元宇宙行業深度研究報告:元宇宙如何成為下一代生產力工具?

行業資訊 2022-02-14 13:58 6439
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文章來源:華泰證券

作者:黃樂平/謝春生/余熠/閆慧辰

本文援引自公眾號“Metaverse元宇宙“的發文:《元宇宙不只是玩游戲!也將改變你的工作,揭秘三大生產力巨變》

01.從數字孿生到虛實共生

元宇宙將在辦公、城市、工業等企業服務領域廣泛應用,帶動生產力提升及產業變革。過去十年,我們見證了移動互聯網發展帶來的社會變遷及生產力進步,元宇宙作為人類未來數字化生產活動的場景,將同移動互聯網一樣,在辦公、城市、工業等 To B 領域廣泛應用,提升生產力,改變業務形態,重塑產業鏈及價值分配模式。

科技在 To B 領域的應用往往涉及研發、生產、協作、管理等多個環節,一方面,科技在研發、生產等環節的應用能夠帶來效率的提升,另一方面,科技在協作、管理等環節的應用則會引發產業形態和價值鏈結構的變化。

類比數字化時代,元宇宙也將在 To B 領域的各個環節作為先進的生產力工具發揮 重要作用,并引發社會形態的變革。具體而言:1)辦公領域,元宇宙將作用于生產、溝通環節,顯著提高工作效率,并推動勞動力供給全球化,帶來企業組織形態和管理模式的變革。

2)城市領域,元宇宙介入城市管理及城市服務,城市管理方面,隱私計算技術將從多個維度提升城市管理效率,虛擬空間中的城市應急管理有望提高城市決策能力;城市服務方面,AR/VR 將提升人與城市交互質量,數字人的引入將提升智慧城市服務水平。

3)工業領域,工業數字孿生技術為工業生產流程的各個環節均帶來變化,對于研發及生產環節,元宇宙下的高算力大大提升了效率;對于運營及集成環節,元宇宙使得工業產業鏈上下游的聯系大大加強,管理協作更加高效。


▲元宇宙對辦公、城市、工業等 To B 領域影響

隨著元宇宙在 To B 領域廣泛滲透和應用,該領域相應的產業鏈及價值分配模式 也將發生變化。具體而言:1)辦公領域,產業鏈將自上而下發生軟硬件更新迭代。硬件方面,原有的 PC、手機、平板等終端人機互動特性增強、智能化程度不斷加深,VR/AR/腦機接口等新興終端逐步應用和實踐;軟件/系統方面,協同辦公平臺將向元宇宙辦公社區演進。與之相對應,短期內,后疫情時代混合辦公模式成為常態,視頻會議/在線協作/流程自動化等產品將得到普及和應用,相關公司如 Zoom、億聯網絡、致遠互聯;長期而言,元宇宙辦公社區將逐步走向成熟,Meta、Microsoft等科技巨頭在該領域率先布局,已有試運營產品。

2)城市領域,智慧城市布局帶動行業估值的提升已開始顯現。智慧城市產業包括三部分:上游智慧城市設備制造,主要是硬件和軟件的開發,以??低?、大華股份、宇視科技(未上市)等為代表;中游智慧城市建設運營,由政府機構負責頂層設計,系統集成商、運營服務商和解決方案提供商共同參與,以中興通訊、中國移動、中國電信等為代表;下游智慧城市場景應用,包括政務、交通、安防、醫療、物流等領域。由于機器視覺首先在安防領域成熟,同時也作為海量數據的輸入口,安防成為智慧城市率先落地的場景之一,數據量的加大也將帶動算力需求和數據存儲業務。

3)工業領域,數字孿生技術將改變工業生產的各個環節。研發設計類,以底層技術為主線,如中望軟件、廣聯達;生產控制類,以行業 know-how為主線,如中控技術、寶信軟件、柏楚電子;運營管理類,以管理模型為主線,如用友網絡;協同集成類,以協同能力為主線,如上海鋼聯。

02.辦公

三大維度賦能辦公行業

數字化時代,辦公行業生產力、溝通、協作工具不斷演進,持續帶動生產效率及溝通協作 效率提升。1)生產效率方面,20 世紀 70 年代以來,以 office 為代表的數字化辦公應用迅速普及,電子表格及電子文檔替代紙質文件,顯著提升了辦公效率;隨后,ERP 將數字化整合到工作流中,核心業務流程精簡,消除不必要的重復性工作,帶來生產力提升;2015年以來,RPA 等自動化辦公工具興起,部分職能工作由機器取代,自動化程度進一步提高。

2)溝通效率方面,PC 互聯網時代,電子郵件和即時通信工具成為企業主流通信方式,初步實現了基于 Web 的點對點式離線溝通;移動互聯網時代,云視頻會議和無縫共享促使溝通協作由非實時向實時轉變,提高了人們快速響應新數據和信息的能力,保障了業務的持續性;

3)協作效率方面,協同辦公范圍不斷擴大,Teams/釘釘/企業微信等綜合協作平臺使得數據、會議、電子郵件和聊天一體化,團隊聯系更加密切。


▲數字化辦公行業發展歷程

元宇宙時代,工作形態將發生轉變,人們將能夠隨時隨地進入辦公室,在一個 有“虛擬形象”的 3D 空間開展一天的工作。在此情境下,企業生產、溝通、協作三個維度均有望實現進化:沉浸式的工作體驗將帶來工作效率及創造力的提升;元宇宙社區中的溝通有望接近現實世界面對面的溝通效果;企業雇傭的員工遍布世界各地,全球化協作促使其組織形態和管理方式變革。


▲元宇宙下的工作形態:生產、溝通、管理模式全面轉變

疫情催化數字化辦公市場滲透率提升。根據 Market Insights 測算,在疫情推動下,2020 年全球智能辦公市場規模達到 335 億美元,全球智能辦公人數達到 7.4 億人。根據 CNNIC 數據,2020 年 12 月,我國遠程辦公用戶規模達 3.46 億,較 2020 年 6 月增長 1.47 億,占網民整體的 34.9%,后疫情時代,有越來越多的企業建立起科學完善的遠程辦公機制,企業微信服務用戶數從 2019 年的 6,000 萬增長到 2020 年 12 月的 4 億,釘釘企業組織數量超過 1,700 萬,在線辦公使用率由 2020 年 6 月的 21%提升至 2021 年 6 月的 38%。


▲全球智能辦公市場規模及人數


▲我國在線辦公用戶規模(萬人)

后疫情時代,數字化辦公邊界服務對象不斷拓展,產品平臺化趨勢明顯。一方面,據CNNIC,截至 2020 年 12 月,視頻或電話會議使用率為 22.8%,在線文檔協作編輯為 21.2%,在線任務管理或流程審批為 11.6%,企業云盤為 9.4%,不同細分功能的用戶使用率存在顯著差異。隨著阿里(BABA US)、騰訊(700 HK)等科技巨頭入局及行業個性化需求增長,在線辦公市場逐步向平臺化方向發展,散落的“工具應用”將進一步被集成,更多垂直功能接入,實現生態互聯。

另一方面,隨著經濟環境、供需關系和商業邏輯變化,協同管理軟件已脫離傳統辦公的范疇,走向業務協作和業務管理,服務對象開始從企業內部延伸到外部供應商和合作伙伴,一些頭部協同軟件不僅支撐企業內部門戶構建,也支撐企業外部門戶構建,觸達供應鏈和客戶。


▲協同的邊界由組織內向組織外擴張

數字化辦公市場按照服務對象和功能可細分為生產力工具、溝通工具及協作工具三類:1)生產力工具:輔助個人生產力和工作效率提升的工具,如以 Office 為代表的辦公套件、以UiPath Robot 為代表的自動化辦公產品等;2)溝通工具:輔助實現團隊之間遠程溝通的工具,如以 Outlook 為代表的企業郵件系統、以 Zoom、騰訊會議為代表的視頻會議系統等;3)協作工具:輔助組織在線協作的工具,如以騰訊文檔為代表的在線協作文檔、以 Teams為代表的在線協作系統等。


▲數字化辦公市場可細分為生產力工具、溝通工具和協作工具三類

元宇宙時代,VR/AR、云計算、AI、區塊鏈等底層技術的發展將驅動辦公行業 生產力工具、溝通工具、協作工具全面進化。具體而言,1)VR/AR 技術的成熟一方面能夠帶給員工沉浸式的工作體驗,激發創造力,提升工作效率,另一方面,VR 會議比視頻會議更加貼近現實世界面對面的溝通效果,能顯著提升溝通效率;2)云計算/邊緣計算等網絡基礎設施的發展提升了信息傳輸的速率及質量,實現異地溝通的高實時性及高互動性,促進協作辦公范圍進一步擴大;3)AI 等人工智能技術融入具體辦公場景,使得辦公智能化程度進一步提升;4)同時,區塊鏈技術作為數字世界的信任基礎,有望解決元宇宙時代數據安全及個人隱私保護等問題。


▲元宇宙四大核心技術支撐:VR/AR、人工智能、云計算、區塊鏈

元宇宙帶來的變化1:VR/AR 沉浸式工作體驗能激發創造力,提高工作效率和溝通效果。 一方面,遠程辦公存在著損害創造力、減弱團隊凝聚力等問題,據微軟混合辦公白皮書,遠程辦公模式下,人們的人際交互活動更加單一,疏遠關系網的互動頻率低,這會導致創新的停滯和趨同思維,而元宇宙中的“化身”能讓彼此感覺處在同一空間內,提高凝聚力, 增強疏遠關系網的互動頻率,這些優勢都將顯著改善目前遠程工作中的痛點。另一方面,Eric 等學者在《Virtual memory palaces》中的研究表明,由于人們的認知和記憶部分依賴于空間感,因此在虛擬現實空間中的練習比屏幕前的練習效果更好,在虛擬現實空間下, 人們的認知能力和工作效率有望進一步提升。

VR 會議替代視頻會議,能夠最大限度的縮小與面對面溝通的效果差距。在元宇宙辦公世界中,3D 分身代替演講者在會議中出現,并通過運動追蹤技術實現分身與現實演講者的動作同步,這種沉浸式的交流方式能夠在最大限度上接近現實中“面對面”的溝通效果。根據Facebook 發布的《視頻及 VR 會議比較:溝通行為研究》,在視頻會議中,對話回合少,話題轉換更為正式,85%的溝通因肢體語言的缺失而受到影響,同時,演講者較少接收到聽眾的反饋;而在采用化身的虛擬會議中,肢體語言的使用和聽眾反饋的頻繁能顯著提高溝通效果,對話回合明顯增多,這種你來我往的討論方式更貼近自然情形下的人類交流。

當前的元宇宙辦公產品已能夠通過音頻提示、手勢追蹤等方式營造沉浸式的溝通體驗。例如,在微軟的 Mesh for Teams 產品當演講者說話時,將采用音頻提示使得臉生動起來,讓替身擁有更具表現力的動畫效果,營造臨場感。而 Facebook 的 Workrooms 支持頭部和手勢跟蹤,現實生活中用手所做的任何事情都將在虛擬世界中被跟蹤和再現。比如,如果你轉頭看同事或房間白板,你的視野會隨著你一起平移;如果你給另一位同事豎起大拇指,你的虛擬化身也會在會議室里豎起大拇指。

元宇宙帶來的變化2:借助 AR 協作系統進行“面對面”遠程指導,協作范圍進一步擴大 AR。等技術的發展為遠程協作提供了更多的可能性,“協作”一詞的范圍由簡單的數據、文件共享場景逐步滲透至需要直觀的“面對面”共同動手的實操性場景。在實操性場景中,AR 遠程協作可通過 AR 眼鏡或者具備 AR 功能的手機等采集聲音音頻,通過無線網絡傳輸到后臺協助端,借助 AR 遠程協作系統,實現由經驗豐富的技術人員進行“面對面”遠程指導。當下代表性的主流 AR 遠程協作平臺包括:Microsoft Dynamics 365、Atheer ARMP、Scope AR WorkLine Create 等。

元宇宙帶來的變化3:云計算解決異地溝通臨場感問題,促使勞動力供給全球化。 隨著 5G/云計算/邊緣計算等網絡基礎設施不斷發展,低延時、高速率、大帶寬的網絡以及對海量、高渲染畫面的實時計算能力能夠解決異地溝通臨場感問題,使得異地辦公也能實現高實時性、高互動性,很大程度上還原真實的工作場景。在此基礎上,企業可以打破地理限制,從全球范圍內招聘員工、外包人員,豐富組織成員協作方式,重構組織運轉流程,從全世界各地獲得勞動力補給,這也將極大程度上改善當前世界范圍內勞動力供需不匹配的問題,促使人口由城市中心向城市邊緣遷徙。

元宇宙帶來的變化4:AI 提供實時翻譯、鍵盤追蹤等功能內嵌,辦公智能化程度提升。成熟的 AI 技術是元宇宙辦公實現的前提,VR 會議中手勢追蹤、音頻提示等功能的實現均依賴于人工智能技術對現實世界的識別和解析,因此,元宇宙辦公天然就與 AI 技術緊密結合,并能夠借助 AI 技術進一步實現工作及溝通效率的提升。例如,微軟的系統實現了多人實時會議、線上方案共享、同時內嵌了實時翻譯和轉錄文字等協作辦公方面的實用功能,解決不同人種之間語言溝通障礙;Facebook 為了能讓用戶更方便地使用面前的實體鍵盤,在 Horizon Workrooms 加入了鍵盤追蹤功能,結合適用于 Mac 和 Windows 的全新 OculusRemote Desktop app,用戶可以一鍵訪問 PC,還可以在會議期間做筆記,將文件帶到虛擬現實,甚至可以選擇與同事共享屏幕。

在數據安全問題上,對于個人而言,沉浸式世界中新技術將在一個人的步態、眼球運動、情緒等越來越細微的層面上收集個人數據,這給現有的個人隱私保護帶來更大壓力。對于企業而言,核心數據和系統全部上云,如何在元宇宙底層資源不斷更新和擴張時實現數據資源合規收集、儲存和管理尚待探討。

區塊鏈技術作為數字世界的信任基礎,有望在未來為元宇宙中的數據安全及隱私保護提供有效的解決方案。在人員流動問題上,從傳統集中式轉入遠程工作模式后,人們足不出戶便可換工作,且遠程工作模式下企業凝聚力有所下降,這使得企業人員流失率有所提升,據麥肯錫統計,遠程工作后中國工作變更率增加 13%。

元宇宙的加入將自上而下改變在線辦公領域產業鏈及價值分配。終端硬件及軟件/系統解決方案為在線辦公市場產業鏈中兩個最主要的環節,在元宇宙時代,兩者都將迎來演進及變革。1)終端硬件方面,互聯網時代以 PC、平板、IP 視頻電話、USB 會議室攝像頭等智能終端為主,思科(CSCO US)、億聯、華為(未上市)等企業通信終端龍頭占據絕大部分市場份額,元宇宙時代,終端硬件形態將向 VR/AR、腦機接口等新興設備演進,“信息-眼-腦”的傳輸方式被簡化為“信息-腦”兩個環節。

2)軟件/系統解決方案領域,協同辦公平臺/云視頻軟件向元宇宙社區演進,元宇宙社區內沉浸式的社交體驗有望提升疏遠關系網的互動頻率,相應的,協作辦公的外延也將擴大,協作范圍從企業內部業務線延伸至供應商/合作伙伴/客戶,這就要求各個公司的元宇宙之間可以自由連接,不同元宇宙社區在軟硬件兼容、平臺轉換上形成國際共識。


▲元宇宙帶來辦公領域軟硬件變革

目前,Facebook、微軟等巨頭已開始在軟硬件領域演進方向上布局。在硬件領域,除人們熟知的 VR/AR 外,Facebook、Valve(未上市)、Neurallink(未上市)都入局了腦機接口,Project Steno 方案可以分析癱瘓患者大腦皮層負責語言的部分,并解碼為完整的文字。未來,這項腦機接口技術可能用于光學 BCI、EMG 腕帶等非侵入式消費級產品,甚至作為 AR眼鏡的輸入方式。

在軟件/解決方案領域,微軟和 Facebook 兩大巨頭在元宇宙辦公領域的布局思路略有不同。在辦公元宇宙的定位上,1)微軟致力于成為元宇宙聯通之間的“粘合劑”。微軟 CEO Nadella認為未來將是“多元宇宙”的格局,“聯通性”成為不可忽視的價值創造部分。微軟將 Teams想象為元宇宙的原型,公司可以在其中建立自己的虛擬空間,而將 Mesh 視為提供基礎粘合劑的角色,幫助多個元宇宙連接在一起,微軟的 Mesh 允許公司使用 API,幫助公司構建自己的元宇宙,并在所有的這些虛擬世界中擁有持久的身份。

2)Facebook 則強調各個元 宇宙場景之間的聯動。Facebook 將辦公作為其元宇宙布局的八大場景之一,強調各個場景之間的聯動,以 Horizon Home 為入口,擴展到辦公應用 Horizon Workrooms、社交應用Horizon World 及活動應用 Horizon Venues 等場景。

03.城市

虛實共生對城市管理提出新要求

城市是人們生活和生產的重要載體。從城市雛形到數字化、智能化進程中,大型城市數量在不斷提升,而我國的城鎮化率也從 20 世紀八十年代的 25%左右提升到現在的 65%,政府在公共交通和公共安全上的支出持續增加,隨著城市空間復雜度的提升,城市空間的管理方式和管理效率有精細化、模塊化、場景化趨勢?;ヂ摼W的崛起引導人們生活向線上轉移,上網時間不斷拉長。在城市演變過程中,城市管理的需求根源來自于對城市數據的充分挖掘和高效利用,最終使得各部門在業務層面實現職能協同。


▲城市在管理結構、公共監控技術、城市形態等多方面正發生變遷

城市演變1:城市復雜度增強,管理半徑增加,多維度管理成為趨勢。監管內容:城市整體形態方面復雜程度增加,從人物的多維度監管價值被不斷放大。生活工作的多樣性大大提升了城市物理空間構造的復雜程度,賦予了城市更多的定義和內涵,也催生出更多數字應用場景。城市的管理分成三大階段:

第一階段:線下階段。城市的管理維度已經覆蓋了物理世界的人流管理和車輛管理,例如智慧交通系統管理解決方案利用 AI 算法做到高精度違法判別,全路網視頻監控,目前可做到自動取證,給出預測分析及輔助執行;智慧生活監控解決方案可以做到客群流量實時監控,自動預測客流高峰,精準排除違規和危險行為。

第二階段:全連接階段。隨著 5G 通信、大數據等技術的深度應用,各類基礎設施正在連接網絡,城市的管理維度正在進一步擴張,將基礎設施、環境等城市元素數字化并納入線上管理的范疇:如智慧環境監測解決方案能實現實時地環境監測并精準識別各類影響環境的違規行為。

第三階段:互動階段。更近一步地,城市基礎設施將在虛擬世界形成數字孿生,居民在虛擬世界中將和城市基礎設施的數字孿生形成互動,因此城市的管理范疇從傳統的線下變為線上線下的聯動。如現有的智慧網絡安全解決方案將針對網絡各類違規內容分析和識別,對違規信息精準高效審核,而未來針對基礎設施的網絡安全問題將受到更多關注。

在多樣化的場景中,數據重要性凸顯,日益龐大的算力需求成為城市發展的底層動力。管理半徑增加的趨勢既考驗著技術發展水平,也考驗著城市管理機制,跨部門、跨線上線下的合作將變得更加頻繁,如何協調部門的管理半徑,共享城市數據變得更加關鍵。


▲城市管理維度從管人向管物延伸

監管主體:經歷技術驅動-政府主導-社會共建三個階段,更考驗政府的統籌能力。隨著城市化進程的加快,城市管理的方式也在發生變遷。過去在探索期,主要依靠大型技術公司通過 IT 技術集成解決城市運營垂直領域問題。步入 2010 年之后,政府側重于基于城市發展需求整體規劃部署,以此來提高城市運營管理質量。而目前,城市服務更傾向于政府引導,引入公民、企業參與城市建設,通過打通問、辦、查、檔四個步驟實現服務高效。

同時在組織設計上,與傳統城市管理模式相比,智能化城市更強調監管分離,將信息收集和監管評價職能剝離開來,設立了專業部門如市政管理委員會、環衛部門、民政部門等,以及行政部門如區政府、街道辦事處、社區委員會等。這種推行主體演變的趨勢更加強調了城市管理參與方的多樣性,也更關注數據在各部門和各參與方之間流動的時效性和保密性。


▲政府管理架構

城市演變2:智能化便民服務提升效率。疫情下政府服務“提質增效”需求迫切,一卡通打破數據孤島。我國政務數字化經歷了四個階段:1)“一門一窗一網”:由入駐政務大廳統一受理,政務系統逐步統一門戶,網上辦理開始興起;

2)全國全省一體化平臺:政務實現全省通辦、全國通辦,采集到的電子證照實現全省共享、全國共享;

3)業務流程優化改造:政務系統走向整合,政府致力于實現業務流程優化,減少材料,同步開始啟動人臉認證、簡易審、智能批、秒批等特色業務;

4)主動式智能服務:以用戶為中心的主動智能服務開啟,政務更注重沉浸式和隨時、隨地、隨需、隨行的服務體驗。我們看到,在疫情的影響下,政府公共服務持續面臨“提質增效”挑戰,政府利用大數據、云計算等技術在一窗集中辦理,線上線下一網通辦上實現了新的突破,而未來在層級、地域、系統、部門、業務之間的有效融合將成為城市服務趨勢。

數字化、智能化城市到元宇宙城市:從 1:1 映射到 1:n 映射最終到虛實世界相互影響 數字孿生是目前最貼近元宇宙城市的應用。在智能化城市之上,城市管理者正在將數字孿生概念從原來的航天、工業領域引入到城市建設中。數字孿生是整個城市的數字模型或實物資產的副本,它賦予實體城市一個具備 1:1 映射的數字克隆體,以此實現全要素的數字化、虛擬化以及全狀態的實時化和可視化。從城市管理角度出發,整個城市的數字孿生可以有效地協助城市規劃以及實物資產的運營和維護。

數字孿生在城市領域的應用強調對實體空間的精確復現,可對城市的物理空間發揮模擬、預測等作用。通常認為,元宇宙是在精準模擬物理空間運行的同時,創造數字空間中的原生體驗,探索數字空間中特有的生活方式和社交形態,進而實現數字空間反向影響物理空間。通過對城市演進的探討,城市系統未來的發展會在思維方式上從數字化走向智能化,進而從數字孿生走向元宇宙。

在數字孿生的基礎上,元宇宙強調了多元主體的互動效果,使得原有的虛擬平臺不僅提供可視化能力,更實現了虛擬和現實的全面連接和高度協同。在元宇宙思維下,市民可以通過多層次參與到城市的虛實互動、交互反饋,幫助實現系統的完善和自適應優化。


▲元宇宙是城市建設的下一個方向

元宇宙對城市產業生態建設給出了終極指引,圍繞元宇宙概念下的城市建設進程有望加速。以數字孿生為基礎的智能化城市已經初具雛形,并繼續沿著演變思路在城市管理和服務上有較大突破。更進一步我們看到,在游戲、影視、政府工作安排等角度已經開始對元宇宙城市提出了暢想。

元宇宙帶來的變化1:隱私計算技術提升多維度城市管理效率。多模態數據的所有權、使用權和管理權分離一直是城市發展過程中的難題,而元宇宙作為超大數據集合體,不僅要保護用戶數據的隱私,更需要考慮挖掘和體現用戶的數據價值。我們認為,在區塊鏈技術的基礎上,隱私計算可以保證元宇宙世界里與用戶相關的原始數據不被泄露、用戶的隱私不被暴露。同時由于元宇宙需要獲得更高的數據價值和虛擬空間體驗,會將數據調用出來訓練,并進行細顆粒度挖掘和實時同步,全范圍的隱私計算技術將讓數據在保持加密狀態以及不泄露給使用方的前提下,實現計算合作。未來隱私計算將成為元宇宙時代城市管理的重要技術,不斷提升跨世界中的城市數據管理的效率和安全性。

目前部分廠商正在探索將區塊鏈與隱私計算相結合的技術路徑。其中 PlatON2.0 基于隱私計算網絡搭建了一個去中心化的人工智能市場,以實現 AI 資產的共建共享和敏捷的智能應用開發,提供從 AI 算力、算法到 AI 能力及其生產、部署、集成的全流程產品和服務。根據 2.0 白皮書的規劃,AI 開發人員可通過隱私計算協議連接 PlatON 的去中心化隱私計算網絡,在保證數據隱私安全及合法合規的基礎上,以較低的成本獲取所需的資源(數據、算法和算力),用來訓練 AI 模型并可發布到網絡上,與其他 AI 服務或代理交互,逐漸構成自組織的協作的人工智能網絡。

元宇宙帶來的變化:AR/VR 賦能應急管理。目前在應急管理方面的設想是利用 AR 智能眼鏡、無人機+地面全景相機遠程監測,實現地空一體化,而實時回傳現場的超高清視頻將提供精準的災情變化情況。災情現場一線檢測救援人員在系統前端通過 AR 智能眼鏡、VR 攝像頭采集聲音、影像及數據,將現場高清視頻實時傳遞給遠程專家,讓現場技術人員與全球任何角落的專家一起跨平臺的協作。

更進一步,元宇宙時代由于現實世界實時映射的屬性,城市反映的問題將全量映射到元宇宙中,而管理者可以通過元宇宙中觀察事件的動態,提前發現態勢的變化,從而為現實世界的城市治理提供模擬決策,相比于目前城市事中監控事后追查,元宇宙的管理技術更側重事前。元宇宙世界的模擬應急事件也將更貼近真實場景,參與主體有望更廣泛。此外,我們也看到目前城市應急管理由于部門不同的權責劃分,難以實現全局統籌,而在元宇宙的世界里,規劃建議的效率提升將進一步顯現。

元宇宙帶來的變化3:數字人提升智慧城市服務水平。在英偉達(NVDA US)2021 年 GTC 大會上,我們看到數字人在外語對話、餐廳服務方面的雛形開始顯現,而將數字人引入政務服務等場景,讓數字人充當智能前臺、智能顧問,則可以將政務服務人員從重復性的咨詢類業務中解放出來,從而優化整個業務流程,實現提效降本:1)無柜臺遠程服務:遠程支持社保/公積金/醫保業務辦理、政策咨詢等線上服務,AI 客服 24 小時在崗;2)高效化業務導辦:強大的行業知識庫,結合高效的人機互動方式,讓每一個提問都能及時得到回答;3)智能化員工培訓:培訓機器人主導的業務崗前培訓、智能助理學習輔助、媲美真人的人機練習。

04.工業

數字孿生對工業流程的變革是主線

工業軟件的本質是以數字化模型或專業化軟件工具沉淀工業經驗。理解工業軟件,不僅僅是從工業或者軟件的單向角度去理解,而是應該從這兩個要素雙向的相互影響的角度來理解。工業化先進程度決定了工業軟件的先進程度,工業軟件的先進程度決定了工業的效率。

回顧數字化時代工業軟件的發展過程,我們發現可以從軟件和工業兩個維度來總結數字化帶來的變革。軟件維度來看,工業軟件的商業模式迭代是以工業企業的需求迭代為基準進行的。工業維度來看,產業鏈不同的價值分配和數字化需求決定工業軟件的作用。

軟件維度來看,工業軟件在數字化時代的商業模式變化以需求為導向。隨著工業企業不斷使用工業軟件,對經驗累計的范圍和形式不斷提出更高要求,工業軟件廠商根據需求反饋進行快速迭代優化,是工業軟件生存與發展的基本模式。

發展歷史來看,工業軟件伊始是以工具軟件的形式出現,只解決工業企業的單點需求;隨著工業企業的零散化需求被逐步解決,又提出了多場景數字化的需求,由此發展出了系統化平臺;隨著單一企業需求被解決,針對不同企業之間的供應鏈需求,發展出了云部署平臺;隨著工業企業終端硬件的多元化和零散化發展,工業軟件又朝著工業互聯網方向發展。

工業維度來看,產業鏈位置決定價值分配和數字化需求。工業企業產業鏈各個生產環節涉及的核心資源以及場景需求重點各不相同,進而產生了不同的價值分配和數字化需求的側重,最終衍生出不同類型的工業軟件。

1)研發設計:研發及設計是生產制造的前置環節,對于工業企業的創新能力、知識產權、數據利用等能力提出較高要求。針對企業研發設計需求,工業軟件發展出了 CAD(工業輔助設計)、CAE(工業輔助工程)、CAM(計算機輔助制造)、EDA(電子設計自動化)等產品。

2)生產控制:工業企業的制造過程早期涉及原材料生產、原材料加工等生產環節,此時對工業企業的要求集中在資源獲取、生產效率、固定資產成本等要素上?;谶@些需求,陸續出現了包括 MES(制造執行系統)、DCS(分散控制系統)、PLC(可編程邏輯控制器)、SCADA(數據采集與監視控制系統)等工業軟件產品。

3)運營管理:工業企業的制造過程后期涉及產品組裝以及成品加工等生產環節,此時勞動力成本、管理效率以及工業鏈的完整性對工業企業尤為重要,依此需求工業軟件行業發展出了 ERP(企業資源計劃)、CRM(客戶關系管理)、WMS(倉庫管理系統)、LMS(物流管理系統)等產品。

4)協同集成:生產制造完成之后的工業流程一般包括物流、市場營銷以及售后服務等,考驗工業企業的渠道覆蓋、價值挖掘能力以及文化影響力等。而針對工業企業的 OA(辦公自動化)、IM(及時通訊)的協同集成類產品則很好地滿足了下游企業需求。

復盤工業軟件發展歷程,我們發現從數字化時代到智能化時代再到元宇宙,工業軟件與工 藝流程總是共同演進。對標數字化、智能化所帶來的變革,我們認為元宇宙同樣有望以沉 浸式交互、大算力整合等代表性技術,帶來產業變革與投資機會。

數字化時代代表性技術以圖形化和自動化為主,主要變革意義在于解放勞動力。工業數字化進程大致始于 20 世紀 50-70 年代,以圖形化、自動化為代表性技術,將計算機設計、調度等能力首次帶入工業生產領域,替代人工操作,解放大量勞動力的同時提高生產效率。這一時期的典型代表,如 20 世紀 50-60 年代出現的 CAD 軟件,以全新的圖形化設計界面,提供計算機輔助設計能力,替代傳統手繪設計,使得工程設計環節效率大大提升;又如上世紀 60-70 年代出現的 PLC 軟件,通過基于微處理器的電氣自動化控制,實現工業生產部分或全部流程的自動化控制。

以 CAD 軟件為例,在 CAD 出現之前,一切機械、建筑設計都只能由工程師手繪完成,而CAD 則通過圖形化的交互界面,大大簡化設計過程,縮短工程周期。根據洛克希德公司數據,利用數控機床生產 C141 飛機的 1500 個零件,每條生產線的平均準備時間為 60 小時,而計算機制圖軟件可以節省超過 10 個小時的時間。隨著 70 年代實體造型技術的不斷完善,三維圖樣可以在 NC 中自動編程,CAD 真正實現了從輔助繪圖到助力生產。典型 CAD 產品如 CAD 鼻祖 SKETCHPAD、全球 CAD 霸主 Autodesk 旗下的 AutoCAD。

智能化時代核心能力主要包括建模和仿真,通過軟件重新定義生產流程。隨著計算技術不斷發展,算力及其應用方式實現創新突破,仿真和建模技術開始進入工業生產領域,以數字化的仿真改造流程、指導生產過程。這一時期的典型代表,如 20 世紀 70 年代前后出現的 CAE 產品,通過對工程和產品進行建模分析,從而在生產之前測試產品可用性和可靠性,減少實物樣機實驗帶來的資源浪費;又如 20 世紀 80 年代左右出現的 MES 產品,以計算機建模復刻工業生產流程,從而實現對工廠生產過程的控制和管理。

以 CAE 軟件為例,在 CAE 出現之前,傳統生產過程需要經過“產品設計-樣件制造加工-實驗測試-成品試產-量產-銷售”的過程,而 CAE 軟件的出現,則通過計算機仿真分析,解放實驗過程,以虛擬樣機替代物理樣機,將工程周期縮短為“產品設計-CAE 分析-成品試產-量產-銷售”,節省大量費用開支。以飛機制造過程為例,需要從結構力學、流體力學、電磁學等層面,對飛機進行鳥撞分析、多體動力學分析、機翼靜力分析等,而 CAE 的出現則為這類分析提供了虛擬化實現方式,避免了實驗建造真實飛機帶來的資源浪費。典型 CAE產品,如達索 SIMULIA、ANSYS Fluent、Altair HyperWorks 等等。

以沉浸式交互、大算力、人工智能為代表的元宇宙技術,為工業領域帶來生產力升級。復盤數字化時代、智能化時代的工業生產變革,我們發現,在新技術驅動下,工業軟件與工業流程往往共同演進、相伴相生。而隨著元宇宙在工業領域的滲透,以沉浸式交互、大算力整合為代表的元宇宙技術開始為工業生產領域帶來新的變化。如 AR/VR 技術的出現,使得工程專家能夠遠程指導生產過程;大算力的整合使得仿真效率提升,元宇宙 AI 路測成為訓練自動駕駛系統的新選擇。


▲從數字化、智能化再到元宇宙,工業軟件與工業流程共同演進

元宇宙帶來的變化1:AR/VR 技術加持,打破生產協作時空限制。工業生產領域的辦公協作在虛擬現實技術加持下突破物理空間限制。隨著元宇宙概念催生大量 VR/AR 技術落地,用戶可以通過穿戴 VR 頭盔等設備進入虛擬現實場景中,實現沉浸式體驗。當這一技術應用于工業場景時,現代工業生產過程有望打破時空限制,實現虛擬環節下的生產協作。

元宇宙帶來的變化#2:整合大算力,突破仿真設計瓶頸。模擬仿真過程涉及大量計算過程,存在算力瓶頸。傳統的仿真設計過程,往往需要使用 CAE軟件實現對真實物理世界的建模還原,進行多物理場耦合,仿真過程極其復雜。仿真過程中涉及的物理場包括動力學場、化學場、靜電場和磁場等,涉及學科包括理論力學、結構力學、聲學、熱力學等。因此,仿真模擬需要計算機提供大算力支持,以確定更佳的設計參數、實現更好的仿真效果。理論上來說,更大的算力支持往往意味著更加精確和真實的仿真結果。然而受制于個體算力瓶頸限制,企業較難以本地部署的方式進行 CAE 仿真設計,從而阻礙了仿真設計過程的順利推進。

元宇宙以平臺化方式,整合大量低成本算力資源。以元宇宙領先企業英偉達為例,從 2018 年Parker 問世的三四年間,英偉達將芯片算力提高了幾百倍,據英偉達官網,Orin 芯片采用了7nm 的生產工藝,可實現每秒 200TOPS 運算性能,相比上一代 Xavier 系統級芯片運算性能提升了 7 倍,而在運算性能提升巨大的情況下,Orin 的功耗僅為 45W。通過將大量芯片算力資源進行整合,英偉達以 Xavier、Orin 等平臺模式,為自動駕駛提供算力平臺和仿真訓練。

元宇宙帶來的變化3:加速云化,帶動 PS 估值提升。工業軟件云化是數字孿生的前置條件,工業元宇宙有望加速軟件云化進程。從全球工業軟件發展趨勢來看,云化是其中的重要方向之一。而工業數字孿生將傳統軟件環境轉化為虛擬現實環境,天然適合進行云化,且本地化部署方式往往難以滿足數字孿生所需的算力要求,因此更加需要進行軟件云化以適應場景需求。隨著 Autodesk(ADSK US)、PTC(PTC US)、ANSYS(ANSS US)等工業軟件巨頭紛紛入局工業元宇宙,頭部玩家帶來的示范效應將進一步加快工業軟件云化進展。

本文來源:巴比特 原文作者:行業資訊 責任編輯:yuele
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