虛擬工廠正在幫助制造商解鎖從規(guī)劃到運(yùn)營(yíng)的全新可能性。

為應(yīng)對(duì)汽車電氣化、半導(dǎo)體需求增加、制造業(yè)務(wù)離岸外包以及各種提高可持續(xù)性的遠(yuǎn)大目標(biāo)，制造商正在投資開(kāi)發(fā)新的工廠并對(duì)現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行改造。

而這些項(xiàng)目往往會(huì)因?yàn)閺?fù)雜的人工規(guī)劃流程、老舊的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施以及相互脫節(jié)的工具、數(shù)據(jù)和團(tuán)隊(duì)而超出預(yù)算和時(shí)限。

制造商正在利用虛擬工廠和數(shù)字化應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。由數(shù)字孿生、通用場(chǎng)景描述（OpenUSD）生態(tài)系統(tǒng)、生成式 AI 等技術(shù)提供支持的虛擬工廠，可以開(kāi)辟?gòu)囊?guī)劃到運(yùn)營(yíng)的全新可能性。

什么是虛擬工廠

虛擬工廠是對(duì)真實(shí)工廠的物理級(jí)精確的呈現(xiàn)。通過(guò)這些數(shù)字孿生工廠，制造商可以在無(wú)需物理原型或試驗(yàn)工廠的情況下，對(duì)生產(chǎn)流程、資源和運(yùn)營(yíng)進(jìn)行建模、模擬、分析和優(yōu)化。

虛擬工廠的優(yōu)點(diǎn)

虛擬工廠為制造商帶來(lái)了許多優(yōu)點(diǎn)和可能性，包括：

簡(jiǎn)化溝通：虛擬工廠簡(jiǎn)化了溝通，確保關(guān)鍵的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)決策以最新數(shù)據(jù)為依據(jù)，而不是依賴面對(duì)面會(huì)議和靜態(tài)規(guī)劃文件來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目協(xié)調(diào)。

因地制宜的規(guī)劃：在設(shè)施的設(shè)計(jì)、建設(shè)和試運(yùn)行期間，項(xiàng)目利益相關(guān)方可通過(guò)虛擬工廠實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)施和生產(chǎn)流程的設(shè)計(jì)可視化。規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)可將已建結(jié)構(gòu)與虛擬設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較和驗(yàn)證，并在審查過(guò)程中盡早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和采納反饋意見(jiàn)，從而降低成本。

優(yōu)化設(shè)施設(shè)計(jì)：通過(guò)連接虛擬工廠與流程和離散事件仿真，團(tuán)隊(duì)可從生產(chǎn)和物料流、人體工學(xué)工作設(shè)計(jì)、安全性和整體利用率方面優(yōu)化設(shè)施設(shè)計(jì)。

智能化并優(yōu)化運(yùn)營(yíng)：運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)可將虛擬工廠與來(lái)自邊緣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的寶貴生產(chǎn)數(shù)據(jù)整合到一起，利用 AI 推動(dòng)進(jìn)一步優(yōu)化。

虛擬工廠：AI 和機(jī)器人技術(shù)的試驗(yàn)場(chǎng)

機(jī)器人開(kāi)發(fā)者正越來(lái)越多地利用虛擬工廠來(lái)訓(xùn)練和測(cè)試在實(shí)體工廠中運(yùn)行的 AI 和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。例如開(kāi)發(fā)者和制造團(tuán)隊(duì)可以在虛擬工廠中仿真數(shù)字工作者和自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）、視覺(jué) AI 智能體以及傳感器，來(lái)創(chuàng)建整個(gè)設(shè)施內(nèi)的工人活動(dòng)總圖。通過(guò)融合仿真攝像頭數(shù)據(jù)流與多攝像頭追蹤數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)者可以生成 occupancy 圖作為確定自主移動(dòng)機(jī)器人最佳路線的參考。

開(kāi)發(fā)者還可以利用這些物理級(jí)精確的虛擬工廠，來(lái)訓(xùn)練和測(cè)試能夠管理機(jī)器人隊(duì)伍的 AI 智能體，確保 AI 機(jī)器人能夠適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中的變數(shù)，簡(jiǎn)化并提高人機(jī)協(xié)作配置效率。

虛擬工廠的基礎(chǔ)是什么

為了建立物理精確的大型虛擬工廠，解鎖這些帶來(lái)轉(zhuǎn)變的可能性，需要將多種工具、數(shù)據(jù)格式和技術(shù)集中到一起，協(xié)調(diào)數(shù)字世界中的真實(shí)世界呈現(xiàn)。

OpenUSD 最初由皮克斯動(dòng)畫工作室發(fā)明，包含一系列工具和功能。它為開(kāi)發(fā)者和制造商帶來(lái)了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化目標(biāo)所需的數(shù)據(jù)互操作性。

OpenUSD 的核心優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)建模上的靈活性。開(kāi)發(fā)者可以輸入源應(yīng)用中的 3D 內(nèi)容，并通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管線將其與各種數(shù)據(jù)相結(jié)合，例如來(lái)自計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件、實(shí)時(shí)傳感器、文檔和維護(hù)記錄的數(shù)據(jù)等。借助 OpenUSD，開(kāi)發(fā)者能夠在各個(gè)仿真工具和 AI 模型之間共享這些類型的數(shù)據(jù)，為所有利益相關(guān)方提供洞察。工廠車間數(shù)據(jù)可以同步到數(shù)字孿生，為工廠經(jīng)理和團(tuán)隊(duì)提供實(shí)時(shí)洞察。

通過(guò)在 OpenUSD 上開(kāi)發(fā)虛擬工廠解決方案，開(kāi)發(fā)者可以提升工廠團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力，使他們能夠?qū)崟r(shí)審查計(jì)劃、討論需要優(yōu)化的方面并做出決策。

為推動(dòng)并加快 OpenUSD 生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，皮克斯、Adobe、蘋果、Autodesk 和 NVIDIA 成立了 OpenUSD 聯(lián)盟。該聯(lián)盟正在核心規(guī)格、材質(zhì)、幾何體等方面為 USD 建立開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。

虛擬工廠在工業(yè)中的應(yīng)用

為了釋放虛擬工廠的潛力，Autodesk、Continental（大陸集團(tuán)）、Pegatron、羅克韋爾自動(dòng)化、西門子、Wistron 等行業(yè)領(lǐng)先者正在開(kāi)發(fā)能與OpenUSD和NVIDIA Omniverse互操作的虛擬工廠解決方案。Omniverse 是一個(gè)應(yīng)用編程接口（API）和軟件開(kāi)發(fā)套件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)者能夠基于 OpenUSD 為復(fù)雜 3D 和工業(yè)數(shù)字化工作流構(gòu)建應(yīng)用。

Autodesk 旗下的 FlexSim 利用OpenUSD使工廠團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)建立復(fù)雜系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)的仿真模型，來(lái)分析、可視化并優(yōu)化現(xiàn)實(shí)世界中的流程。在該離散事件仿真軟件直觀的拖放界面上，可以創(chuàng)建 3D 仿真模型、考慮現(xiàn)實(shí)世界中的可變性、運(yùn)行“假設(shè)”情景并執(zhí)行深入分析。

德國(guó)頭部汽車技術(shù)公司 Continental 的開(kāi)發(fā)人員在OpenUSD和NVIDIA Omniverse上開(kāi)發(fā)了一款工廠規(guī)劃和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)應(yīng)用 ContiVerse。該應(yīng)用幫助 Continental 優(yōu)化工廠布局，協(xié)同規(guī)劃生產(chǎn)流程，預(yù)計(jì)可將產(chǎn)品上市時(shí)間縮短 13%。

Continental 還與 IT 咨詢及數(shù)字服務(wù)提供商 SoftServe 聯(lián)合開(kāi)發(fā)了 Industrial Co-Pilot，通過(guò)將 AI 驅(qū)動(dòng)的洞察與沉浸式可視化相結(jié)合，為工程師提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)和預(yù)測(cè)分析。預(yù)計(jì)這將減少 10% 的維護(hù)工作量和停機(jī)時(shí)間。

全球最大的智能手機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商之一 Pegatron 正在OpenUSD上開(kāi)發(fā)虛擬工廠解決方案，以此加快新工廠的開(kāi)發(fā)速度，盡可能減少訂單變更、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有工廠產(chǎn)線吞吐量的最大化。

羅克韋爾自動(dòng)化正在將NVIDIA Omniverse Cloud API和OpenUSD與其 Emulate3D 數(shù)字孿生軟件集成，為制造團(tuán)隊(duì)帶來(lái)數(shù)據(jù)互操作性、實(shí)時(shí)協(xié)作和基于物理學(xué)的可視化，實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模數(shù)字孿生生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和運(yùn)行。

西門子既是自動(dòng)化、數(shù)字化和可持續(xù)性領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，也是 OpenUSD 聯(lián)盟成員之一。該公司將從位于云端的領(lǐng)先產(chǎn)品生命周期管理軟件 Teamcenter X 開(kāi)始，在其西門子 Xcelerator 平臺(tái)中采用 Omniverse Cloud API。這將幫助團(tuán)隊(duì)先在虛擬世界中完成設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測(cè)試，然后再在物理世界中構(gòu)建下一代產(chǎn)品、制造流程和工廠。

全球領(lǐng)先的技術(shù)服務(wù)商和電子產(chǎn)品制造商 Wistron 正在利用 OpenUSD 實(shí)現(xiàn)新老工廠的數(shù)字化。通過(guò)在NVIDIA Omniverse上開(kāi)發(fā)虛擬工廠解決方案，Wistron 工廠團(tuán)隊(duì)能夠遠(yuǎn)程協(xié)同完善布局配置、優(yōu)化表面貼裝技術(shù)和內(nèi)部電路測(cè)試線路并改造產(chǎn)品到岸測(cè)試。借助這些解決方案，Wistron 員工的效率提高了 51%，生產(chǎn)流程時(shí)間縮短了 50%，通過(guò)布局優(yōu)化和實(shí)時(shí)監(jiān)控將缺陷率降低了 40%。工廠建造速度從約五個(gè)月加快到僅兩個(gè)半月，建造時(shí)間縮短了一半。

審核編輯：劉清