游戏技术助力制造业的数字化转型

当前，我国制造业在全球产业链的影响力不断加强，同时，在新一轮的智能制造浪潮中，数字化转型将为我国制造业高质量发展提供坚实动力。游戏的实时渲染、物理模拟、虚实交互等技术能力将助力工业数字孪生，以“数实融合”助力我国制造业的数字化转型。

数实融合是制造业数字化转型的必由之路

产业数字化转型是深化供给侧结构性改革的重要抓手，是加速产业数字化变革的关键步骤。为此，我国国民经济十四五规划明确提出，要打造数字经济新优势，就要充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业、新业态、新模式，壮大经济发展新引擎。工信部等部门发布的《“十四五”智能制造发展规划》进一步指出，到2025年，规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化，重点行业骨干企业初步应用智能化;到2035年，规模以上制造业企业全面普及数字化网络化，重点行业骨干企业基本实现智能化。

钢铁工业是国民经济发展的基础性工业之一，是我国工业强国、制造强国的重要领域。在工业的数字化转型中，中国工业经济联合会会长李毅中表示，数字产业化是手段，产业数字化是目的，前者为后者服务。最新数据显示，2016-2020年，中国工业数字经济渗透率、成熟度、设备数字化水平等方面有逐年提高趋势。如今在十四五产业数字化发展的大背景下，信息技术与实体经济不断磨合发展，数字工厂的应用应运而生。数字工厂是一种新型生产组织方式，在数字孪生环境中使用游戏引擎等技术应用，对整个产品生命周期进行仿真、评估和优化。它的工作内容既存在于实体工厂，也存在于基于云的数据池中，是智能、柔性工厂和数字集成生产设施的深度融合。

数字工厂在国外已取得了显著的实践成果。例如，在车辆设计与制造方面，宝马在2014年即通过虚拟现实硬件与Epic Games的虚幻引擎等技术，实现设计师在车辆设计流程早期进行试验和决策，工程师在车辆设计实际应用前可在虚拟的装配车间里测试，极大提高了宝马车辆设计与制造的效能。与美国、德国等国相比，工业数字孪生在中国的研究和受关注相对较晚，虚幻引擎等游戏技术平台在数字工厂的应用亟待深入。

图形技术是工厂数字化转型的基石技术

工业软件被称为工业皇冠上的明珠，是提升我国制造业智能化水平与竞争力的关键之一。由于种种原因，作为工业制造的“灵魂”载体，过去几十年来，国内CAD(计算机辅助设计)和CAE(计算机辅助仿真)等核心工业基础软件发展相对滞后，西门子、达索、欧特克等欧美企业占据先发位置。因此，早在2019年，工信部等部委即通过专项行动等方式制造业设计能力提升。

图形技术是构建数字工厂的重要基础。一个数字工厂的建设过程将涉及到建模、渲染、交互等，并需要在多端进行高质量模型的渲染，可视化及实时数据虚实互动。这些图形技术在数字工厂的应用，结合人工智能等分析工具，将助力解决产线的现场故障预测、危险作业操控等业务需求，让工程师可以在全真工厂中，远程迅速、安全便捷地解决问题，使钢铁工业生产更智能、更节能、更高效。

游戏是推动计算机图形学、人工智能与高端芯片发展的“杀手级”应用，对图形处理、交互与算力有极致需求，对于推动计算机图形学的快速发展有重要作用。英伟达是GPU(图形处理器)的发明者与全球芯片行业的翘楚，其在过去20多年受益于大型游戏等应用对图形处理的极致要求，在GPU进化的道路上不断走向极致。随着图形处理技术的发展，GPU性能也越来越强大，英伟达的许多GPU已经慢慢超越CPU，成为目前最主流的处理器。

当前，凭借在图形处理与人工智能等领域的积累，英伟达加快在元宇宙等领域布局，推出了“云上实时引擎”，即适用于3D设计的计算机图形仿真平台Omniverse，被业界成为“工业版元宇宙”。Omniverse平台是专注于实时仿真、数字协作的云平台，可利用实时光追技术在虚拟现实设备中显示3D场景，助力团队远程协作，加强数字孪生对现实的模拟和预测，在工业设计与制造、智慧城市数字孪生等领域有极强应用潜力。

游戏引擎是打造数字工厂的“新型工业软件”

全球来看，游戏引擎作为集合物理模拟、3D建模、实时渲染等前沿技术的平台，正在不断跨界应用。尤其在工业领域，游戏引擎凭借其实时渲染与3D建模的能力，可以增强传统工业软件在3D展示、智能交互等方面的能力，与传统工业软件互为依托共同助力数字工厂的打造，有成为“新型工业软件”的潜力。此前，根据研究机构Forrester2020年的预测，55%的工业公司会在2年内使用数字孪生应用，94%的已使用着会在数字孪生应用方面加大投入。在2022年，现代汽车与Unity宣布将共同打造元工厂(Meta-Factory)。元工厂是由实施3D平台驱动的工厂数字孪生，能让现代在虚拟空间中测试各种作业情形，评估、计算并营造出最佳作业环境，全程无须员工在现场参与检测。

在国内，宝钢股份、腾讯游戏、腾讯云宣布合作打造一个游戏引擎在“全真互联网数字工厂”的示范性应用。2021年，宝武钢粗钢产量以1.2亿吨蝉联全球第一，是国内生产钢铁规模最大、品种最全的企业，同时也是国际最具竞争力的钢材提供商。宝武集团进行了众多数智化转型的尝试与突破，并于2021年11月1日正式启动了工业大脑战略计划。此次合作首期围绕宝钢1580热轧厂，结合实时云渲染、视觉动捕、虚实互动、AR/VR交互等游戏技术，为宝钢热轧部建立工厂级孪生服务。而宝武钢1580热轧厂是中国宝武集团2021最新的“工业大脑”战略的标杆示例工厂。

(图片全真互联数字工厂概念示意图)

“全真互联数字工厂”的实现并无成熟先例，需要工业制造企业与互联网科技企业硬软协同，不断加深对工业垂类行业的理解，将工业数字孪生从一个设备推广至一条产线，再从一个产线覆盖至工业设计、制造、管理、运用的全过程，最终打造全息3D裸眼效果的“全真互联数字工厂”。

日前，中科院研究团队发布报告称，2020年游戏技术对5G和XR产业的科技贡献率分别达到46.3%与71.6%。未来，伴随游戏技术在工业领域的深度应用，以及相关合作的深化，游戏作为前沿技术孵化器与试验场，有望为我国工业数字孪生提供更多助力。

(厦门大学信息学院副教授 郭诗辉)

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