一、前言
本文摘錄工業元宇宙的出現、應用案例以及未來的挑戰和機遇，以及它對企業和日常生活的影響。

工業元宇宙是一個虛擬世界，它能夠反映和模擬真實世界中的機器、工廠、城市、交通網絡等複雜系統，包括高擬真模擬(High-fidelity Simulation)、延展實境(Extended Reality)、人工智慧(A.I.)、機器學習(Machine Learning)、物聯網(IoT)、區塊鏈(Blockchain)、雲端(Cloud)和5G/6G等技術。這種將真實世界中的物理實體和數據以虛擬型態顯示，稱之為數位孿生(Digital Twin)，使人在其中互動與模擬，應用在工業，能利用圖像化以增進理解並最佳化製程，同時也可成為一個共享和協作的平台，促進更好的合作和創新。然而，它也帶來了許多挑戰，需要解決安全性、隱私保護和數據管理等問題。

二、應用實例
透過工業互聯網、大數據和人工智慧的推動，加上數字孿生技術實現，真實環境與虛擬世界的連接，帶動第四次工業革命。工業元宇宙將在許多領域帶來重要應用。

(一)改善設計與工程能力：使用虛擬實境讓各種領域的專業可以參與，以極低的成本、不受空間與時間限制，貢獻自身的想法，提升工程設計與能力。

(二)更廣泛的測試：透過逼真的環境和物理模擬，以及機器學習和合成數據來測試各種不同的製程條件，可以加速新產品的開發、提高新機種的設計效率，或者將循環經濟原則融入設計中。

(三)虛擬投產(Virtual Commissioning:)：使用生產系統的虛擬模型，可以增加生產管制的彈性，在不干擾正在運行的生產線或浪費實體資源的情況下，檢測和修正設計和軟體的早期錯誤。

(四)增強型運用(Enhanced Operations)：透過模擬工廠，工程人員可以在數位世界中收集資料，支援以人工智慧為基礎的應用，例如虛擬工廠規劃、自動化機器人、預測性維護和大數據分析。讓第一線工作人員提升他們在現實世界操作的效率。

(五)虛擬教育訓練：工業元宇宙為勞動力提供了更多的培訓和發展機會，利用技術的自動化和智慧化來彌補人口老齡化對勞動力的短缺，藉以提高整體生產力，讓不同年齡層的員工在工作中發揮各自的優勢。

三、工業元宇宙的構建基石：數位孿生
工業元宇宙的核心是「數位孿生」(Digital Twin)，因為它可以擬真產品或是模擬環境中整個生命週期的所有數據，每個細節幾乎如同一個真實的實體一樣。具體應用實例如下：

(一)西門子正透過結合工廠、生產線、性能數據和建築等訊息，在中國南京一個73,000平方公尺的地方新建廠房，以數位孿生技術進行興建前的模擬與興建後廠房生產線的測試，這個新建工程的生產力比以往提高了20%，產量靈活性提升30%，空間利用率上升40%。

(二)西門子在數位孿生技術上，所提供的實例還有利用數位孿生技術解決CNC製造商Heller大幅提高自動換刀機的效率，並將低了機器的振動；將系統導入埃及的一條長達2000公里的高鐵路線使用，用於監控與預測營運錯誤；幫助個人日用品商「聯合利華」降低新產品上市時程，並降低70%成本支出；2020年在杜拜舉行的世博會，即是利用虛擬智慧城市的網路化和數位化，來設計規劃多達130棟的建築場館。

(三)美國太空總署的火星探測計畫「毅力號」，同樣也是使用數位攣生技術的成功案例。他們利用事前的模擬與測試，成功的把探測車安全送達至火星表面。

儘管成功案例不斷，技術上仍有許多可改進的空間與方向。「建立具物理實體的元宇宙版本只是一個開端」遊戲引擎開發商Unity Technologies副總裁說。

Lange舉自動駕駛電動車為例：自駕車持續將感測器數據反饋給數位孿生，然後被不斷分析、學習和改進該數據，並將更新反饋給現實世界。這些反饋讓參與者有越來越沉浸的體驗，如同蒞臨現場一般的真實。當所有的單獨數位孿生彼此連結，就產生數位孿生互聯網(Internet of Twins)，涉及人、數位孿生和模擬環境之間的協作。最後，由多個數位孿生互聯網結合，就可以建立一個工業元宇宙。根據兩家產業研究機構的預測，未來10年內數位孿生的市值，將出現巨大增長。麥肯錫研究顯示：企業使用數位孿生技術可降低60%的AI運算時間，漸少15%營運成本，增加10%商業效率。

四、元宇宙的影響
(一)改善人類環境
元宇宙的興起，將如同網際網路一樣改變現今的世界。2022年，Google地圖推出了沉浸式實景（Immersive View）功能，它整合了數十億個街景和航空攝影圖資，建立地圖的視覺數位孿生應用。利用運算視覺和人工智慧，提供用戶對一個地區（如城市或著名地標）的多維度視角，並提供包括天氣和交通資訊的重要細節，改變用戶對現實世界的體驗。
建立可持續性的數位孿生技術之影響:
(1)降低50%建築物排碳量；
(2)改善35%建築運營效率；
(3)提高20%人類活動效率；
將數位孿生體整合到元宇宙中，這種結合將促進城市的可持續發展和全球合作。

(二)工作環境的提升
工業元宇宙讓更多工作以遠距形式完成，不再受地理位置的限制，提高工作安全性，例如：在虛擬環境中培訓工程師和幫助解決危險難題。數位世界能夠捕捉現實互動的個人資訊，創造出更具沉浸感的經驗，並促進人們在虛擬環境中更自然地互動和建立信任。

(三)追求永續性
以再生能源為動力的元宇宙應用，有助於推動可持續性的世界潮流。企業能夠充分利用數位技術，在興建過程及生命週期中更節約資源與成本。製造業可以即時整合工程、製造和服務之間的數據，實現更高效和可持續的運營。消費者可透過在虛擬世界中測試和驗證，獲取所需的產品與服務。

工業製造是廢棄物與碳排放的主要來源。工業元宇宙的目標就是利用數位技術來達成零碳排放的終極目標。但是執行工業元宇宙也需要極高的運算技術，涉及極大能量的消耗，因此，能源使用的透明度必須被仔細檢核，亦或使用可再生能源。

工業元宇宙對永持續性的貢獻包含：
(1)使用環境友善材質、數位技術，減少物理性的廢棄物。
(2)使用數位孿生技術，事前模擬狀況減少不必要浪費。
(3)透過虛擬模型做實驗，提高產品流程最佳化，增加資源效率。
(4)提高交通、建築興建、工業生產能源效率，降低碳排放。
(5)預估數位孿生技術在10年之間可降低全球7500億噸碳排放。

五、促成元宇宙的誕生
儘管元宇宙初步的成果已證明其卓越價值，但使其更完善的關鍵技術仍有許多進步空間。

(一)連接性：元宇宙所需的軟硬體，需要合適的連接框架，才能更完整互動實體，其中包括數位孿生、人工智慧和真實數據轉換為虛擬應用技術。此外，利用5G或6G通訊技術、邊緣運算和區塊鏈來建立安全的環境。把這些已知技術整合成一體具有相當的的挑戰性。

(二)運算能力：以超級電腦作為基礎設施的運算能力是虛擬世界的一切根本。

(三) 數位孿生擬真度：只有外觀擬真的3D模擬不能算是數位孿生，關鍵在於背後的數據，才能在虛擬模型中精確還原物理動作，例如：基礎設施設備的序列號、功能、連接方式以及相關過程的依賴性。

(四)相容性：目前的數位孿生應用都是客製化，需要進行漫長而複雜的設計和開發。並沒有統一的標準框架讓所有獨立運作的數位孿生彼此具有相容互通性。相容性必須依靠開放的應用程式介面(API)、兼容的數據格式和通訊協定才能達成。

(五)全新商業模式：工業元宇宙會創造新的商業模式。因此，建立適當的監管以確保運作，保護數位智慧財產、隱私和安全問題。「區塊鏈」技術就是其中重要的關鍵。例如：以區塊鏈發展出的非同質化代幣（NFT），是一種相當安全的去中心化的貨幣(非各國中央銀行發行的貨幣)。其他關鍵的推動因素包括數位平台和市場，以及開發數位世界中使用的融資工具。

六、結語
儘管存在許多挑戰，但無庸置疑的，元宇宙的時代即將來臨。相互操作性和開放性是建立工業元宇宙的基本條件也是能否成功的重要因素。元宇宙標準論壇(Metaverse Standards Forum)致力於促進開放元宇宙的互操作性標準，鼓勵標準組織和企業之間的合作。世界經濟論壇也在努力促進企業之間的合作，以整合和開放的方式建立元宇宙。

(一)建立明確目標
即使目前缺乏標準，但首要目標是建立明確目標。如投資於相關技術、或與元宇宙服務商合作開發，確定價值主張或使用案例。加快產品開發週期，了解其中的現實面與炒作成分為何。

(二)鼓勵員工參與
企業在制定工業元宇宙戰略時，需要明確目標並考慮員工反應。組織應投資基礎技術並確定價值主張，同時強調元宇宙創造的新商機與機遇。此外，員工對於未知事物的恐懼，例如擔心工作被取代的顧慮，企業必須積極介入化解。企業組織內知識的共享和合作，對於建立成功的數位孿生制度是關鍵因素。

(三)建立夥伴關係與健全的企業生態
未來，企業應該更積極向外尋求合作來推動元宇宙的創新。例如，Konnect Volkswagen Group幫助德國汽車巨頭與以色列企業和初創企業合作，開發自動駕駛車輛、電動化、碳中和和工業4.0技術。此外，西門子也認為合作夥伴關係是構建強大元宇宙生態系統的重要因素。“沒有人可以獨自完成這個任務。合作和開放對於未來的每一項數位化戰略都至關重要。”