工业元宇宙八项技术及具体应用

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    近日，工信部部长金壮龙表示，2023年将是元宇宙发展之年、应用示范推广之年，国家将密集出台政策，抢占先机。国家政策的出台势必会加速元宇宙产业的发展步伐。事实上，在元宇宙技术应用上，中国已有不少尝试与应用。在2023元宇宙大会春季会的院士论坛上，著名机械工程专家、中国工程院院士谭建荣先生，从机械设计、数字化设计与制造方面的研究出发，重点介绍多元异构数据转换与集成等八大工业元宇宙技术，并具体举例说明了相关的应用。
    
    谭建荣院士在演讲开场首先阐释了他所理解的元宇宙。谭院士溯源道：元宇宙的狭义起源就是虚拟现实。后来有了增强现实，虚拟现实和增强现实相结合成为混合现实。其后，在工业领域，美国波音公司提出了数字样机，2003年美国密西根大学Michael Grieves教授提出了数字孪生。数字孪生已经非常接近元宇宙这一概念。据此，谭院士指出：“元宇宙就是从虚拟现实到数字孪生所有技术的总和，当然也包括了人工智能、区块链、大数据、移动互联网等等技术。但它的核心技术就是虚拟现实和数字孪生。
    在强调了元宇宙的核心技术后，谭院士随即指出了元宇宙的三大特征：“第一个特征就是虚拟现实、虚拟化身。过去我们是人机交互，我们上网上机，人在机器外面，人在互联网外面，而元宇宙，人到里面去了，虚实融合了，里面有个虚拟化身是元宇宙的特征之一；第二个特征就是真实的体验、真实的交互。过去我们的交互，是鼠标交互、文字交互、语言交互，都是隔着计算机屏幕，都是在网的外面，现在要有真实的交互、真实的体验，直到虚拟和真实无法分清楚。这就是最好的虚拟现实，这是最好的元宇宙。现在这一技术已经部分地实现；第三个特征是时空的倒流。在元宇宙空间里，时空可以倒流，把过去与未来融合在一起。”
    
    对于元宇宙“时空倒流”这一特征，谭建荣院士特别举例说，某电视晚会上，周深与邓丽君对唱。其实他们是不同时代的，他们可以在一起对唱，而且看不出不在同一个舞台上，所以在元宇宙中，“时空可以倒流”。
    由以上阐释为铺垫，谭建荣院士进而强调：元宇宙技术利用在工业上就形成了工业元宇宙。结合工业实践，谭建荣院士总结出了八项工业元宇宙技术，分别为：可以异构数据的通道打通的工业元宇宙多元异构数据转换与集成技术、通过几何、物理、行为来预测机器行动的轨迹、加速度、震动等指标的工业元宇宙几何－物理－行为－工况建模技术、将温度场、又有引力场、电磁场等多场融合起来多性能耦合分析的工业元宇宙数字孪生多性能耦合分析技术，以及大数据驱动下的数字孪生行为仿真技术、工业元宇宙产品生命周期作业仿真技术、智能车间布局规划与生产调度优化技术、运行状态可视分析与故障智能预测技术、基于增强现实的维修维护操作导航技术等。
    
    谭建荣院士以自己的研发指出，这八项工业元宇宙技术可运用到具体工业产品的生产、检测、维修等各环节之中。他援引了具体案例：一是汽车发动机组装，就可以通过虚拟装配来实现。汽车发动机有几千个零件，不仅要装起来而且要拆得下来，不仅拆得下来而且要动得起来。应用工业元宇宙技术，一是可以解决装配当中的顺序问题，也就是先装什么后什么；第二解决装配的路径问题，即从哪个方向装上去；第三要解决装配的干涉问题，就是解决零部件装配在一起的矛盾关系。总而言之，要通过元宇宙工业技术来保证装配的一次成功率。再有就是焊接机器人，通过元宇宙工业技术解决了装配的干涉问题以及运动的可达性问题，保证了焊制的科学性与正确性。
    此外，此外，谭建荣院士还透露，他的实验室，还将元宇宙、数字样机与智能制造、数字孪生相结合，用在超大型低能耗空分装备设计制造、高档数控机床远程监控、诊断虚拟维修、大吨位深拉液压设备设计制造、高端冷冻加工中心、电梯大批量定制与设计等十个典型方面。故而，演讲最后，他表示希望业内同行，一起来进一步探索元宇宙的工业应用。