冷卻，大眾開始對它所描述的“所有人都在一個完全在線的虛擬世界里互動、創(chuàng)造和體驗生活”的場景產(chǎn)生懷疑，看似科幻，但找不到可以復制的商業(yè)模式。

然而，消費市場的遇冷，并不意味著這個概念是偽命題。事實上，“元宇宙”這一概念，以及它所包含的技術與解決方案，已經(jīng)在智能制造、能源管理、交通網(wǎng)絡等諸多泛工業(yè)領域的實際場景落地，為企業(yè)、產(chǎn)業(yè)和社會創(chuàng)造價值。

這股技術浪潮的標志性領導者就是全球領先的科技公司——西門子。

何為“工業(yè)元宇宙”？

“元宇宙”這個詞出自1992年出版的賽博朋克科幻小說代表作《雪崩》，而在后來的近三十年間卻鮮被提及。直到2021年，它如龍卷風一般突然席卷公眾視野，從資本的追捧到互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛入局，“元宇宙”概念炙手可熱。但時至今日，它仍在不斷發(fā)展、演變，不同參與者以自己的方式持續(xù)豐富著它的含義。“元宇宙”所描述的場景極具想象力，一個由數(shù)字技術打造的高度沉浸式虛擬化的數(shù)字世界。

如何將“想象力”變成“生產(chǎn)力”？這或許是在概念辨析之外更值得關注的問題。

近年來，隨著相關數(shù)字技術的快速發(fā)展，“元宇宙”也從概念走向產(chǎn)業(yè)，從“虛火”走向“實火”。而當“元宇宙”所描繪的場景投射在充滿專業(yè)性和復雜性的工業(yè)領域之后，它就產(chǎn)生了全新的應用價值，創(chuàng)造出無限可能。

作為“元宇宙”的一個分支，“工業(yè)元宇宙”包含對機器、工廠、城市等高度復雜系統(tǒng)的映射和模擬，從而為現(xiàn)實世界中的難題提供最優(yōu)解，推動產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化發(fā)展進入全新階段。西門子在做的，正是加速“工業(yè)元宇宙”相關創(chuàng)新與應用。

AI、數(shù)字孿生等技術的快速發(fā)展讓工業(yè)元宇宙加速創(chuàng)新，加速可持續(xù)發(fā)展，加速新科技普及的價值不斷釋放。

——博樂仁（Roland Busch）

西門子股份公司董事會主席

總裁兼首席執(zhí)行官

在西門子看來，“工業(yè)元宇宙”將改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)與生活方式，改變未來商業(yè)模式。其核心是融合現(xiàn)實世界與數(shù)字世界，數(shù)字孿生和人工智能等技術的發(fā)展和結合為其提供了重要的技術支撐。在這一方面，西門子已經(jīng)開展了廣泛且深入的創(chuàng)新實踐。

貫穿全生命周期的數(shù)字孿生

工業(yè)界對于數(shù)字孿生這一概念并不陌生，它可以理解為物理實體的“虛擬副本”，是“工業(yè)元宇宙”的重要組成部分。

值得強調(diào)的是，數(shù)字孿生包括價值鏈全生命周期產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)、模型等信息，其獨特價值在于雙向映射、實時連接和動態(tài)交互。簡單來說，數(shù)字孿生不僅“長得像”，行為也同樣逼真。這使得數(shù)字孿生能夠?qū)嶋H場景中的物理對象實現(xiàn)準確的驗證和預測，從而達到?jīng)Q策優(yōu)化的目的。

西門子致力于該技術的研究與應用已有30年，覆蓋企業(yè)的全業(yè)務流程和產(chǎn)品的全生命周期。從產(chǎn)品到工廠，從電網(wǎng)到整座城市，甚至是跳動的心臟，皆可孿生。

數(shù)字孿生技術正在徹底改變產(chǎn)品設計的方式和效率，從傳統(tǒng)的手工制圖和樣機制作演變成了高度數(shù)字化的過程。

西門子是紅牛F1車隊的長期合作伙伴。F1賽車對速度和性能的極致追求，在研發(fā)設計上也展現(xiàn)得淋漓盡致，數(shù)字孿生技術從中大有可為。比如，它讓碳纖維部件等原本依靠手工操作的關鍵部件的研發(fā)流程更加精準且標準化，實現(xiàn)設計生產(chǎn)“一遍過”。

在數(shù)字世界里完成設計、調(diào)試與優(yōu)化，減少了在現(xiàn)實世界中反復驗證與測試所消耗的資源及時間。這些節(jié)省下來的時間返還給設計端，讓團隊能夠?qū)Ｗ⒂谫愜嚨脑O計迭代，實現(xiàn)性能突破。

西門子數(shù)字孿生技術應用于紅牛F1賽車研發(fā)

有時候，時間和成本的節(jié)約對于工業(yè)領域來說意味著能否把握商機。如今，一體化壓鑄技術以其顯著的降本、輕量化及提高生產(chǎn)效率的優(yōu)勢，掀起車身制造的新趨勢。

全球領先的鋁車輪制造商中信戴卡希望快速切入這個市場，在西門子數(shù)字孿生技術的助力下，其“7500T一體化壓鑄機”的研發(fā)制造周期縮短了約50%。

通過搭建數(shù)字孿生模型，團隊能夠模擬仿真壓射、機電液耦合等關鍵工藝和設備運行工況。如此一來，在任何部件投入生產(chǎn)制造之前，數(shù)字孿生都能以可控成本輔助團隊完成復雜的論證，并對后續(xù)的設計優(yōu)化進行指導。

同時，設計工程師還可以通過增強現(xiàn)實技術將虛擬的設備模型和實時數(shù)據(jù)疊加到真實場景中，可視化、沉浸式地體驗“工業(yè)元宇宙”。

在設計優(yōu)化之外，基于SIMICAS設備遠程運維平臺，數(shù)字孿生和增強現(xiàn)實技術的加持還讓遠程監(jiān)控、故障診斷和智能運維成為可能，貫穿高壓壓鑄機的設計、制造、運維全生命周期實現(xiàn)更高的效率、更可靠的性能，提升市場競爭力。

7500T一體化壓鑄設備

不僅是產(chǎn)品，全生命周期的實時交互對于像工廠這樣需要長期運營的復雜系統(tǒng)工程也至關重要。

西門子數(shù)控（南京）有限公司被稱為西門子全球首座原生數(shù)字化工廠，是數(shù)字孿生技術應用的典范。這座工廠在實際破土動工之前，西門子就已全方位應用自己的數(shù)字化技術，預先在虛擬世界打造出工廠的數(shù)字孿生，涵蓋需求分析、布局設計 、生產(chǎn)流程仿真以及虛擬調(diào)試等環(huán)節(jié)，從而提前發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題。

比如，在一次虛擬檢測中，團隊發(fā)現(xiàn)一臺噴漆設備沒通風設施不當。在現(xiàn)實世界中解決這一問題非常麻煩，并且會延誤工期，而在虛擬世界中，僅需拖拽幾下就可以修復。

工廠投產(chǎn)后，數(shù)字孿生繼續(xù)在優(yōu)化運營和管理方面發(fā)揮關鍵作用，為生產(chǎn)提供實時可靠的數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)產(chǎn)能提升近2倍、產(chǎn)品上市時間縮短20%，物流流轉(zhuǎn)效率提升50%，柔性生產(chǎn)能力提升30%。

西門子數(shù)控（南京）有限公司

西門子全球首座原生數(shù)字化工廠

基于數(shù)字孿生技術的“工業(yè)元宇宙”為各方提供了協(xié)作空間，并通過沉浸式體驗和實時交互加速釋放產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)撃堋?/p>

面向未來，西門子將繼續(xù)推進數(shù)字孿生相關解決方案的研發(fā)創(chuàng)新，把工業(yè)場景中的協(xié)同共創(chuàng)推向新的高度，讓不同的部門、不同的學科，甚至是不同的企業(yè)，都可以在“工業(yè)元宇宙”當中，以數(shù)字孿生為基礎，進行更加深度的交流合作，共同解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的難題。

更懂工業(yè)的人工智能

如果說數(shù)字孿生為構建工業(yè)元宇宙提供了必要的技術基礎，那么工業(yè)人工智能則是融合現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的重要杠桿。

穿梭在虛實兩端的工業(yè)元宇宙，必然產(chǎn)出海量數(shù)據(jù)。一座高自動化的工廠，每個月會產(chǎn)出超過2000TB的數(shù)據(jù)，相當于50萬部電影。在邊緣設備和人工智能的加持下，這些數(shù)據(jù)才可以被有效利用，轉(zhuǎn)化成可用的知識、可執(zhí)行的洞察，為企業(yè)持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品設計和制造流程提供可靠的決策依據(jù)。

西門子致力于研發(fā)和運用更懂工業(yè)的人工智能，將技術與專業(yè)領域知識相結合，轉(zhuǎn)化為行之有效的解決方案，推動工業(yè)人工智能從概念驗證階段邁向?qū)嶋H應用落地。相關解決方案已經(jīng)在不同垂直行業(yè)的實際生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮作用，讓工藝控制、設備運維、能碳管理等工作更加智能高效。

以食品加工為例，為了讓消費者吃到營養(yǎng)、健康的食品，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性至關重要。但由于原料品質(zhì)、工藝參數(shù)的變化，以及季節(jié)天氣等外部因素的影響，傳統(tǒng)制造工藝面臨諸多挑戰(zhàn)。比如，在淀粉生產(chǎn)中，水分控制是一個多變量、非線性、大時滯的復雜過程，不僅直接影響成品品質(zhì)，還關乎能耗與運營成本，而這一環(huán)節(jié)還主要依賴人工經(jīng)驗。

西門子攜手中國一家食品加工企業(yè)開創(chuàng)性地將人工智能增強控制引入相關工藝控制系統(tǒng)，以精準的動態(tài)調(diào)控，實現(xiàn)食品制造的提質(zhì)增效。

在能碳管理方面，大數(shù)據(jù)與人工智能也正在賦能可持續(xù)發(fā)展。西門子攜手合作伙伴，支持建設北京首個“光儲直柔”零碳營業(yè)廳：環(huán)球供電服務中心營業(yè)廳，打造“交直流互濟+光儲直柔+柔性策略”的解決方案構架。

作為整個方案的核心，西門子Smart ECX智慧能碳管理平臺，物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進技術，并把人工智能模型引入微電網(wǎng)，通過分析天氣模式、電網(wǎng)數(shù)據(jù)和能耗趨勢，進行準確預測和預判斷，使得平臺既能應對光伏發(fā)電的隨機波動性，還可以實現(xiàn)節(jié)能降碳、需量調(diào)節(jié)，在盤互交錯的“光儲充”系統(tǒng)間統(tǒng)籌兼顧。

西門子Smart ECX智慧能碳管理平臺界面

近來火熱的生成式人工智能、大語言模型，也已經(jīng)開始作為一種全新的工具進入工業(yè)領域，重塑產(chǎn)品、流程、客戶體驗。目前常見的應用場景包括利用自然語言輸入自動生成代碼，以及與工業(yè)軟件結合實現(xiàn)3D模型的快速設計生成。

2023年，西門子與微軟宣布深化合作關系，將合作推出一款人工智能輔助工具，旨在加強人機協(xié)作并提高生產(chǎn)率。

在2024年漢諾威工業(yè)博覽會期間，西門子展示了首款用于工業(yè)環(huán)境中工程設計的生成式人工智能產(chǎn)品：西門子Industrial Copilot，將工業(yè)生成式人工智能正式引入車間，讓自動化變得簡單。

這款生成式人工智能助手現(xiàn)已與TIA博途打通，能夠幫助工程團隊為可編程邏輯控制器（PLC）生成基礎的虛擬化任務和代碼，并自動處理重復性任務，從而紓解技術人才短缺，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

此外，西門子攜手亞馬遜云科技（AWS)，將 Mendix低代碼開發(fā)平臺和Amazon Bedrock相連接，用戶只需點擊幾下就可輕松構建和擴展生成式人工智能應用，加速生成式人工智能在工業(yè)軟件中的普及。

人工智能助手走向車間一線

今年三月，西門子宣布進一步深化與英偉達的合作，將西門子Xcelerator與英偉達Omniverse Cloud APIs相連接，依托生成式人工智能技術，驅(qū)動的數(shù)字孿生技術的應用，持續(xù)構建工業(yè)元宇宙。

船舶制造巨頭HD現(xiàn)代致力于研發(fā)氨動力和氫動力船舶，過程極其復雜，包含超過700萬個離散零部件。

西門子與英偉達的這一全新解決方案幫助HD現(xiàn)代實現(xiàn)船舶數(shù)字孿生的可視化，并與之進行有效互動。而生成式人工智能則大幅加快對真實感渲染細節(jié)進行設置和調(diào)整的速度，以往需要花費數(shù)天的任務現(xiàn)在可在短短幾小時內(nèi)完成，大大節(jié)約了時間和成本。

生成式人工智能賦能實時、逼真的可視化技術

這些例證說明，生成式人工智能作為一股新興力量，為工業(yè)創(chuàng)新注入了新動能。

那么，星星之火如何形成燎原之勢？規(guī)模化應用是當下工業(yè)人工智能所面臨的發(fā)展瓶頸。

在工業(yè)領域數(shù)據(jù)積累中，時序數(shù)據(jù)（Time Series Data）占據(jù)重要地位。西門子在技術上借鑒語言和視覺大模型的思路，開發(fā)訓練“工業(yè)時序數(shù)據(jù)基礎模型”，基于來自制造、樓宇、交通等領域的330億高質(zhì)量時序數(shù)據(jù)，實現(xiàn)趨勢預測、異常檢測等多種應用，以“基礎模型+智能應用”的新范式，加速工業(yè)人工智能的通用化和規(guī)模化發(fā)展。

加速“工業(yè)元宇宙”價值創(chuàng)造

數(shù)字孿生、人工智能等前沿技術之間的緊密互動，以及與專業(yè)領域知識的深度融合，讓我們看到“工業(yè)元宇宙”應用前景廣闊，潛力巨大。

西門子認為，“工業(yè)元宇宙”是加速數(shù)字化、可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是我們應對諸多時代挑戰(zhàn)的必然選擇。而同互聯(lián)網(wǎng)一樣，“工業(yè)元宇宙”需要各方協(xié)力打造，需要所有人群策群力，借助平臺和生態(tài)的力量獲取價值共創(chuàng)的加速度。西門子Xcelerator開放式數(shù)字商業(yè)平臺可以從中發(fā)揮重要作用。

西門子Xcelerator平臺業(yè)務組合具有開放性、互操作性、靈活性和即服務 (as a service) 的特點，數(shù)字孿生、人工智能等前沿技術融入其中，以更便捷的技術獲取方式賦能不同行業(yè)、不同規(guī)模的企業(yè)加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。

此外，西門子Xcelerator還構建起不斷發(fā)展的合作伙伴生態(tài)體系，面向包括行業(yè)專家、開發(fā)者在內(nèi)的所有人開放，促進多方互動，加速“工業(yè)元宇宙”價值創(chuàng)造。

在工業(yè)界，人們清醒地看，也腳踏實地做，緊扣應用場景，讓“元宇宙”由虛向?qū)崱Ｍㄟ^深度融合現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的技術，以及創(chuàng)新的數(shù)字化平臺業(yè)務，西門子賦能客戶推動產(chǎn)業(yè)和市場變革，塑造我們想要生活的世界，以科技，共創(chuàng)每一天！