出于這個原因，該公司認為需要建立一所學校來培訓焊接工人——但傳統的培訓方式速度慢、成本高而且流程繁瑣。因此，該公司轉向采用與消費游戲更相關的技術：虛擬現實(VR)和元宇宙。

現在，參加培訓的焊接工人戴上VR頭顯進行虛擬焊接，并在元宇宙這種沉浸式環境中獲得關于焊接管道或鈑金平直度的即時反饋。如果他們焊接失敗，可以立即重置虛擬系統并不斷改進，不必在重復嘗試中浪費焊接材料。一旦他們學會了正確的焊接方法，就會使用林肯電氣公司的焊接設備，并將學到的這些技能應用到實際的焊接工作中。

林肯電氣公司發現，采用新方法培訓焊工的時間是傳統方法的23%。培訓更多熟練的焊工意味著該公司的焊接設備有更大的潛在市場。技術咨詢機構West Monroe公司的高級合伙人Randal Kenworthy 表示，“采用虛擬現實技術可以減少培訓時間，同時提高焊接工人的熟練程度。”

圍繞“元宇宙” 這一術語的炒作在一定程度上要歸功于Meta公司和其他科技公司，他們聲稱這是下一個大型技術平臺，類似于個人電腦和智能手機。Meta公司的理念是，消費者能夠在沉浸式數字世界中相互聯系，在這個世界中，他們可以比在個人電腦和智能手機上更好地娛樂、社交和玩游戲。

在培訓工人、制造產品或運營基礎設施的行業中，還有另一組潛在的用途可能會傳播得更快。這就是所謂的“工業元宇宙”，它使用虛擬現實和增強現實來融合物理世界和數字世界，從而改變了企業設計、制造和與對象交互的方式。

工業元宇宙有許多構建模塊并不新鮮。新事物是增強現實和虛擬現實的頭顯設備、物聯網技術、以及更好的連通性和計算能力的更大可用性和可承受性。總之，它們使得將工業應用帶入虛擬世界成為可能。

這促進了工業元世界用例的大量增長，其中包括培訓、協作和模擬現實世界的數字孿生。在這些用例中，將人們帶入身臨其境的3D世界的能力，能夠可靠地模擬真實的工業應用，例如工廠車間、組件、機器人甚至其他應用，并正在幫助行業參與者比以往更快、更有效、更好地完成工作。

最近針對消費者的虛擬現實興起，導致了用于工業應用的經濟實惠的AR和VR頭顯設備的大幅增長，以及企業級頭顯設備的開發。根據調研機構Market Prospects公司發布的一份研究報告，到2025年，全球工業元宇宙市場規模預計將達到5400億美元。研究機構ABI Research的報告表明，消費者和企業市場的出貨量都在持續增長，到2026年，全球出貨量將達到5010萬臺，獲得的市場收入將超過501億美元。

這些設備包括當前一代的虛擬和混合現實頭顯設備，例如Meta Quest Pro、HTC Vive和Varjo XR3，這些都是高端的企業級頭顯設備。還有增強現實頭顯，例如微軟公司的HoloLens 2和最近發布的Magic Leap 2。重工業用例也受益于Vuzix等公司的產品，該公司生產工業級、安全等級的智能眼鏡和用于野外工作的頭顯設備。

工業元宇宙的發展如今仍處于萌芽階段，由于設備成本高和技術困難，它面臨著很大的挑戰。虛擬現實和混合現實經常導致有限的參與，因為會面臨“模擬器病”(一種由一些沉浸式體驗引起的運動病)以及構建和建模準確虛擬體驗的總體成本。

在培訓工人的工業模擬中使用AR技術可以克服部分問題，但這項技術發展緩慢。元宇宙應用程序還需要以高帶寬和低延遲交換大量數據，這意味著需要有下一代電信基礎設施提供支持。

盡管如此，對于許多企業來說，其發展前景仍然是誘人的，尤其是在更強大的VR和AR硬件和軟件的出現開始將工業元宇宙變成現實之后。因此，一些企業正在全速前進，以期在未來幾年可能成為技術發展關鍵基礎的領域搶占先機。

支持工業元宇宙的培訓

在元宇宙中進行培訓很像玩視頻游戲，而其不同之處在于，員工可以使用虛擬現實頭顯沉浸在現實世界的場景中，這種場景可能發生在他們的工作地點。事實證明，VR技術的使用比實際操作更能提高培訓工人的效果，而且更便宜、更快、更安全。West Monroe公司的Kenworthy說:“就我所看到的目前VR應用最多的領域而言，其中一些其他的用例可能會在未來更加普遍，尤其是在培訓領域。”

使用新興的工業元宇宙技術，可以創造高度沉浸式的體驗，在他們與設備交互的虛擬現實模型中，這些體驗與工人在工作現場時的操作非常相似。他們甚至可以對所處的環境做出類似的行為和反應，這有助于他們為在工廠車間或現場開展工作做好準備。

VR的另一個優勢是，工人可以在不需要采用成本高昂的設備的情況下接受培訓，甚至在他們在工作現場開展工作之前，就可以在任何地方接受培訓，甚至在家進行遠程培訓。他們還可以在潛在危險的場景和環境中接受訓練，而不會面臨任何危險。

為了看到在元宇宙中培訓的好處，林肯電氣控股有限公司和愛荷華州立大學對兩組接受培訓的工人進行了比較，一組工作完全采用傳統的動手實踐培訓方法，另一組進行一半動手實踐和一半VR焊接的培訓。

結果表明，接受VR培訓的焊工在學習和團隊互動方面的水平顯著提高，總體認證水平比傳統培訓組提高了41.6%。除了在整體培訓上花費的時間比傳統培訓組少23%之外，使用VR技術還顯著減少了每人243美元的培訓成本，因為他們可以重新開始，而不會浪費焊接材料或重新組裝設備的時間。

Kenworthy說：“使用VR平臺，接受培訓的工人可以在使用實際設備之前更快地學習和測試技術。VR通過幫助他們實時顯示改善焊接技術所需的調整，加快了培訓時間。”

在過去的四年中，VR培訓在制造業中變得更加普遍，例如在汽車和航空業，工人們在工廠車間重復機械的步驟，甚至與機器人互動。寶馬公司使用VR技術同時培訓多名員工。大眾汽車公司發起了一項全球倡議以培訓更多的員工。航空制造巨頭波音公司通過VR技術將培訓時間縮短了75%。由于新冠疫情導致飛行員短缺，航空公司也使用元宇宙技術來培訓空中飛行員。Loft Dynamics AG公司一直在美國使用VR模擬器培訓直升機飛行員，將空中訓練時間減少了60%。

工業元宇宙中的合作

盡管當今的視頻電話會議技術可以用于支持人們開展遠程工作和共享協作應用程序，但缺乏虛擬現實和混合現實的沉浸式力量。對于工業元宇宙的應用，工程師和設計師將為制造業設計多人參與的頭顯設備。

芬蘭工業級VR頭顯制造商Varjo Technologies Oy公司的聯合創始人兼首席技術官Urho Kontorri表示，汽車行業的一個主要趨勢是用遠程團隊設計汽車發動機和底盤。

例如，汽車制造商起亞汽車公司負責開發設計的設計師為了完成評審，必須從該公司的歐洲總部飛到韓國的設計機構參加會議。然而，當新冠疫情爆發并實施旅行限制之后，幾乎不可能到現場參會。

使用Autodesk VRED的虛擬協作功能和VR頭顯設備，可以讓每個人遠程聚集到一個沉浸式元宇宙空間中，設計師、工程師以及企業高管都可以在汽車周圍進行探討，而無需出差旅行。

Kontorri說，“有一些設計師來自德國法蘭克福，一些來自韓國，他們會做和以前一樣的事情。只不過由于旅行時間的原因，以前需要一周才能完成的事情現在可以一周完成四次。”

他們不僅發現可以更頻繁地召開會議，每天都可以進行合作，而且設計團隊發現他們甚至可以讓更多的人參與汽車設計。他們能夠將一輛車周圍的人數擴大到20人，這大約是所能容納的最多的人數，而其空間不會變得過于擁擠。

Kontorri解釋說:“神奇的是，他們不再覺得自己處在遠方的辦公室，而是開始覺得自己在一起工作的全球團隊中工作。這真是一個很好的啟示。”

他說，汽車行業很可能都在進行同樣的調整。例如，汽車制造商沃爾沃公司有一個非常相似的解決方案。通過使用VR技術，該公司發現它可以讓設計團隊在一天內完成通常需要數周或更長時間的工作，并通過在虛擬現實中的“現實生活”場景中測試用戶體驗概念，快速迭代用戶體驗概念。

該技術允許工程師和設計師在VR中進行試駕設計。因此，設計團隊可以在未來的汽車成為原型之前對它們進行研究，并在它們成為生產線上的問題之前避免出現缺陷。

另一種類型的協同工業元宇宙應用在制造業中使用增強現實技術，例如采用HoloLens 2頭顯設備實現。這使得現場工作人員可以將數字圖像覆蓋在現實世界上，該公司稱之為全息圖。沃爾沃公司最近透露，與川崎重工公司簽署協議，成為該技術的新客戶，卡夫亨氏公司和波音公司將成為制造合作伙伴。

頭戴AR頭顯設備的工人可以在工廠車間使用全息圖作為操作機器的指南。然后，當嘗試一個復雜的任務或修復機器時，他們可以與技術專家開展合作，以便使用他們視野中的視覺線索引導他們完成修復過程。頭顯設備的傳感器和攝像頭還使遠程工作的工程師能夠與工人遠程協作，了解生產車間正在發生的事情，即使他們位于不同的國家和地區。

數字孿生和工業元宇宙

工業元宇宙最突出的用例之一是“數字孿生”，即對通道、建筑物、工廠車間、傳送帶和機器人等現實世界物體的精確模擬。

英偉達公司Omniverse和仿真技術副總裁RevLe baredian表示，數字孿生為制造業創造了許多以前不存在的“超能力”，因為在突然之間，企業客戶可以訪問他們可以合作的工廠的完全實現的模擬虛擬版本。

這些超能力包括瞬間移動，例如工人們可以虛擬移動到工廠的任何地方，無論他們在世界上的哪個地方，都可以看到數字孿生中正在發生什么，只要它模擬的是現實中正在發生的事情。或者他們可以穿越到過去，工廠的生產活動能夠被記錄和回放，這樣就可以查看異常情況，看看它們是如何發生的，或者更好的是，穿越到未來，通過加速模擬并觀察將會發生什么情況。

數字孿生還允許設計師在虛擬原型中構建設備或車間，并在投入實際生產之前進行模擬。目的是看看他們將如何運作，了解是否會有任何潛在的問題。它允許他們在現實世界中發生潛在異常之前進行實驗、優化和簡化，從而降低工人面臨的故障風險或安全問題。

西門子數字工業軟件公司總裁兼首席執行官Tony Hemmelgarn表示，西門子公司多年來一直在自己的制造流程和客戶中使用數字孿生技術，工業元宇宙給數字孿生帶來的是全面的模擬。

隨著工業元宇宙技術的進步，工程師能夠以全面的沉浸式視圖看到整個工廠和車間，并充滿信心地進行模擬。Hemmelgarn說，“各個團隊現在可以聚在一起查看，我認為這才是工業元宇宙的真正前景。”

Lebaredian解釋說，“通過這種方式，我們通過擁有數字孿生來獲得所有這些超能力。所有這些都依賴于對現實世界事物的精確模擬，并使它們與數字孿生保持同步。如果能做到這一點，我認為可以想象在這個行業中可以做很多事情。我的意思是，如果有一個瞬移和時間機器，能夠探索多種可能的未來，還有什么不能做的呢?”

Lebaredian表示，讓英偉達公司感到意外的是，該公司預計元宇宙技術將首先在娛樂行業得到應用(已經廣泛使用VR)，然后是建筑和設計行業，最后是制造業。

與其相反，元宇宙技術首先應用在了制造業。Lebaredian表示，他認為原因在于系統和工廠本身極其復雜，需要模擬未來的能力來優化和降低成本——如果愿意的話，這是數字孿生的超級力量之一。

凱捷公司在2022年對使用數字孿生的企業進行的一項調查之后指出，很多受訪企業表示，參與者的銷售額、周轉時間和運營效率平均提高了15%。接受調查的受訪者表示，他們還發現通過使用數字孿生技術，系統性能提高了25%，可持續性提高了16%。根據調研機構MarketsandMarkets的數據，2021年的全球數字孿生市場規模約為69億美元，預計到2027年將增長到735億美元。

這種興趣在很大程度上是由于工廠的復雜性和更好地了解不同系統相互作用方式的需要，以及新冠疫情如何影響大規模的規劃和建設。突然之間，許多企業的制造業務需要找到一種不同的數字化轉型途徑，從一開始就考慮到甚至是微小的細節。數字孿生盡可能精確地模擬，做到了這一點。

這也引起了航空航天制造商波音公司的興趣，該公司于2021年12月宣布，計劃使用數字孿生和工業元宇宙來連接其飛機制造供應鏈。他們的期望是，在元宇宙中模擬設計、部件和制造過程的沉浸式力量將在缺陷形成之前發現缺陷，并幫助飛機更快地從圖紙推向市場。

波音公司計劃在資深工程師Linda Hapgood的幫助下，構建實現這一目標所需的數字工具來完成這一目標。Hapgood以將波音767加油機的線束轉化為3D模型而聞名。在那之后，工人配備了平板電腦和HoloLens AR耳機，用于模擬操作飛機發動機，從而將質量提高了90%。將供應鏈引入元宇宙的努力將涉及100多名工程師，并以這些早期成功為基礎得以發展。

工業元宇宙為制造業帶來了巨大的希望，并提供了培訓機會，這些機會已經顯示出顯著的效果。VR和AR都可以把來自世界各地的團隊聚集在一起，就像他們在同一個房間中合作開發項目。它還使現場技術人員能夠從外部獲得幫助，這些人可以將信息疊加在他們的視覺上。數字孿生的加入也為工業和商業用例擁有了全新的“超能力”。

VR和AR設備的進步將為工業元宇宙應用帶來更多機會。但對商業用例來說，最重要的可能是元宇宙所依賴的3D模型的數據集成和機器學習。這一點尤其重要，因為越來越多的行業開始用元宇宙應用來增強他們的供應鏈，包括進行員工接受培訓、合作和數字孿生，以及更逼真和真實的物理模擬。

所有這些都意味著，元宇宙對工業的影響在未來幾年可能比技術創造者最初想象的對消費者的影響更明顯。

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