加速工业4.0！元宇宙模拟生产线运作，或助提升生产力

　　元宇宙（Metaverse）是科技界的热门议题，目前市场对元宇宙的讨论多半聚焦于沉浸式游戏与社交体验，其实把它应用在工业生产层面，实际效用可能更大。近年愈来愈多制造业者开始布局“工业元宇宙”（Industrial Metaverse），将现实工厂中的研发、设计、制造等场景复制到虚拟世界，然后透过AI对生产过程进行模拟和预测，以提高生产效率、促进产品创新。有市调机构预测，基于工业元宇宙的智慧制造产业，到2025年全球市场规模上看5,400亿美元！

工业元宇宙推动智慧制造发展

　　工业元宇宙之所以备受看好，主因在于元宇宙可以帮助解决制造业当前的挑战。近年，先进国家的少子化现象愈益严重，令工厂缺工问题逐渐浮现；而且不少老师傅累积多年的经验与知识，也急需用数码方式保存下来，避免因青黄不接而出现知识断层。

　　受到中美贸易战、俄乌战争、通货膨胀等环境因素冲击，制造业营收增长放缓，业者亦要谋求新的技术方案，改善产品研发与生产流程，以减省成本。工业元宇宙透过虚实结合的人机协作互动，呈现更透明的量化管理模式，为优化工业生产效率和人员培训带来崭新发展思路。

　　市调机构TrendForce指出，元宇宙可满足模拟作业、远端协作等工业需求，智慧制造（Smart Manufacturing）亦有望乘此热潮而加速发展，预估到2025年全球市场规模有望突破5,400亿美元（约4.21兆港元），2021至2025年复合增长率将高达15.35%。

　　相比起消费市场，元宇宙能够抢先在工业领域大规模落地使用，不但因为工厂本身有场域封闭性，大型生产线的数码化程度亦普遍较高，更因为工业4.0（第四次工业革命）的核心其实是虚实整合系统，让制造业具备引入元宇宙技术的先天优势。

促进产品创新，缩短测试时间

　　目前被业界视为工业4.0应用重点的“数码分身”（Digital Twins），能以符合真实物理状况的方式，在数码环境中建构模拟实物的虚拟物件，成为塑造工业元宇宙雏形的关键技术。只要能够将工厂所有运作数据整合到数码虚拟平台，便可以透过数码分身技术，在虚拟环境中搭建模拟现实工厂的立体数码模型——“元工厂”（Metafactory）。

　　如此一来，在整个生产过程中，无需等到实际出了毛病再忙着抢修，而是可以在元工厂上模拟各种状况，务求找出潜在问题，及早对症下药。因此，工业元宇宙的出现，可为制造业带来3大好处：一、促进产品创新，缩短生产时间；二、实现远端维修，减少停机损失；三、提供高效而安全的虚拟训练，降低实习风险。

　　在数码分身的支援下，制造业者可在元宇宙内仿造出跟现实世界等比规格的实体产品，然后透过AI人工智能对产品进行模拟和预测，从而找出产品缺陷，再作出改良与创新。对车厂来说，如果可以在车辆生产前找到设计缺陷并加以修正，便有助减低车祸发生的机率，故此率先引入数码分身技术的制造行业，正是汽车产业。

宝马在元宇宙模拟生产线运作

　　德国宝马集团（BMW）是第一家把整座工厂虚拟化的汽车制造商。该公司使用辉达（NVIDIA）的元宇宙技术平台《Omniverse》，花了６个月时间搭建出一座元工厂，模拟现实生产线的运作状况。

BMW透过《NVIDIA Omniverse》平台在虚拟世界中建立了元工厂，并在其中进行改变生产线配置、工人动线、机器人与仓储管理等实验，以提高规划流程的精度、速度和效率。（图片来源：BMW官网）

　　BMW在元宇宙平台上建构了不同的元工厂模型，将员工、机器人、装配零件、厂房内部结构等元素均输入至模型，其运作会根据即时的现实数据进行模拟。厂方如想知道员工与机器人要怎样配置，始能达成最高的生产效率，可以事先在元工厂中模拟不同配置下的生产情况，以找出最优化的配置组合。

　　假如要制造新车型，厂方也可以在元工厂检查生产线运作，寻找现实生产线上可能会发生的错误，并予以修改。如基于实际的设计蓝图进行模拟，还可以计算出每件产品从投入原料至完成制作所需的时间，以及收到订单后到运送给客户所需的时间。

在BMW的汽车生产线上，人和机器人一起工作，但如何配置才可达成最高的生产效率？只要透过《NVIDIA Omniverse》平台进行模拟和预测，便可以找出答案。（图片来源：BMW官网）

为求建构高像真度的元工厂，BMW自2020年11月起使用流动式3D激光扫描仪对旗下汽车工厂进行空间扫描，预计到2023年初便可以完成对所有厂房的扫描流程。（图片来源：BMW官网）

BMW拍摄逾800,000张生产设备图像，汇集成AI数据集，用于创建虚拟世界中的元工厂。（图片来源：BMW官网）

　　参考元工厂的模拟分析，BMW对其现实生产线与原本设计图作出30%的修改，不但促成了生产流程创新，更有效地缩短产品从概念到生产的投入时间。

BMW利用《NVIDIA Omniverse》集成厂房结构和生产设施数据，以及生产材料的项目和零件编号，搭建成元工厂，让不同时区、不同地点的员工都可以访问此虚拟空间，在需要时一起规划和优化生产流程。（图片来源：BMW官网）

实现远端维修，减少停机损失

　　当元工厂搭配AR/VR头戴装置使用后，更可让工厂内的技工可以突破现实空间限制，与总部的工程师进行远程协作。以往，一旦生产设备发生故障，因为生产线本身的复杂性，动辄需要多个部门协同合作，联手进行抢修。这样既要耗用大量人力，又要花时间调动各部门人员，相当费时失事；有时候很难在短时间找到故障成因，令生产线被迫停摆，造成难以估计的经济损失。

　　现在，只要技工戴上AR/VR装置在厂房待命，在工厂以外的工程师就可以藉由远端协作的方式，指导技工进行维修。以日本川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）为例，该公司在2022年5月导入微软（Microsoft）的工业元宇宙方案，让工厂员工穿戴微软HoloLens头戴装置，帮助生产、维修和管理供应链。

川崎重工采用微软的工业元宇宙方案，可让身处不同地点人员透过虚拟化身进入元工厂，一起讨论如何维修和管理供应链。（图片来源：翻摄微软官方YouTube影片）

　　在微软《Azure Percept》边缘运算系统与HoloLens相互结合下，戴上HoloLens员工眼中所看到的现实厂房环境，迭加了全息影像（Hologram），呈现生产设备的实时运作数据；如设备发生故障，更可以显示问题所在。

微软工业元宇宙方案建构在公用云端平台“Microsoft Azure”上，让企业用户可按自身需要创建专属的元工厂，并确保不管用电脑、手机、抑或平板电脑，都能流畅登入使用。（图片来源：翻摄微软官方YouTube影片）

　　当需要维修时，川崎重工不用派遣工程师亲赴现场，只需让厂房员工使用HoloLens与远方的工程师连线交流；当工程师透过视讯画面掌握问题症结，便可用AR的视觉提示方式，指导现场员工完成维修。如此一来，工程师就无需舟车劳顿，远赴厂房进行抢修；技工亦不用等待工程师抵达现场后，始可着手修理故障设备，有助加快维修速度。

工厂员工戴上HoloLens装置后，便可跟远端的工程师一起协作维修。当工程师掌握故障成因后，可以把维修指示输入到穿戴装置，让现场员工知晓如何进行抢修。（图片来源：微软官网）

虚拟教学训练，降低实习风险

　　过去，新进员工要学习如何操作生产设备，都要进入厂房进行实习，但有些工厂环境可能处于高温、高压、高噪音等危险状态，让培训员工存有一定的潜在风险。如今，有了元工厂，新员工可以在虚拟环境中接受训练，就算有任何犯错，都不会造成生命危害或经济损失。

　　在元工厂中，尚未熟练作业的新员工不仅可以练习高危险性的操作，还可以接受因原料成本过高、或必须穿着特殊装备而难以实际演练的技术训练。这样可以避免训练过程中可能发生的意外事故，又不用浪费高成本的生产原料，并可让新员工在短时间内充分学习相关技能。

　　更重要的是，可以在元工厂内向新员工示范，生产线上有哪些重要环节，必需多加注意操作，并模拟错误操作的话，会产生什么不可逆转的严重后果，让他们知所警惕。

元宇宙两大隐忧：资安与私隐

　　不过，建构如此巨大的工业虚拟世界，需要的数据量是非常庞大；尤其当人们在元工厂中自由移动时所留下的大量数码足迹，将会让更多数据曝露在数码环境下，出现个人资料泄露、网络钓鱼攻击等风险自然大增。

　　为求满足身历其境的沉浸式体验需求，新型AR/VR装置均内置感测器与摄影镜头，以侦测用户的所有动作，从中分析归纳出用户的生理状况、心理状况、年龄、性别等个人资讯。因此，一旦元宇宙平台发生资料外泄事故，带来的私隐问题将会比过去的互联网时代更加严重。

　　由是之故，各国政府对元宇宙平台收集个人资料、以及与第三方共享的方式，必须制定更明确的指引。同时，各大企业在开发元宇宙产品和服务时，必须积极思考个人私隐和资讯安全课题，从保护用户私隐角度来建构元宇宙的基础设施，务求共同创造一个可信任的元宇宙生态系统。