從專利視角看工業(yè)元宇宙的應用與發(fā)展

隨著對元宇宙的不斷探索、理解和嘗試，或許我們還會發(fā)現(xiàn)其在工業(yè)領域的新應用、新機遇。

“元宇宙”概念最早出自20世紀90年代的一本科幻小說《雪崩》。小說描繪了人們通過數(shù)字替身在一個叫作Meta verse（超越宇宙）的虛擬三維空間中工作、學習、社交、娛樂的生活場景。

2014年，法國達索系統(tǒng)推出一款3D Experience平臺，實現(xiàn)了3D設計、CAD建模、仿真、測試和流程管理，覆蓋了工業(yè)領域產品的全生命周期過程。

2018年，吉利汽車的數(shù)字仿真工廠1:1高度還原了一個現(xiàn)實的工廠車間，利用數(shù)字化仿真技術，實現(xiàn)對設備的集成測試、工藝驗證和虛擬試生產。

2021年4月，英偉達展示了其開發(fā)的Omniverse平臺，借助3D建模、面部表情追蹤、GPU圖像渲染等技術，創(chuàng)建了主講人的虛擬形象，使其像真人一樣演講，通過這種方式以“工程師的元宇宙”稱號介紹一種直觀而高效的虛擬工作平臺——一個專注于實時仿真、數(shù)字協(xié)作的云平臺，擁有高度逼真的物理模擬引擎和高性能渲染能力。進一步地，寶馬引入英偉達Omniverse平臺構建自己的數(shù)字工廠，將寶馬的生產效率提升30%。

2022年5月的開發(fā)者大會上，微軟展示了包括元宇宙社交產品Microsoft Teams、元宇宙辦公產品Microsoft Mesh在內的多款元宇宙應用。Microsoft Teams可實現(xiàn)遠程沉浸式開會，引入智能攝像頭，就好像在同一房間開會，且可協(xié)同操作同一個PPT；Microsoft Mesh是一種提供云服務的平臺，無論是手機、平板、電腦還是頭戴式設備都可訪問，上述兩個產品都體現(xiàn)了元宇宙的開放性。

工業(yè)元宇宙實現(xiàn)了數(shù)字技術與現(xiàn)實工業(yè)的結合。

在此基礎上，很多企業(yè)都使用了微軟的元宇宙產品，川崎重工的員工可在巡查車間時佩戴元宇宙混合現(xiàn)實頭顯Hololens，以實時查看生產數(shù)據(jù)是否正常，還可利用Hololens聯(lián)系專家進行遠程指導，通過數(shù)字孿生系統(tǒng)模擬故障以幫助員工盡快修復故障；釀酒制造商百威英博引入微軟的元宇宙產品，追蹤從麥子收割、生產釀造，到上市銷售、售后服務的每個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。

通過上述企業(yè)的具體實踐可知，元宇宙可應用于工業(yè)領域，且覆蓋產品設計、生產制造、安全巡檢、遠程運維、經營管理等工業(yè)全鏈條環(huán)節(jié)。據(jù)此，許多學者于2022年提出了“工業(yè)元宇宙”的概念。

1

多種新興技術融合

業(yè)界對工業(yè)元宇宙并沒有明確的定義，中國工程院院士李伯虎在世界元宇宙大會上將其定義為：工業(yè)元宇宙是指在新發(fā)展理念指引下，整合了數(shù)字孿生、拓展現(xiàn)實XR、人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、物聯(lián)網等技術，實現(xiàn)工業(yè)領域中“人、虛擬空間與現(xiàn)實空間”虛實映射/交互/融合、以虛促實、以虛強實的工業(yè)全要素鏈、全產業(yè)鏈和全價值鏈三鏈智慧、協(xié)同、開放、服務、互聯(lián)的復雜數(shù)字工業(yè)經濟系統(tǒng)。也就是說，工業(yè)元宇宙實現(xiàn)了數(shù)字技術與現(xiàn)實工業(yè)的結合。

其中，數(shù)字孿生是以真實物體或系統(tǒng)為藍本，在虛擬空間中生成一個數(shù)字克隆體即物理實體的數(shù)字化映射，通過傳感器、物聯(lián)網等持續(xù)采集物理實體數(shù)據(jù)，驅動虛擬映射同步更新，其貫穿制造、運維等全過程，從而讓物理世界和數(shù)字世界之間形成雙向奔赴的共生關系。

擴展現(xiàn)實，是虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實的統(tǒng)稱，是一場“把空氣變成界面”的現(xiàn)實魔術，眼鏡等頭戴式設備根據(jù)捕捉的用戶動作，動態(tài)調整顯示的虛擬界面內容，無縫融合物理世界和數(shù)字世界，從而為用戶提供沉浸式交互體驗。

人工智能，是一種賦能技術，將人類智能的特定能力“外包”給機器，它把數(shù)據(jù)當氧氣，把算法當神經，不斷把“不知道”揉成“試試看”，在每一次試錯里長出新的“為什么”，讓機器能夠像人類一樣感知、理解、學習、推理、決策從而自主解決復雜問題。

區(qū)塊鏈是一場“把信任從人手里交回給數(shù)學”的集體魔術，基于密碼學簽名將每一次“誰給了誰什么”保存為一條只能追加、無法抹除的賬本記錄，將數(shù)據(jù)以“區(qū)塊”按時間成鏈，結合共識機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全、透明、可追溯。

虛擬現(xiàn)實交互示意圖

云計算其本質是把CPU、內存、網絡等IT資源變成像水電一樣的基礎設施服務，按需使用，按量計費，向用戶提供個性化服務，用戶無需關心資源背后的具體細節(jié)。

物聯(lián)網技術通過傳感器和互聯(lián)網實現(xiàn)萬物互聯(lián)，讓普通物體具備“感知、通信、計算、控制”能力，形成“人-機-物”實時交互的智能世界，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控等功能。

綜上所述，工業(yè)元宇宙就是在生產制造過程中利用人工智能技術，基于物聯(lián)網獲取實時基礎數(shù)據(jù)，從產品到設備、產線、工廠實現(xiàn)全要素數(shù)字孿生，擴展現(xiàn)實技術實現(xiàn)物理世界和孿生世界的雙開發(fā)，以區(qū)塊鏈提供安全溯源以及云計算提供強大的計算、存儲資源配置，實現(xiàn)多種主體的互動與協(xié)同，從而達到人、機、物、系統(tǒng)等之間的有機結合，促進現(xiàn)實工業(yè)的高質量發(fā)展。

2

推動產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

為深入貫徹黨的二十大精神，落實“推進新型工業(yè)化，加快建設制造強國、網絡強國、數(shù)字中國”有關部署，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《元宇宙產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動計劃（2023-2025年）》（以下簡稱《行動計劃》），為當前元宇宙產業(yè)發(fā)展提供了路徑指引。《行動計劃》提出堅持場景牽引，即開拓元宇宙應用場景，以場景建設帶動元宇宙技術與產品落地應用，形成需求牽引供給、供給創(chuàng)造需求的高水平發(fā)展局面。

在工業(yè)元宇宙中，時空的限制被打破，圍繞研發(fā)、制造和銷售環(huán)節(jié)構建起覆蓋全產業(yè)鏈制造和服務體系。研發(fā)環(huán)節(jié)，在虛擬世界中進行設計、仿真、測試，很大程度上減少研發(fā)過程中的投入消耗和試錯成本。制造環(huán)節(jié)，通過3D建模、智能裝配和制造，從而優(yōu)化生產流程并大幅提升生產效率；倉庫、物流、公共場所環(huán)境下的生產管理、監(jiān)控和安全預警等，通過遠程操作保障危險環(huán)節(jié)作業(yè)人員的安全。銷售環(huán)節(jié)，元宇宙成為消費者交互參與的媒介，增強產品展示的維度，讓消費者直觀感受產品，增加參與性，幫助用戶深入了解產品進而提高銷售成功率。

自2022年以來，以企業(yè)和高校為主的申請人將工業(yè)元宇宙廣泛應用于智能裝配和生產、3D建模、培訓教學、監(jiān)控、測試仿真等領域，部分還涉及農業(yè)、倉庫、物流、公共場所環(huán)境下的生產管理、監(jiān)控和安全預警等。

首先，工業(yè)元宇宙可助力智能裝配、生產過程。這是相關企業(yè)申請工業(yè)元宇宙相關專利的重點，且涉及汽車、航空航天、船舶、電子、建筑等不同的領域。裝配過程由以數(shù)字化指導物理裝配過程向物理、虛擬裝配過程共同進化演變。例如，構建航空工業(yè)元宇宙平臺，利用數(shù)字孿生技術構建園區(qū)、工廠、車間、生產線、設備、產品模型，從而在元宇宙空間構建數(shù)字飛機、工廠和供應鏈，還可構建虛擬人員進行漫游、操作上述模型，通過人工智能技術實現(xiàn)智能搜索、語音問答等功能，也就是說，上述平臺構建了一個完整的應用于航空工業(yè)的元宇宙框架，可以構建航空工業(yè)相關產品并在其中進行虛擬交互。而關于其中具體智能裝配過程，在采集裝配零件的三維信息后，在工業(yè)元宇宙虛實交互系統(tǒng)中通過人工智能機器人或者機器手輔助裝配，提高裝配的效率。在進行高危行業(yè)的施工如架設橋梁構件時，通過元宇宙中AR模擬具體構件從工廠預制到現(xiàn)場安裝的全過程，既提高安裝的準確性，也保證施工人員的人身安全。另外，在通過工業(yè)元宇宙實現(xiàn)產品的全流程管理過程中，可通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)對各個部件的追蹤溯源，以實時獲知各個部件的生產情況，做到公開透明。

其次，工業(yè)元宇宙可助力三維模型構建過程。這在相關企業(yè)申請的工業(yè)元宇宙相關專利中占比較高，三維構建的對象如牙模型、人臉模型、文物模型、礦山開采模型等，服務于各個生活和工業(yè)領域，尤其是不易復現(xiàn)的對象以及存在危險活動的對象。通過工業(yè)元宇宙進行三維模型構建不僅可以降低生產成本，而且可以提高生產效率。例如，三維地圖的構建，首先生成各建筑的三維模型，之后通過數(shù)字孿生技術將現(xiàn)實世界復制到虛擬世界，后續(xù)可為城市規(guī)劃、路徑導航等提供科學合理的支撐。

最后，工業(yè)元宇宙可助力培訓、教學過程。少量企業(yè)申請工業(yè)元宇宙相關專利，通過工業(yè)元宇宙中虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)產品展示、操作模擬、經驗傳遞。例如，虛擬服務器組裝仿真培訓過程中，先設計進行服務器組裝的仿真系統(tǒng)，培訓人員可通過頭戴式顯示器、耳機、手柄等人機交互設備進入虛擬仿真世界，可在其中沉浸式體驗服務器產品的具體結構、拆解安裝的過程，從而完成培訓過程。

另外，在電力設備的安裝培訓以及應急教育中，由于培訓場地和應用場景的限制——畢竟電力事故的后果通常比較嚴重——良好及有效的培訓系統(tǒng)至關重要。stARstudio編輯器是聯(lián)想晨星布局工業(yè)元宇宙的一個AR場景創(chuàng)作平臺，國網將其與電力設備模型結合，在其中創(chuàng)建自己的培訓課程，借助晨星NewG2 Pro AR眼鏡和相關控制器，可熟悉電力設備的安裝操作以及故障后應急處理操作。

除此之外，工業(yè)元宇宙還可用于仿真測試過程，利用虛擬現(xiàn)實技術模擬仿真測試環(huán)境，且可由虛擬人自動進行不限時不限次的仿真測試，從而降低仿真測試成本和提高仿真測試效率。而對于倉庫、工廠車間的監(jiān)控和生產管理，以及公共場所的監(jiān)控和安全預警，可以借助于虛擬現(xiàn)實眼鏡記錄巡檢全過程，利用云計算技術進行海量數(shù)據(jù)的分布式計算和存儲，結合人工智能算法實時分析數(shù)據(jù)并自動識別危險情況進行預警；還可借助于區(qū)塊鏈技術的安全透明進行物流運輸全流程的跟蹤溯源過程等等。

3

機遇與挑戰(zhàn)并存

我國工業(yè)元宇宙相關企業(yè)規(guī)模較小，應用場景較分散，在此形勢下，拓展應用領域，加強基礎技術、核心技術的研發(fā)和攻關，補齊短板技術，推動優(yōu)勢技術的創(chuàng)新和升級，構建工業(yè)元宇宙專利密集型產業(yè)以及相關產業(yè)聯(lián)盟勢在必行。

在此基礎上，工業(yè)元宇宙專利產業(yè)化的最后一步——專利轉化運用，要通過盤活存量專利，優(yōu)化供需對接，加大推廣應用，實現(xiàn)元宇宙典型軟硬件產品規(guī)模化落地實施，加快專利價值實現(xiàn)，加速制造業(yè)高端化、智能化、綠色化升級，支撐構建現(xiàn)代化產業(yè)體系。隨著對元宇宙的不斷探索、理解和嘗試，或許我們還會發(fā)現(xiàn)其在工業(yè)領域的新應用、新機遇。希望制造業(yè)與元宇宙交叉融合，推動傳統(tǒng)工業(yè)制造走向工業(yè)4.0智能制造。（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作湖北中心）

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2026年1月號）

01

微店訂閱

請掃左側雜志微店二維碼訂閱或點擊下方小程序鏈接購買。

02

郵局訂閱

各地郵局均可訂閱，郵發(fā)代號：2-652。亦可掃左側“中國郵政微商城”二維碼訂閱。

03

報社訂閱

請匯款至以下賬戶，并將匯款憑證發(fā)至本刊通聯(lián)發(fā)行部。

開戶銀行：中國工商銀行北京海淀區(qū)北太平莊支行

戶名：中國知識產權報社

賬號：0200010009014482891

通聯(lián)發(fā)行部熱線：010-82034385、010-82034281（傳真）

【點擊下方小程序購買本期雜志】

編校：苑寶平，審讀：郭麗

/ / / /

/ / /

/ /

/ / /

/ / /