元宇宙行业深度研究报告:元宇宙如何成为下一代生产力工具?

元宇宙将在办公、城市、工业等企业服务领域广泛应用,带动生产力提升及产业变革。过 去十年,我们见证了移动互联网发展带来的社会变迁及生产力进步,我们认为元宇宙作为 人类未来数字化生产活动的场景,将同移动互联网一样,在办公、城市、工业等 To B 领域 广泛应用,提升生产力,改变业务形态,重塑产业链及价值分配模式。

科技在 To B 领域的应用往往涉及研发、生产、协作、管理等多个环节,一方面,科技在研发、生产等环节的应用能够带来效率的提升,另一方面,科技在协作、管理等环节的应用 则会引发产业形态和价值链结构的变化。

类比数字化时代,我们认为元宇宙也将在 To B 领域的各个环节作为先进的生产力工具发挥重要作用,并引发社会形态的变革。具体而言:1)办公领域,元宇宙将作用于生产、沟通 环节,显著提高工作效率,并推动劳动力供给全球化,带来企业组织形态和管理模式的变革。2)城市领域,元宇宙介入城市管理及城市服务,城市管理方面,隐私计算技术将从多 个维度提升城市管理效率,虚拟空间中的城市应急管理有望提高城市决策能力;城市服务 方面,AR/VR 将提升人与城市交互质量,数字人的引入将提升智慧城市服务水平。3)工业 领域,工业数字孪生技术为工业生产流程的各个环节均带来变化,对于研发及生产环节, 元宇宙下的高算力大大提升了效率;对于运营及集成环节,元宇宙使得工业产业链上下游 的联系大大加强,管理协作更加高效。

我们认为,随着元宇宙在 To B 领域广泛渗透和应用,该领域相应的产业链及价值分配模式 也将发生变化。具体而言:

1)办公领域,产业链将自上而下发生软硬件更新迭代。硬件方面,原有的 PC、手机、平 板等终端人机互动特性增强、智能化程度不断加深,VR/AR/脑机接口等新兴终端逐步应用 和实践;软件/系统方面,协同办公平台将向元宇宙办公社区演进。与之相对应,我们认为 短期内,后疫情时代混合办公模式成为常态,视频会议/在线协作/流程自动化等产品将得到 普及和应用,相关公司如 Zoom(ZM US)、亿联网络(300628 CH)、致远互联(688369 CH); 长期而言,元宇宙办公社区将逐步走向成熟,Meta(FB US)、Microsoft(MSFT US)等 科技巨头在该领域率先布局,已有试运营产品。

2)城市领域,智慧城市布局带动行业估值的提升已开始显现。智慧城市产业包括三部分: 上游智慧城市设备制造,主要是硬件和软件的开发,以海康威视、大华股份、宇视科技(未 上市)等为代表;中游智慧城市建设运营,由政府机构负责顶层设计,系统集成商、运营服务商和解决方案提供商共同参与,以中兴通讯、中国移动(600941 CH)、中国电信(601728 CH)等为代表;下游智慧城市场景应用,包括政务、交通、安防、医疗、物流等领域。由 于机器视觉首先在安防领域成熟,同时也作为海量数据的输入口,安防成为智慧城市率先 落地的场景之一,数据量的加大也将带动算力需求和数据存储业务。3)工业领域,数字孪生技术将改变工业生产的各个环节。我们认为应当以数字孪生技术的应用方式为线索,去寻找“元宇宙+计算机”。研发设计类,以底层技术为主 线 CH);生产控制类,以行业know-how 为主线 CH); 运营管理类,以管理模型为主线 CH);协同集成类,以协同能力为 主线 CH)。(报告来源:未来智库)

数字化时代,办公行业生产力、沟通、协作工具不断演进,持续带动生产效率及沟通协作 效率提升。1)生产效率方面,20 世纪 70 年代以来,以 office 为代表的数字化办公应用迅 速普及,电子表格及电子文档替代纸质文件,显著提升了办公效率;随后,ERP 将数字化 整合到工作流中,核心业务流程精简,消除不必要的重复性工作,带来生产力提升;2015 年以来,RPA 等自动化办公工具兴起,部分职能工作由机器取代,自动化程度进一步提高。 2)沟通效率方面,PC 互联网时代,电子邮件和即时通信工具成为企业主流通信方式,初步实现了基于 Web 的点对点式离线沟通;移动互联网时代,云视频会议和无缝共享促使沟通协作由非实时向实时转变,提高了人们快速响应新数据和信息的能力,保障了业务的持续性;3)协作效率方面,协同办公范围不断扩大,Teams/钉钉/企业微信等综合协作平台 使得数据、会议、电子邮件和聊天一体化,团队联系更加密切。

我们认为,元宇宙时代,工作形态将发生转变,人们将能够随时随地进入办公室,在一个 有“虚拟形象”的 3D 空间开展一天的工作。在此情境下,企业生产、沟通、协作三个维度 均有望实现进化:沉浸式的工作体验将带来工作效率及创造力的提升;元宇宙社区中的沟 通有望接近现实世界面对面的沟通效果;企业雇佣的员工遍布世界各地,全球化协作促使 其组织形态和管理方式变革。

疫情催化数字化办公市场渗透率提升。根据 Market Insights 测算,在疫情推动下,2020 年 全球智能办公市场规模达到 335 亿美元,全球智能办公人数达到 7.4 亿人。根据 CNNIC 数 据,2020 年 12 月,我国远程办公用户规模达 3.46 亿,较 2020 年 6 月增长 1.47 亿,占网 民整体的 34.9%,后疫情时代,有越来越多的企业建立起科学完善的远程办公机制,企业 微信服务用户数从 2019 年的 6,000 万增长到 2020 年 12 月的 4 亿,钉钉企业组织数量超 过 1,700 万,在线%。

后疫情时代,数字化办公边界服务对象不断拓展,产品平台化趋势明显。一方面,据CNNIC, 截至 2020 年 12 月,视频或电线%,在线 任务管理或流程审批为 11.6%,企业云盘为 9.4%,不同细分功能的用户使用率存在显著差 异。随着阿里(BABA US)、腾讯(700 HK)等科技巨头入局及行业个性化需求增长,在 线办公市场逐步向平台化方向发展,散落的“工具应用”将进一步被集成,更多垂直功能 接入,实现生态互联。另一方面,随着经济环境、供需关系和商业逻辑变化,协同管理软 件已脱离传统办公的范畴,走向业务协作和业务管理,服务对象开始从企业内部延伸到外 部供应商和合作伙伴,一些头部协同软件不仅支撑企业内部门户构建,也支撑企业外部门 户构建,触达供应链和客户。

数字化办公市场按照服务对象和功能可细分为生产力工具、沟通工具及协作工具三类:1) 生产力工具:辅助个人生产力和工作效率提升的工具,如以 Office 为代表的办公套件、以 UiPath Robot 为代表的自动化办公产品等;2)沟通工具:辅助实现团队之间远程沟通的工 具,如以 Outlook 为代表的企业邮件系统、以 Zoom、腾讯会议为代表的视频会议系统等; 3)协作工具:辅助组织在线协作的工具,如以腾讯文档为代表的在线协作文档、以 Teams 为代表的在线协作系统等。

元宇宙时代:打破时空限制,实现工作效率、沟通效率、协作模式的进化 数字化办公市场按照服务对象和功能可细分为生产力工具、沟通工具及协作工具三类:1) 生产力工具:辅助个人生产力和工作效率提升的工具,如以 Office 为代表的办公套件、以 UiPath Robot 为代表的自动化办公产品等;2)沟通工具:辅助实现团队之间远程沟通的工 具,如以 Outlook 为代表的企业邮件系统、以 Zoom、腾讯会议为代表的视频会议系统等; 3)协作工具:辅助组织在线协作的工具,如以腾讯文档为代表的在线协作文档、以 Teams 为代表的在线协作系统等。

元宇宙带来的变化#1:VR/AR 沉浸式工作体验能激发创造力,提高工作效率和沟通效果

一方面,远程办公存在着损害创造力、减弱团队凝聚力等问题, 远程办公模式下,人们的人际交互活动更加单一,疏远关系网的互动频率低,这会导致创 新的停滞和趋同思维,而元宇宙中的“化身”能让彼此感觉处在同一空间内,提高凝聚力, 增强疏远关系网的互动频率,这些优势都将显著改善目前远程工作中的痛点。

VR 会议替代视频会议,能够最大限度的缩小与面对面沟通的效果差距。在元宇宙办公世界 中,3D 分身代替演讲者在会议中出现,并通过运动追踪技术实现分身与现实演讲者的动作 同步,这种沉浸式的交流方式能够在最大限度上接近现实中“面对面”的沟通效果。

当前的元宇宙办公产品已能够通过音频提示、手势追踪等方式营造沉浸式的沟通体验。例 如,在微软的 Mesh for Teams 产品当演讲者说话时,将采用音频提示使得脸生动起来,让 替身拥有更具表现力的动画效果,营造临场感。而 Facebook 的 Workrooms 支持头部和手 势跟踪,现实生活中用手所做的任何事情都将在虚拟世界中被跟踪和再现。比如,如果你 转头看同事或房间白板,你的视野会随着你一起平移;如果你给另一位同事竖起大拇指, 你的虚拟化身也会在会议室里竖起大拇指。

元宇宙带来的变化#2:借助 AR 协作系统进行“面对面”远程指导,协作范围进一步扩大

AR 等技术的发展为远程协作提供了更多的可能性,“协作”一词的范围由简单的数据、文 件共享场景逐步渗透至需要直观的“面对面”共同动手的实操性场景。在实操性场景中, AR 远程协作可通过 AR 眼镜或者具备 AR 功能的手机等采集声音音频,通过无线网络传输 到后台协助端,借助 AR 远程协作系统,实现由经验丰富的技术人员进行“面对面”远程指 导。当下代表性的主流 AR 远程协作平台包括:Microsoft Dynamics 365、Atheer ARMP、 Scope AR WorkLine Create 等。

元宇宙带来的变化#3:云计算解决异地沟通临场感问题,促使劳动力供给全球化

随着 5G/云计算/边缘计算等网络基础设施不断发展,低延时、高速率、大带宽的网络以及 对海量、高渲染画面的实时计算能力能够解决异地沟通临场感问题,使得异地办公也能实 现高实时性、高互动性,很大程度上还原真实的工作场景。在此基础上,企业可以打破地 理限制,从全球范围内招聘员工、外包人员,丰富组织成员协作方式,重构组织运转流程, 从全世界各地获得劳动力补给,这也将极大程度上改善当前世界范围内劳动力供需不匹配 的问题,促使人口由城市中心向城市边缘迁徙。

元宇宙带来的变化#4:AI 提供实时翻译、键盘追踪等功能内嵌,办公智能化程度提升

成熟的 AI 技术是元宇宙办公实现的前提,VR 会议中手势追踪、音频提示等功能的实现均 依赖于人工智能技术对现实世界的识别和解析,因此,元宇宙办公天然就与 AI 技术紧密结 合,并能够借助 AI 技术进一步实现工作及沟通效率的提升。例如,微软的系统实现了多人 实时会议、线上方案共享、同时内嵌了实时翻译和转录文字等协作办公方面的实用功能, 解决不同人种之间语言沟通障碍;Facebook 为了能让用户更方便地使用面前的实体键盘, 在 Horizon Workrooms 加入了键盘追踪功能,结合适用于 Mac 和 Windows 的全新 Oculus Remote Desktop app,用户可以一键访问 PC,还可以在会议期间做笔记,将文件带到虚 拟现实,甚至可以选择与同事共享屏幕。

在数据安全问题上,对于个人而言,沉浸式世界中新技术将在一个人的步态、眼球运动、 情绪等越来越细微的层面上收集个人数据,这给现有的个人隐私保护带来更大压力。对于 企业而言,核心数据和系统全部上云,如何在元宇宙底层资源不断更新和扩张时实现数据 资源合规收集、储存和管理尚待探讨。区块链技术作为数字世界的信任基础,有望在未来 为元宇宙中的数据安全及隐私保护提供有效的解决方案。在人员流动问题上,从传统集中 式转入远程工作模式后,人们足不出户便可换工作,且远程工作模式下企业凝聚力有所下 降,这使得企业人员流失率有所提升,据麦肯锡统计,远程工作后中国工作变更率增加 13%。

元宇宙的加入将自上而下改变在线办公领域产业链及价值分配。终端硬件及软件/系统解决 方案为在线办公市场产业链中两个最主要的环节,在元宇宙时代,两者都将迎来演进及变 革。1)终端硬件方面,互联网时代以 PC、平板、IP 视频电话、USB 会议室摄像头等智能 终端为主,思科(CSCO US)、亿联、华为(未上市)等企业通信终端龙头占据绝大部分 市场份额,元宇宙时代,终端硬件形态将向 VR/AR、脑机接口等新兴设备演进,“信息-眼脑”的传输方式被简化为“信息-脑”两个环节。2)软件/系统解决方案领域,协同办公平 台/云视频软件向元宇宙社区演进,元宇宙社区内沉浸式的社交体验有望提升疏远关系网的 互动频率,相应的,协作办公的外延也将扩大,协作范围从企业内部业务线延伸至供应商/ 合作伙伴/客户,这就要求各个公司的元宇宙之间可以自由连接,不同元宇宙社区在软硬件 兼容、平台转换上形成国际共识。

目前,Facebook、微软等巨头已开始在软硬件领域演进方向上布局。在硬件领域,除人们 熟知的 VR/AR 外,Facebook、Valve(未上市)、Neurallink(未上市)都入局了脑机接口, Project Steno 方案可以分析瘫痪患者大脑皮层负责语言的部分,并解码为完整的文字。未 来,这项脑机接口技术可能用于光学 BCI、EMG 腕带等非侵入式消费级产品,甚至作为 AR 眼镜的输入方式。

在软件/解决方案领域,微软和 Facebook 两大巨头在元宇宙办公领域的布局思路略有不同。 在办公元宇宙的定位上,1)微软致力于成为元宇宙联通之间的“粘合剂”。微软 CEO Nadella 认为未来将是“多元宇宙”的格局,“联通性”成为不可忽视的价值创造部分。微软将 Teams 想象为元宇宙的原型,公司可以在其中建立自己的虚拟空间,而将 Mesh 视为提供基础粘 合剂的角色,帮助多个元宇宙连接在一起,微软的 Mesh 允许公司使用 API,帮助公司构建 自己的元宇宙,并在所有的这些虚拟世界中拥有持久的身份。2)Facebook 则强调各个元 宇宙场景之间的联动。Facebook 将办公作为其元宇宙布局的八大场景之一,强调各个场景 之间的联动,以 Horizon Home 为入口,扩展到办公应用 Horizon Workrooms、社交应用 Horizon World 及活动应用 Horizon Venues 等场景。(报告来源:未来智库)

城市是人们生活和生产的重要载体。从城市雏形到数字化、智能化进程中,大型城市数量 在不断提升,而我国的城镇化率也从 20 世纪八十年代的 25%左右提升到现在的 65%,政 府在公共交通和公共安全上的支出持续增加,随着城市空间复杂度的提升,城市空间的管 理方式和管理效率有精细化、模块化、场景化趋势。互联网的崛起引导人们生活向线上转 移,上网时间不断拉长。在城市演变过程中,城市管理的需求根源来自于对城市数据的充 分挖掘和高效利用,最终使得各部门在业务层面实现职能协同。

监管内容:城市整体形态方面复杂程度增加,从人物的多维度监管价值被不断放大。生活 工作的多样性大大提升了城市物理空间构造的复杂程度,赋予了城市更多的定义和内涵, 也催生出更多数字应用场景。我们认为城市的管理分成三大阶段:

第一阶段:线下阶段。城市的管理维度已经覆盖了物理世界的人流管理和车辆管理,例如 智慧交通系统管理解决方案利用 AI 算法做到高精度违法判别,全路网视频监控,目前可做 到自动取证,给出预测分析及辅助执行;智慧生活监控解决方案可以做到客群流量实时监 控,自动预测客流高峰,精准排除违规和危险行为。

第二阶段:全连接阶段。随着 5G 通信、大数据等技术的深度应用,各类基础设施正在连 接网络,城市的管理维度正在进一步扩张,将基础设施、环境等城市元素数字化并纳入线 上管理的范畴:如智慧环境监测解决方案能实现实时地环境监测并精准识别各类影响环境 的违规行为。

第三阶段:互动阶段。更近一步地,城市基础设施将在虚拟世界形成数字孪生,居民在虚 拟世界中将和城市基础设施的数字孪生形成互动,因此城市的管理范畴从传统的线下变为 线上线下的联动。如现有的智慧网络安全解决方案将针对网络各类违规内容分析和识别, 对违规信息精准高效审核,而未来针对基础设施的网络安全问题将受到更多关注。

在多样化的场景中,数据重要性凸显,日益庞大的算力需求成为城市发展的底层动力。管 理半径增加的趋势既考验着技术发展水平,也考验着城市管理机制,跨部门、跨线上线下 的合作将变得更加频繁,如何协调部门的管理半径,共享城市数据变得更加关键。

监管主体:经历技术驱动-政府主导-社会共建三个阶段,更考验政府的统筹能力。随着城市 化进程的加快,城市管理的方式也在发生变迁。过去在探索期,主要依靠大型技术公司通 过 IT 技术集成解决城市运营垂直领域问题。步入 2010 年之后,政府侧重于基于城市发展 需求整体规划部署,以此来提高城市运营管理质量。而目前,城市服务更倾向于政府引导, 引入公民、企业参与城市建设,通过打通问、办、查、档四个步骤实现服务高效。同时在 组织设计上,与传统城市管理模式相比,智能化城市更强调监管分离,将信息收集和监管 评价职能剥离开来,设立了专业部门如市政管理委员会、环卫部门、民政部门等,以及行 政部门如区政府、街道办事处、社区委员会等。这种推行主体演变的趋势更加强调了城市 管理参与方的多样性,也更关注数据在各部门和各参与方之间流动的时效性和保密性。

疫情下政府服务“提质增效”需求迫切,一卡通打破数据孤岛。我国政务数字化经历了四 个阶段:1)“一门一窗一网”:由入驻政务大厅统一受理,政务系统逐步统一门户,网上办 理开始兴起;2)全国全省一体化平台:政务实现全省通办、全国通办,采集到的电子证照 实现全省共享、全国共享;3)业务流程优化改造:政务系统走向整合,政府致力于实现业 务流程优化,减少材料,同步开始启动人脸认证、简易审、智能批、秒批等特色业务;4) 主动式智能服务:以用户为中心的主动智能服务开启,政务更注重沉浸式和随时、随地、 随需、随行的服务体验。我们看到,在疫情的影响下,政府公共服务持续面临“提质增效” 挑战,政府利用大数据、云计算等技术在一窗集中办理,线上线下一网通办上实现了新的 突破,而未来在层级、地域、系统、部门、业务之间的有效融合将成为城市服务趋势。

数字化、智能化城市到元宇宙城市:从 1:1 映射到 1:n 映射最终到虚实世界相互影响 数字孪生是目前最贴近元宇宙城市的应用。在智能化城市之上,城市管理者正在将数字孪 生概念从原来的航天、工业领域引入到城市建设中。数字孪生是整个城市的数字模型或实 物资产的副本,它赋予实体城市一个具备 1:1 映射的数字克隆体,以此实现全要素的数字化、 虚拟化以及全状态的实时化和可视化。从城市管理角度出发,整个城市的数字孪生可以有 效地协助城市规划以及实物资产的运营和维护。

数字孪生在城市领域的应用强调对实体空间的精确复现,可对城市的物理空间发挥模拟、 预测等作用。通常认为,元宇宙是在精准模拟物理空间运行的同时,创造数字空间中的原 生体验,探索数字空间中特有的生活方式和社交形态,进而实现数字空间反向影响物理空 间。通过对城市演进的探讨,我们认为城市系统未来的发展会在思维方式上从数字化走向 智能化,进而从数字孪生走向元宇宙。在数字孪生的基础上,元宇宙强调了多元主体的互 动效果,使得原有的虚拟平台不仅提供可视化能力,更实现了虚拟和现实的全面连接和高 度协同。我们认为,在元宇宙思维下,市民可以通过多层次参与到城市的虚实互动、交互 反馈,帮助实现系统的完善和自适应优化。

元宇宙对城市产业生态建设给出了终极指引,围绕元宇宙概念下的城市建设进程有望加速。 以数字孪生为基础的智能化城市已经初具雏形,并继续沿着演变思路在城市管理和服务上 有较大突破。更进一步我们看到,在游戏、影视、政府工作安排等角度已经开始对元宇宙 城市提出了畅想。

多模态数据的所有权、使用权和管理权分离一直是城市发展过程中的难题,而元宇宙作为 超大数据集合体,不仅要保护用户数据的隐私,更需要考虑挖掘和体现用户的数据价值。 我们认为,在区块链技术的基础上,隐私计算可以保证元宇宙世界里与用户相关的原始数 据不被泄露、用户的隐私不被暴露。同时由于元宇宙需要获得更高的数据价值和虚拟空间 体验,会将数据调用出来训练,并进行细颗粒度挖掘和实时同步,全范围的隐私计算技术 将让数据在保持加密状态以及不泄露给使用方的前提下,实现计算合作。未来隐私计算将 成为元宇宙时代城市管理的重要技术,不断提升跨世界中的城市数据管理的效率和安全性。

目前部分厂商正在探索将区块链与隐私计算相结合的技术路径。其中 PlatON2.0 基于隐私 计算网络搭建了一个去中心化的人工智能市场,以实现 AI 资产的共建共享和敏捷的智能应 用开发,提供从 AI 算力、算法到 AI 能力及其生产、部署、集成的全流程产品和服务。根 据 2.0 白皮书的规划,AI 开发人员可通过隐私计算协议连接 PlatON 的去中心化隐私计算网 络,在保证数据隐私安全及合法合规的基础上,以较低的成本获取所需的资源(数据、算 法和算力),用来训练 AI 模型并可发布到网络上,与其他 AI 服务或代理交互,逐渐构成自 组织的协作的人工智能网络。

目前在应急管理方面的设想是利用 AR 智能眼镜、无人机+地面全景相机远程监测,实现地 空一体化,而实时回传现场的超高清视频将提供精准的灾情变化情况。灾情现场一线检测 救援人员在系统前端通过 AR 智能眼镜、VR 摄像头采集声音、影像及数据,将现场高清视 频实时传递给远程专家,让现场技术人员与全球任何角落的专家一起跨平台的协作。

更进一步,元宇宙时代由于现实世界实时映射的属性,城市反映的问题将全量映射到元宇 宙中,而管理者可以通过元宇宙中观察事件的动态,提前发现态势的变化,从而为现实世 界的城市治理提供模拟决策,相比于目前城市事中监控事后追查,元宇宙的管理技术更侧 重事前。元宇宙世界的模拟应急事件也将更贴近真实场景,参与主体有望更广泛。此外, 我们也看到目前城市应急管理由于部门不同的权责划分,难以实现全局统筹,而在元宇宙 的世界里,规划建议的效率提升将进一步显现。

在英伟达(NVDA US)2021 年 GTC 大会上,我们看到数字人在外语对话、餐厅服务方面 的雏形开始显现,而将数字人引入政务服务等场景,让数字人充当智能前台、智能顾问, 则可以将政务服务人员从重复性的咨询类业务中解放出来,从而优化整个业务流程,实现 提效降本:1)无柜台远程服务:远程支持社保/公积金/医保业务办理、政策咨询等线上服 务,AI 客服 24 小时在岗;2)高效化业务导办:强大的行业知识库,结合高效的人机互动 方式,让每一个提问都能及时得到回答;3)智能化员工培训:培训机器人主导的业务岗前 培训、智能助理学习辅助、媲美真人的人机练习。

我们看到,科大讯飞(002230 CH)最新发布的虚拟人交互平台可以让政府工作人员等用 户自己来定义喜欢的形象,包括声音、表情、动作和情感在内,让数字政府的建设更有亲 和力,为老百姓提供更加生动温馨的服务。同时,科大讯飞推出 7×24 小时政务服务“不 打烊”,实现服务事项快速搜索,办理渠道精准以及在线导航等服务,目前在长三角地区广 泛应用,基本能实现对 258 个事项秒批秒办,平均审批时间从原来的 2 天缩短为 10 秒,平 均办事环节从 3.6 个减少到 1 个。

韩国首尔率先提出元宇宙城市五年规划,元宇宙生态系统构建有助于扩大对公共城市服务 的访问。21 年 11 月韩国首尔政府发布了《元宇宙首尔五年计划》,宣布从 2022 年起分三 个阶段在经济、文化、旅游、教育等 7 大领域打造元宇宙行政服务生态,总投资计划达 39 亿韩元。在规划中,首尔的元宇宙生态主要分为三个阶段进行:引入(2022 年)、扩张 (2023-2024 年)、定居(2025-2026 年)。第一阶段首尔将建立名为元宇宙首尔的高性能 平台,并在在经济、教育和旅游等领域提供服务,在年底前完成该平台的创建向公众展示。 在未来,首尔市政府还会将元宇宙平台应用扩展到市政管理的所有领域,以提高政府官员 的工作效率。市民首先可以在智能手机上访问虚拟世界,最终可能会使用增强现实工具。

虽然韩国首尔的元宇宙计划在短时间内实现还较为困难,离真正的元宇宙形态还缺乏技术支 持,但是计划中的一些措施让我们对元宇宙城市的构建有了较为清晰的方向,例如:1)在经 济领域设立首尔金融科技实验室,帮助企业在元宇宙中吸引外国投资,虚拟人物将为外国投 资者提供咨询及一站式服务;2)在教育领域设立首尔开放城市大学的虚拟校园提供沉浸式内 容;3)旅游观光方面可将疫情下无法举办的活动作为 3D 沉浸式内容在元宇宙平台中运行。 除了一般社交体验式构建,元宇宙城市的核心在于公共城市服务访问参与度的扩大。韩国政 府在公共服务上提出,在市政厅创立元宇宙版本的市场办公室,打通政府与居民间的开放式 沟通渠道。同时将利用虚拟现实、增强现实和扩展现实相结合的技术升级城市管理。

智慧城市产业包括三部分:1)上游智慧城市设备制造,主要是硬件和软件的开发,以海康 威视、大华股份、宇视科技等为代表;2)中游智慧城市建设运营,由政府机构负责顶层设 计,系统集成商、运营服务商和解决方案提供商共同参与,以中兴通讯、中国移动、中国 电信等为代表;3)下游智慧城市场景应用,包括政务、交通、安防、医疗、物流等领域。 由于机器视觉首先在安防领域成熟,同时也作为海量数据的输入口,安防成为智慧城市率 先落地的场景之一,海康、大华等上市公司受益于数字城市的增量带动估值提升明显。同 时数据量的加大也将带动算力需求和数据中心存储业务,预计英伟达、AMD(AMD US)、 英特尔(INTC US)等相关企业也将充分受益。其他为城市建设提供 5G 通信、传感器等底 层基础设施建设的公司也将在城市变迁中获得机遇。

工业软件的本质是以数字化模型或专业化软件工具沉淀工业经验。理解工业软件,不仅仅 是从工业或者软件的单向角度去理解,而是应该从这两个要素双向的相互影响的角度来理 解。工业化先进程度决定了工业软件的先进程度,工业软件的先进程度决定了工业的效率。 回顾数字化时代工业软件的发展过程,我们发现可以从软件和工业两个维度来总结数字化 带来的变革。软件维度来看,工业软件的商业模式迭代是以工业企业的需求迭代为基准进 行的。工业维度来看,产业链不同的价值分配和数字化需求决定工业软件的作用。

软件维度来看,工业软件在数字化时代的商业模式变化以需求为导向。随着工业企业不断 使用工业软件,对经验累计的范围和形式不断提出更高要求,工业软件厂商根据需求反馈 进行快速迭代优化,是工业软件生存与发展的基本模式。发展历史来看,工业软件伊始是 以工具软件的形式出现,只解决工业企业的单点需求;随着工业企业的零散化需求被逐步 解决,又提出了多场景数字化的需求,由此发展出了系统化平台;随着单一企业需求被解 决,针对不同企业之间的供应链需求,发展出了云部署平台;随着工业企业终端硬件的多 元化和零散化发展,工业软件又朝着工业互联网方向发展。

工业维度来看,产业链位置决定价值分配和数字化需求。工业企业产业链各个生产环节涉 及的核心资源以及场景需求重点各不相同,进而产生了不同的价值分配和数字化需求的侧 重,最终衍生出不同类型的工业软件。

1)研发设计:研发及设计是生产制造的前置环节,对于工业企业的创新能力、知识产权、数 据利用等能力提出较高要求。针对企业研发设计需求,工业软件发展出了 CAD(工业辅助设 计)、CAE(工业辅助工程)、CAM(计算机辅助制造)、EDA(电子设计自动化)等产品。

2)生产控制:工业企业的制造过程早期涉及原材料生产、原材料加工等生产环节,此时对 工业企业的要求集中在资源获取、生产效率、固定资产成本等要素上。基于这些需求,陆 续出现了包括 MES(制造执行系统)、DCS(分散控制系统)、PLC(可编程逻辑控制器)、 SCADA(数据采集与监视控制系统)等工业软件产品。

3)运营管理:工业企业的制造过程后期涉及产品组装以及成品加工等生产环节,此时劳动 力成本、管理效率以及工业链的完整性对工业企业尤为重要,依此需求工业软件行业发展 出了 ERP(企业资源计划)、CRM(客户关系管理)、WMS(仓库管理系统)、LMS(物流 管理系统)等产品。

4)协同集成:生产制造完成之后的工业流程一般包括物流、市场营销以及售后服务等,考 验工业企业的渠道覆盖、价值挖掘能力以及文化影响力等。而针对工业企业的 OA(办公自 动化)、IM(及时通讯)的协同集成类产品则很好地满足了下游企业需求。

复盘工业软件发展历程,我们发现从数字化时代到智能化时代再到元宇宙,工业软件与工 艺流程总是共同演进。对标数字化、智能化所带来的变革,我们认为元宇宙同样有望以沉 浸式交互、大算力整合等代表性技术,带来产业变革与投资机会。

数字化时代代表性技术以图形化和自动化为主,主要变革意义在于解放劳动力。工业数字 化进程大致始于 20 世纪 50-70 年代,以图形化、自动化为代表性技术,将计算机设计、调 度等能力首次带入工业生产领域,替代人工操作,解放大量劳动力的同时提高生产效率。 这一时期的典型代表,如 20 世纪 50-60 年代出现的 CAD 软件,以全新的图形化设计界面, 提供计算机辅助设计能力,替代传统手绘设计,使得工程设计环节效率大大提升;又如上 世纪 60-70 年代出现的 PLC 软件,通过基于微处理器的电气自动化控制,实现工业生产部 分或全部流程的自动化控制。

以 CAD 软件为例,在 CAD 出现之前,一切机械、建筑设计都只能由工程师手绘完成,而 CAD 则通过图形化的交互界面,大大简化设计过程,缩短工程周期。根据洛克希德公司数 据,利用数控机床生产 C141 飞机的 1500 个零件,每条生产线 小时, 而计算机制图软件可以节省超过 10 个小时的时间。随着 70 年代实体造型技术的不断完善, 三维图样可以在 NC 中自动编程,CAD 真正实现了从辅助绘图到助力生产。典型 CAD 产品 如 CAD 鼻祖 SKETCHPAD、全球 CAD 霸主 Autodesk 旗下的 AutoCAD。

以 CAE 软件为例,在 CAE 出现之前,传统生产过程需要经过“产品设计-样件制造加工实验测试-成品试产-量产-销售”的过程,而 CAE 软件的出现,则通过计算机仿真分析,解 放实验过程,以虚拟样机替代物理样机,将工程周期缩短为“产品设计-CAE 分析-成品试 产-量产-销售”,节省大量费用开支。以飞机制造过程为例,需要从结构力学、流体力学、 电磁学等层面,对飞机进行鸟撞分析、多体动力学分析、机翼静力分析等,而 CAE 的出现 则为这类分析提供了虚拟化实现方式,避免了实验建造真实飞机带来的资源浪费。典型 CAE 产品,如达索 SIMULIA、ANSYS Fluent、Altair HyperWorks 等等

以沉浸式交互、大算力、人工智能为代表的元宇宙技术,为工业领域带来生产力升级。复 盘数字化时代、智能化时代的工业生产变革,我们发现,在新技术驱动下,工业软件与工 业流程往往共同演进、相伴相生。而随着元宇宙在工业领域的渗透,以沉浸式交互、大算 力整合为代表的元宇宙技术开始为工业生产领域带来新的变化。如 AR/VR 技术的出现,使 得工程专家能够远程指导生产过程;大算力的整合使得仿真效率提升,元宇宙 AI 路测成为 训练自动驾驶系统的新选择。

工业生产领域的办公协作在虚拟现实技术加持下突破物理空间限制。随着元宇宙概念催生 大量 VR/AR 技术落地,用户可以通过穿戴 VR 头盔等设备进入虚拟现实场景中,实现沉浸 式体验。当这一技术应用于工业场景时,现代工业生产过程有望打破时空限制,实现虚拟 环节下的生产协作。

微软与 Saint-Gobain 共同打造远程培训解决方案。法国 Saint-Gobain 玻璃集团是可持续、 高性能建筑材料的全球领导者,其专业的玻璃产品,依赖于一流的生产设备维护和深入的 培训。借助微软的 Dynamics 365、HoloLens 等一系列软硬件技术,Saint-Gobain 集团实 现工程师远程查看、指导生产过程,对技术人员进行远程培训。2020 年 1 月,Saint-Gobain 公司的 IT 团队开始首次概念验证(POC),并在旗下 5 家工厂实现成功部署。

针对远程协作痛点问题,混合现实解决方案有效节省成本。制造玻璃的专用设备需要专业 技术人员进行维护,但具备专业知识的专家难以在任意地点随时开展指导,往往需要进行 长途旅行,耗费精力的同时还会产生高达数千欧元的国际旅行费用。此外,培训新员工涉 及到专业技能的转移问题,课堂培训和纸质手册难以帮助新员工了解工厂实际操作环境。 针对这些痛点问题,Saint-Gobain 通过采购微软全息眼镜(Microsoft HoloLens)和 Dynamics 365 远程辅助(Dynamics 365 Remote Assist),得以在旗下 5 家工厂使用 HoloLens 来监控 和改进由专门的维护技术人员定期检查的程序,进而培训操作人员,使得每周为每条生产 线节省大约一个小时,节约大量专家旅行费用。

PTC 与 Microsoft 联手为 Howden 打造沉浸式运维策略。Howden 集团成立于 1854 年,是 一家专业生产大型工业风机、鼓风机、工艺气体压缩机和回转式热交换器的跨国企业。Howden 集团所生产的设备往往用于下游客户的关键工业环节中,任何故障停机都会对正常的生产过 程造成重大不利影响,但又难以实现对鼓风机等设备的实时运维监控。在 PTC 和 Microsoft 的帮助下,Howden 开展数字化转型,借助 PTC Vuforia Studio、Microsoft HoloLens 等技术 以混合现实的方式客户设计更优的运维策略,大大减少以外停机带来的成本。

混合现实技术提供直观设备运维视图,减少故障停机。借助 Vuforia Studio,使用者可以利 用其丰富的现有 3D 模型,整合 IoT 数据,提供高效的增强现实体验。在 Vuforia Studio 中创建的混合现实体验为 Howden 的客户提供了增强的设备视图,包括可视化机器内部运 行情况。Howden 提取 Azure IoT 云上运行的 ThingWorx 数据并将其叠加在物理产品上, 使得设备操作员能够查看设备的运行状况和性能,从而改进日常操作。这一过程中,混合 现实所带来的预见性维护警报、快速零件识别和容易理解的维修序列,提供了解决问题和 让设备尽可能高效地运行所需的所有信息,从而可以防止故障出现和停机。

模拟仿真过程涉及大量计算过程,存在算力瓶颈。传统的仿真设计过程,往往需要使用 CAE 软件实现对真实物理世界的建模还原,进行多物理场耦合,仿真过程极其复杂。仿真过程 中涉及的物理场包括动力学场、化学场、静电场和磁场等,涉及学科包括理论力学、结构 力学、声学、热力学等。因此,仿真模拟需要计算机提供大算力支持,以确定更佳的设计 参数、实现更好的仿真效果。理论上来说,更大的算力支持往往意味着更加精确和真实的 仿真结果。然而受制于个体算力瓶颈限制,企业较难以本地部署的方式进行 CAE 仿真设计, 从而阻碍了仿真设计过程的顺利推进。

元宇宙以平台化方式,整合大量低成本算力资源。以元宇宙领先企业英伟达为例,从 2018 年 Parker 问世的三四年间,英伟达将芯片算力提高了几百倍,据英伟达官网,Orin 芯片采用了 7nm 的生产工艺,可实现每秒 200TOPS 运算性能,相比上一代 Xavier 系统级芯片运算性能提 升了 7 倍,而在运算性能提升巨大的情况下,Orin 的功耗仅为 45W。通过将大量芯片算力资源 进行整合,英伟达以 Xavier、Orin 等平台模式,为自动驾驶提供算力平台和仿真训练。

NVIDIA DRIVE Sim 自动驾驶仿真技术替代真实路测,加速自动驾驶汽车上市。自动驾驶 汽车需要经过各种情况下的大规模开发和测试,然后才能部署。然而,在现实世界中行驶 所需里程会耗费大量的时间和资金,同时还会遇到罕见或危险的情况,这些都让自动驾驶 汽车在实际道路上测试变得更加困难。NVIDIA DRIVE Sim 能够通过可扩展、物理属性准确 的多样化仿真平台应对这些挑战。在 DRIVE Sim 的加持下,自动驾驶开发者可以提高生产 力、效率以及测试范围,在充分缩短真实世界驾驶时间的同时,加快产品上市。DRIVE Sim 可在本地工作站上运行,或跨节点扩展到多个 GPU。

DRIVE Constellation 大算力支撑仿真计算需求。在基于物理效果的虚拟世界中,从自动驾 驶传感器集生成数据需要巨大的计算负载。NVIDIA Omniverse 从构建之初就支持多 GPU, 可支持自动驾驶汽车的大规模多传感器模拟。为实现大算力计算,NVIDIA DRIVE Constellation 采用的两台服务器中,一个是 GPU 服务器,负责运行 DRIVE Sim 并从模拟环 境中生成合成传感器数据。另一个是车辆服务器,包含目标车辆计算机,后者可像在现实世 界中运行一样接收指令、作出响应。DRIVE Constellation 旨在利用数据中心大规模运行,通 过在目标硬件上测试自动驾驶软件的位精度和时间精度,加速自动驾驶汽车的开发和验证。

NVIDIA Omniverse 通过构建完整的虚拟环境整合算力,提升仿真规划设计效率。 Omniverse 对整座工厂模型中的所有元素进行模拟,并将来自不同制造商的几种设计和规 划工具的数据汇总在一起,最终在协作环境中生成物理级逼真的实时仿真;虚拟工厂通过 规划工具集成了规划数据和应用程序,从而实现了无兼容性限制的实时协作,宝马全球数 千名工程师依托 Revit, Catia 等软件以及云平台,在同一个 3D 虚拟环境中进行协作,从而 可以在早期规划阶段最大化评估变化和调整,宝马(BMW GY)依托 NVIDIA Omniverse 构建工厂端到端数字孪生,实现生产网络中的所有 31 家工厂的全真模拟,将规划流程的效 率提高了 30%。

Moderna(MRNA US)与 Metagenomi(未上市)联合开发新一代体内基因编辑疗法。 2021 年 11 月 mRNA 疫苗新星 Moderna 宣布与基因编辑公司 Metagenomi 合作,利用 Metagenomi 的新型基因编辑工具以及莫德纳的信使核酸(mRNA)平台以及脂质纳米颗 粒 (LNP) 递送技术,为患有严重遗传疾病的患者开发治疗方法。Metagenomi 公司名中的 Meta 是元宇宙 Metaverse 的缩写,而 Genomi 即基因组学 genome。Metagenomi 的基因 编辑发现与开发系统的基本策略,是从大量宏基因组数据开始,使用基于人工智能的云计 算,在元宇宙的仿真环境下,从大自然中发现天然核酸酶,再改造生成基因编辑疗法。

Metagenomi 通过整合算力使基于自然基因组的基因编辑系统创新成为可能。目前的基因 编辑都是基于已知的人体基因组学,样本量有限,而自然界微生物还有大量未知的基因组 学亟需发掘。Metagenomi 基于元宇宙与基因编辑的叠加,为新型基因编辑系统挖掘世界自 然环境方面的专业知识。其基因编辑系统的创新过程,是从大量宏基因组数据开始,在元 宇宙的仿真环境下,通过应用计算算法来筛选来自世界各地微生物的数千个基因组,发现 并改造天然核酸酶,从而生成基因编辑疗法。此过程中初始样本涉及约 310 万亿碱基对, 超过人类基因组的 34000 倍,详细基因组结构超过 8.7 万亿。样本量的提升带来算力需求 的剧增,而 Metagenomi 通过元宇宙整合算力的方式使得这一过程如今成为可能。

工业软件云化是数字孪生的前置条件,工业元宇宙有望加速软件云化进程。从全球工业软 件发展趋势来看,云化是其中的重要方向之一。而工业数字孪生将传统软件环境转化为虚 拟现实环境,天然适合进行云化,且本地化部署方式往往难以满足数字孪生所需的算力要 求,因此更加需要进行软件云化以适应场景需求。随着 Autodesk(ADSK US)、PTC(PTC US)、ANSYS(ANSS US)等工业软件巨头纷纷入局工业元宇宙,头部玩家带来的示范效 应将进一步加快工业软件云化进展。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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