英伟达带火的世界基础模型，会给工业企业带来哪些变革？（微信文章未删减版）

正文

撰文 | 艾伯特·梅杰（Dr. Albert Meige）博士、理特咨询Blue Shift研究院总监

瑞克·伊格（Rick Eagar）理特咨询荣誉合伙人

【编者按】通过世界基础模型，我们可以在数字世界部署工业元宇宙，重建工业企业的全部生产工艺，通过模拟仿真即时呈现企业的工艺、流程甚至战略调整的结果。这对企业现在习以为常的决策体系，带来全新的挑战。企业如何拥抱世界模型？本刊邀请理特咨询相关专家，就世界模型、工业元宇宙如何为企业创造价值，以及企业如何规划工业元宇宙的部署，展开讨论。

从工业4.0

到工业元宇宙

工业元宇宙关注的是使用虚拟化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效果、更低的成本和更好的质量。工业元宇宙到底是一个全新的概念？抑或仅仅是现有数字技术在工业4.0概念下的新标签？

工业4.0指的是“第四次工业革命”，于2015年被首次提出，以概括网络信息技术所产生的变革性影响。那么为什么人们将关注的重点从工业4.0转移到工业元宇宙呢？笔者认为有以下5点原因值得思考。

一是技术融合，工业元宇宙结合了5G、物联网、人工智能等先进技术，实现更高效的生产和运营。二是虚拟协作，即通过虚拟现实和增强现实等技术，实现跨地域的团队协作和远程工作。三是数据驱动，工业元宇宙注重利用大数据分析和集成，优化决策过程，提升生产效率和产品质量。四是创新与定制化，即在工业元宇宙中探索新的商业模式，提供个性化和定制化的产品和服务。五是教育与培训，即利用工业元宇宙中的虚拟现实等技术，提供沉浸式教育和培训，提高员工技能和安全意识。

这五个维度概括了工业元宇宙转型的核心要素，旨在推动产业的持续创新和升级。

如图 1所示，作为工业4.0组成部分的许多技术与工业元宇宙也高度相关，包括人工智能、物联网、信息物理系统、区块链、虚拟工作场所和数字孪生。事实上，虚拟模型、仿真技术和数字孪生在工业生产中的运用已经存在了近十年之久，而数字设计工具的时间则更长。

图 1 与工业元宇宙相关的工业4.0技术

那么，工业元宇宙有什么亮点呢？它的不同之处在于，关键技术的融合使得模拟仿真能力产生了质的变化（图 2）。

图 2 工业元宇宙技术的发展和融合

到目前为止，数字孪生主要用于离散的产品、零部件、生产线或工厂，主要针对操作和维护性能的改进。但随着复杂系统仿真、数据可视化和人工智能的进一步发展，加上物联网（IoT）和协作技术的持续改进，在算力不断增强的支持下，数字孪生连接多个设施和系统的可能性正在成为逐步增强。

这将数字仿真从操作改进和设计辅助工具的层面进行了扩展和提升，成为跨系统乃至整个全球工业企业进行战略决策的关键工具。

为什么企业应该

持续追求工业元宇宙？

过去几年，工业系统的复杂性急剧增加。在过去两年，企业数据的体量就增长了40%以上，超过2Pb，合作伙伴网络的复杂性也大幅增加。与此同时，变化的速度和不可预测性正在加快。人类认知的局限性意味着，在这些快速变化、不可预测的系统中做出正确的决定是困难的。更重要的是，可持续性的必要性意味着端到端的复杂工业系统控制正变得越来越重要。

传统的战略决策很难应对这些挑战，因为它通常依赖于对复杂系统的过度简单化。这意味着它经常错过意想不到的系统影响，反应滞后，无法足够快地预测和反应快速的变化。工业元宇宙提供了一种可能性，允许公司基于动态、前瞻性、全系统的方法做出明智的管理层决策。这将更快、更有效地确定业绩改进计划和变化的影响，并有助于管理总体效应和实现可持续增长。

即使是在短期内，工业元宇宙的商业利益也是显而易见的。

正如我们所指出的，即使完全连接的全工业系统数字孪生技术还需要几年时间，企业仍然可以从现有应用中获得显著的好处，其中许多应用与工业4.0重叠。相关应用方向可以分为四个类别。

一是优化。工业元宇宙可以用于改进运营和维护、产品质量、供应链和客户服务等。二是培训。包括使用虚拟现实等工具开展运营、安全、远程和产品等相关领域的培训。三是工业元宇宙可作为技术工具，如设计/施工一体化、资产检查/维护和远程故障排除等。四是将其作为管理工具，如开展虚拟会议，进行工作协作、交易和交互等。

随着数字孪生从离散的工厂延伸到整个工业系统，其影响将远超生产力和效率的范畴，它所带来的更有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。米其林公司应用数字孪生技术，优化全球采购战略的做法，可以提供一个有益的借鉴。

全球轮胎制造商米其林拥有70家生产工厂，业务遍及170多个国家，产品型号不断增加。2021年，公司的物流成本为19亿欧元。由于米其林的战略是在销售点附近制造产品，全球采购是一个重大挑战。米其林正在寻找一种方法来交互测试不同的采购策略和方案，以确定能够优化成本、服务质量、碳足迹和库存水平的最佳行动。

尽管米其林在产品开发中使用数字孪生已有约30年的历史，但鉴于全球采购系统的复杂性，包括其多个元素、关系和嵌套子系统，米其林尚未将该技术应用于采购系统。

米其林与技术服务方Cosmo Tech合作，构建了一个复杂的全球采购系统数字模型，包括服务水平、二氧化碳排放、库存、分销和工厂产能等关键指标。这涵盖了1700个产品型号，所有产品都在一个复杂的制造和分销矩阵中。这一“模拟数字孪生”使米其林能够运行8万多次模拟，每个模拟有3000多个不同和动态的决策变量，并内置优化算法来确定要采用的最佳策略。

由此，米其林能够为未来五年确定一个可行的战略采购计划，该计划将使其物流成本每年减少1000万欧元。这也使全球利润率优化了几个百分点，并将运输和海关成本降低了60%以上。

如何更好地实现

信息技术的实用化

基于模拟能力逐步升级的情况，我们可以将工业元宇宙定义为：“一个互联的、全系统数字孪生生态系统，具有与环境中的真实世界交互的功能，使决策者能够更好地了解过去和预测未来。”

工业元宇宙的核心是“全系统数字孪生”，它最终可能代表一个完整的端到端产业系统，不仅包括有形资产，还包括流程、功能、资源和组织。它将超越公司的界线，包括整个公司合作伙伴生态系统的相关参与者，包括上游和下游，以及他们直接的互动。最终还可能包括公司运营所处的更广泛的环境。它需要被构建为一个复杂的系统，以便能够对现实和动态的系统行为进行建模。广泛的“假设”模拟功能是它的关键部分。模拟不仅基于过去的数据，还基于现在和未来的数据。

图 3显示了支持此功能的五个关键技术模块，并由计算能力也就是“算力”技术模块提供支持。在很大程度上，这些技术已经存在。然而，它们都需要进一步发展，以应对日益增长的数据规模和复杂性。增加的计算能力本身是实现非常大的、相互连接的数字孪生模拟的关键因素。

图 3 工业元宇宙的功能和模块

总体而言，这幅图景表明，在真正的全系统数字孪生技术可行之前，还需要五年甚至更长的时间，但是在此期间，涉及日益复杂的系统的数字孪生的中间步骤仍然是可行的。

早在2020年，全球知名的生命科学企业拜耳集团，通过采用前沿的数字孪生技术，对其商业战略进行了重大调整。该技术涉及创建公司生产设施的精确虚拟副本，使得拜耳能够在一个安全的数字环境中模拟和测试不同的业务场景。

据拜耳作物科学公司数据卓越中心的负责人纳文·辛格拉（Naveen Singla）介绍，数字孪生技术的应用极大地推进了公司业务流程的重新思考，它允许通过机器学习和模拟技术来优化决策过程。

利用这项技术，拜耳已经成功构建了其在北美的九个玉米种子生产基地的虚拟模型。这些详尽的模型涵盖了设备、流程、产品流特性、物料清单和操作规则等关键要素。通过这些模型，公司能够进行复杂的"假设"分析，快速评估新产品推出或定价策略变化可能带来的影响。

辛格拉还提到，数字孪生技术在帮助公司做出资本购买决策、制定长期商业计划、发现新的创新机会以及改进流程方面发挥了重要作用。他强调，这项技术使得公司能够将长达10个月的运营流程分析压缩至短短两分钟内，极大地提高了决策效率。

企业应该

如何应对？

企业需要在更长远的数字转型规划的背景下考虑其工业元宇宙战略。除非数字化已经相当成熟，否则企业无法轻易地跨越到完全的工业元宇宙实施。

每家企业都有自身的发展诉求和不同的发展阶段，因此不同企业所适用的发展战略是不一样的。基于多年服务企业的实践，理特建议企业管理层可以先从以下三个步骤考虑自身的数字化战略、工业元宇宙规划等长期议题：

一是，重新审视企业目前的数字化战略、历程和定位。企业需要为其整个数字化规划设置明确的愿景和路径。了解现阶段企业在数字化进程中的位置有助于确定：

在开始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）？
接下来应保持怎样的步调更符合实际？
与数字化进程的后续进展保持方向一致的可行目标是什么？

二是，发现增值机会并制定路线图。在已有众多应用程序和用例的情况下，公司在制定路线图时应考虑：

哪些潜在的应用程序和应用案例会增加最大的价值？工业元宇宙的最初应用可能是可操作性的，目标是随着时间的推移扩展到更具战略意义的应用。
今天在技术上已经可行的是什么，而与之对应，未来几年最具潜力的又是什么？正如我们所看到的，尽管目前有许多可行的机会，但大规模复杂工业系统模拟仍有一段路要走。
在五年以上的规划中，企业工业元宇宙应用程序的愿景和目标是什么？未来的规模很大程度上取决于公司已经承诺的数字化转型规模。

在制定路线图时，公司应该避免在一开始就采取过于强势的详细建模，以免禁锢初期的进展。除了用例本身，路线图还应该考虑需要哪些新流程来访问、更新、分析、解释和处理所需的数据。

三是，实施试点，采用测试和学习方法，主动管理变化。一种灵活且反应迅速的测试和学习方法将是最有效的。这意味着从小项目开始，选择容易复制、回报时间相对较短、不需要外部利益相关者广泛参与的初始试点项目。对人员的的管理是关键，例如，新的角色和技能需要在很长一段时间内得到企业的支持。

理特咨询曾在服务一家国际领先的轨道交通运输企业的过程中发现，企业可以按照常规思路制定自身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，以试点为切入口，验证思路和方向。

由于工业元宇宙的价值不仅通过内部运营实现，还通过合作伙伴生态系统实现。这就需要与商业合作伙伴共享比之前多得多的数据，这需要企业接受一种新的思维方式和文化。在过往的项目实施过程中，理特咨询发现相对于长期性的战略规划，企业主通常面临一些短期的挑战，这些挑战可能是心理上的、预期上的风险，很可能会拖累企业的数字化转型进程，让企业主踌躇不前。

企业应该清楚地向合作伙伴展示互惠互利的好处：例如更快的客户响应、更少的营运资金、更顺畅的客户或供应商接口以及更好地管理可持续影响。数据管理标准以及足够的数据安全也是关键。

可是信任是贵的货币，如何能够有效的促进合作伙伴之间的数据共享呢？理特咨询结合相关的项目经验，给出以下10大建议，它不能解决所有问题，但一定可以促进数据的共享：

建立统一的数据标准：合作伙伴之间需要建立统一的数据格式和标准，以确保数据的互操作性和一致性。这可以通过制定行业标准或采用通用的数据交换格式来实现。
使用区块链技术：区块链提供了一个去中心化的数据存储和验证机制，可以确保数据的安全性和不可篡改性。这有助于建立合作伙伴间的信任，并促进数据的共享。
构建安全的网络架构：工业元宇宙需要一个强大的网络安全架构来保护数据传输和存储。这可能包括使用加密技术、虚拟专用网络（VPN）和防火墙等。
开发协作平台：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协作平台，如虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用，这些平台可以提供直观的协作环境。
实施数据访问控制：通过实施严格的数据访问控制和权限管理，可以确保只有授权的合作伙伴能够访问特定的数据集，从而保护数据隐私和安全。
采用云技术：云技术提供了可扩展和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：通过应用程序编程接口（APIs）和集成工具，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：通过高级的数据可视化工具，合作伙伴可以更直观地理解数据，这有助于促进跨组织的数据共享和讨论。
建立信任机制：在合作伙伴之间建立信任机制，如通过第三方审计和合规性检查，可以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数据共享的好处、最佳实践和潜在风险，从而促进更广泛的数据共享。

通过这些方法，工业元宇宙可以为合作伙伴提供一个安全、可靠且高效的环境，以实现数据的共享和协作，从而推动整个生态系统的创新和增长。

【感谢理特咨询全球合伙人于鑫磊对此文翻译和编辑所做的贡献】

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