“世界的盡頭是鐵嶺，互聯網的盡頭是元宇宙”，這是最近頻繁被提及的一句玩笑話。
今年，“元宇宙”成為頂流熱詞，特別是在科技、游戲及互聯網行業，國內外互聯網巨頭也爭相入局，隨著Facebook母公司宣布改名Meta “All in元宇宙” ，#元宇宙#話題一度沖上熱搜，成為大家爭論的焦點。
其實元宇宙的概念并不新鮮，早在1992年美國作家尼爾斯蒂芬森的科幻小說《雪崩》中，就描繪了一個平行于現實世界的虛擬世界，每一個人都沉浸在這個虛擬空間里，以虛擬替身的形式相互交流，這一描述在小說出版時，被貼上了“科幻”的標簽。從科幻到現實，僅僅過了不到三十年。
在一些科幻電影中，元宇宙也有體現，例如電影《頭號玩家》的“綠洲”、《失控玩家》的“自由城”，被認為是目前最符合《雪崩》中描述的“元宇宙”狀態，主人公戴上VR頭盔便可進入虛擬世界，不僅能“看到”，還能通過體感設備體會到，這種直觀感受，讓大家對“元宇宙”有了更深層次的理解。
換句話說，元宇宙是對現實世界的數字化表達，現實中的人、物、天氣，甚至故事、情感都可以搬進虛擬世界中，讓人們在這里能進行社交、娛樂、教育、交易等社會性活動，為用戶提供豐富的消費內容、可靠的經濟系統、沉浸式的交互體驗。
那么，元宇宙就可以和XR（擴展現實）、游戲劃等號了嗎？恐怕也不是。
01、智能制造元宇宙爆發
隨著數字孿生（DT）、增強現實（AR）、人工智能（AI）、虛擬現實（VR）元宇宙的底層技術不斷進步融合，元宇宙的應用范圍正在不斷拓展，每個行業都從自身角度，為元宇宙賦予了不同的定義。
目前行業對“元宇宙”發展趨勢，已初步形成兩大方向：
第一是消費市場，賦能新消費、新娛樂，主流形態將明顯集中在游戲領域，側重沉浸式消費體驗與娛樂社交。
第二是商用市場，賦能智能制造、智慧服務、智慧辦公等，改變人們生活、工作連接方式，實現降本提效，以及產業數字化、智能化。
我們如今的元宇宙時代正是娛樂、社交最火熱的消費階段，它在諸多現實場景中已獲得了廣泛應用，不過伴隨元宇宙經濟的快速發展，商用在經濟中的拉動力愈發凸顯。換句話說，未來元宇宙最廣泛的應用，或許不是面向個人消費者，而是率先產生實際價值的商用市場，特別是全球新一輪科技與產業競爭核心的“智能制造”。
“智能制造元宇宙”的本質，是圍繞“研發”、“制造”、“銷售”、“終端”四大場景創建的虛擬場景，模擬其在現實環境狀態而產生的價值。形象地講，相當于企業把自己打包搬進了虛擬世界，變成一座虛擬工廠，同時，這座虛擬工廠與現實工廠數據同步，實現生產要素可視、可析、可驗證以及智能化管理的“元宇宙”應用，大大減少實體運營維護，提高生產效率、降低生產成本。
區別于傳統認知，“元宇宙”已初步應用到企業研發制造場景，在其中扮演“關鍵先生”的，就有聯想。作為很早就開始智能化轉型企業，聯想走在了行業前列，尤其是智能制造轉型探索中，聯想通過內生外化、實踐孕育出了5大能力：互聯互通、柔性制造、虛實結合、閉環質量、智能決策，這些能力滲透在聯想智能制造場景應用的每一個環節，形成了制造轉型的最短路徑。
聚焦于“智能制造元宇宙”，聯想依托產品設計和制造過程中的虛實結合能力，尤其是數字孿生-仿真技術的應用，幫助企業建立“虛擬工廠”，實現虛擬環境下的測試和分析，然后再通過虛擬制造對生產流程驗證和優化，確保真實的生產順利進行。產品進產線后，進行數字孿生虛實互聯，讓關鍵設備在模型上實時監控，識別和調整設備的狀態，改善現有產品、運營和服務，這一系列數字孿生技術的應用，讓聯想走在了“智能制造元宇宙”應用前列。
如果說聯想可以打開“智能制造元宇宙”的大門，那么“數字孿生”正是打開大門的關鍵之鑰。
02、數字孿生的元宇宙方法論
“數字孿生”，也被稱為數字映射、數字鏡像，元宇宙是數字孿生對現實世界的鏡像表達，通俗解釋就是在一個設備或系統基礎上，創造一個與之對應的數字版“克隆體”。
數字孿生體最大的特點在于它對“本體”的動態仿真，數字孿生體是會“動”的。而且，數字孿生體 “動”的依據，來自本體的物理設計模型，還有本體上面傳感器反饋的數據，這就是數字孿生的“模擬仿真”技術。
說白了，本體的實時狀態，還有外界環境條件，都會復現到“克隆體”身上。在“智能制造元宇宙”中，不僅是外界的環境條件會復現到“克隆體”中，同時“克隆體”的情況也會映射到實物產品，把實物產品運營實際過程中的數據作為輸入傳到數字孿生模型中，就可以優化實際的產品性能。
這種特性，剛好讓“數字孿生”在元宇宙應用場景中，擁有極強的可塑性。
以我國航天為例，今年首次出艙活動的神舟十二號，數字孿生的技術突破在研發中起到了關鍵性的作用，通過模擬仿真構建一個和飛船一模一樣的虛擬模型，讓科學家在虛擬太空中進行無數次的模擬飛行，在研發效率和成本控制上達到了新的高度，不僅于此，還可以操作現實中無法進行的實驗。
如果把“智能制造元宇宙”比喻成一款RPG游戲，數字孿生扮演的角色就是“游戲引擎”，所有人物、設備、場景都由它進行賦能創建，沒有它的模擬仿真技術介入，就很難制作出細膩真實的游戲世界。
在“智能制造元宇宙”的搭建中，數字孿生重要性不言而喻，對關鍵設備的仿真、建模、分析，再部署傳感器實現虛實交融，實時反饋設備信息，不僅數據可追溯、故障點可精確定位，同時也可以遠程操控、診斷恢復，當維護人員通過AR/VR檢查設備時，簡直就相當于在游戲中開了上帝視角。
03、數字孿生實踐路徑，為制造企業轉型賦能
數字孿生實踐應用又是什么樣的情況呢？
隨著智能化浪潮，疊加疫情常態化，今天，產品開始越來越注重個性化，快速迭代的壓力不斷增長，這對制造業的挑戰越來越大，雖然很多企業已加速自身智能化轉型步伐，但技術融合過程中，能有的放矢、精準轉型，仍然是一個困難重重的過程。
在生產制造過程中，產品驗證周期長、依賴實物、工藝靈活度不夠一直是制造企業面臨的痛點，這些問題也同樣困擾過聯想.....
幾年前，聯想開始智能化轉型，通過“端-邊-云-網-智”全覆蓋的新IT架構，將數字孿生技術應用于從銷售、計劃、采購、生產、交付、服務的各個場景，比如MBD解決方案、數字化工藝解決方案、產品工程化仿真方案、智能倉儲解決方案、智能包裝解決方案、智能城配路線解決方案、物流網絡選址解決方案。
在產品設計的流程中，傳統方式中，由于產品設計團隊多、跨專業，試制品整合需要大量的時間和精力，聯想的MBD解決方案可以充分利用信息系統的優勢，將相應單學科設計軟件工具的設計圖樣，集成至PTC的Winchill PLM，形成3D數字化樣機。
聯想MBD架構圖
3D數字化樣機具有可視化的特點，可以讓設計團隊在完整的視圖中評審產品，排除問題，簡直像上帝視角，這一應用也大幅提高了設計團隊的效率和設計品質。
在生產運營流程中，傳統方式的研發設計與制造工藝數據分開獨立管理運行，這就造成了信息不對稱，很容易導致停線、重工、上市推遲等損失。聯想打破了從研發到制造的“數據孤島”，通過建立物理產品的數字映射，基于產品使用過程中產生的數據形成閉環反饋和優化，打造了數字化工藝解決方案，該方案的應用場景主要包括：
1、研發人員可以實時查看產品在工廠產線的工序工藝等制造信息，一目了然。
2、工廠工藝或制造工程師可以實時查看產品的研發圖檔、設計要求等研發信息。
3、根據訂單配置不同，實時生成對應的最佳工藝序列，以可視化的方式呈現給產線員工。
4、工廠可以實時及時收到變更信息，自動更新產線的可視化工藝。
在生產運營流程中，為了構建從產品設計到生產規劃、生產工程、生產執行、服務支持的全價值鏈數字化體系，聯想還有一個產品工程化仿真方案。產品工程化仿真是指物理產品在虛擬空間的數字模型，這個數字模型不僅和現實世界的物理產品形似，能模擬產品的實際運行，還能通過產品在包裝過程中反饋的數據，反映產品運行狀況，乃至改變產品形態。
在該方案中，產品工程驗證階段，制造工程人員可以通過設計圖紙仿真提前發現設計問題并進行研發優化，制造工藝人員能夠提前規劃產能及設備的布置，在整個產品的生命周期內，制造工程人員還可以通過仿真工具分析問題并找到解決方案。
通過對數字孿生仿真工具的使用，該方案能切實為企業帶來從研發量產周期、到生產效率、再到產品質量的全方位提升。比如，縮短10-20%的上市時間，制造效率提升10-20%，制造成本降低10-20%，質量提升15-20%。
聯想產品形態繁多，各種類的產品隨著功能的擴展，帶來制造過程的復雜。同時，聯想還面臨高成本壓力下的高質量需求，新材料的使用、不斷更新的零部件、人力成本的攀升產生成本壓力，同時客戶對產品質量的要求逐步提高。
產品更新換代的加速造成新產品的生命周期不斷縮短，需要在較短的產品生命周期內保障足夠的產能。這其中還包括定制機型與個性化需求要求產線具備柔性制造的能力。
為了應對以上挑戰，聯想探索出了制造過程仿真解決方案可以應用于以下場景：
場景一，在工廠/倉庫/產線還處于設計階段，沒有實體設備時，通過建立數字化的仿真模型，可驗證設計方案中流程、產線和設備結構的合理性，發現潛在問題，并針對性地提出改進建議。
場景二，對于已建成準備投產的工廠/倉庫/產線，可建立對應的仿真模型，模擬運行產品生產流程，驗證產能，發現瓶頸，優化流程。
場景三，在現有的產線上進行生產訂單切換、新產品投產等生產變動之前，可以通過仿真驗證是否會對產能及交付時效性產生影響。
人機因仿真
尤其是在新品導入時，聯想通過數字模型驗證和仿真技術，來解決樣品裝配，避免試投才發現問題。這樣做的效果，是我們可以提前2-3周發現并解決20%的問題，這就大大加速了新品導入過程，而且保證了量產時的質量水平。
更值得一提的是，數字孿生不僅能夠單獨賦能，去年聯想還結合物聯網（IOT）技術，在工廠試點虛擬工廠，由數字工藝平臺直接向產線發布調整工藝，根據產品配置、人力情況，靈活調整生產情況；并采集設備和人工操作數據，全面監控生產，讓一條線每年可節約125小時以上的換線時間。
在“智能制造元宇宙”的展望里，這僅僅是一個開始。隨著聯想對數字孿生技術的深入理解，這些代表了未來的新技術正在不斷推廣、應用到新產品、新工廠。長遠的未來里，元宇宙也將攜著數以億計的實體設備，讓萬物皆可“數字孿生”。
