虛擬工廠正在幫助制造商解鎖從規(guī)劃到運營的全新可能性。

為應對汽車電氣化、半導體需求增加、制造業(yè)務離岸外包以及各種提高可持續(xù)性的遠大目標，制造商正在投資開發(fā)新的工廠并對現(xiàn)有設施進行改造。

而這些項目往往會因為復雜的人工規(guī)劃流程、老舊的技術基礎設施以及相互脫節(jié)的工具、數(shù)據(jù)和團隊而超出預算和時限。

制造商正在利用虛擬工廠和數(shù)字化應對這些挑戰(zhàn)。由數(shù)字孿生、通用場景描述（OpenUSD）生態(tài)系統(tǒng)、生成式 AI 等技術提供支持的虛擬工廠，可以開辟從規(guī)劃到運營的全新可能性。

什么是虛擬工廠

虛擬工廠是對真實工廠的物理級精確的呈現(xiàn)。通過這些數(shù)字孿生工廠，制造商可以在無需物理原型或試驗工廠的情況下，對生產(chǎn)流程、資源和運營進行建模、模擬、分析和優(yōu)化。

虛擬工廠的優(yōu)點

虛擬工廠為制造商帶來了許多優(yōu)點和可能性，包括：

簡化溝通：虛擬工廠簡化了溝通，確保關鍵的設計和運營決策以最新數(shù)據(jù)為依據(jù)，而不是依賴面對面會議和靜態(tài)規(guī)劃文件來進行項目協(xié)調(diào)。

因地制宜的規(guī)劃：在設施的設計、建設和試運行期間，項目利益相關方可通過虛擬工廠實現(xiàn)整個設施和生產(chǎn)流程的設計可視化。規(guī)劃和運營團隊可將已建結構與虛擬設計進行實時比較和驗證，并在審查過程中盡早發(fā)現(xiàn)錯誤和采納反饋意見，從而降低成本。

優(yōu)化設施設計：通過連接虛擬工廠與流程和離散事件仿真，團隊可從生產(chǎn)和物料流、人體工學工作設計、安全性和整體利用率方面優(yōu)化設施設計。

智能化并優(yōu)化運營：運營團隊可將虛擬工廠與來自邊緣物聯(lián)網(wǎng)技術的寶貴生產(chǎn)數(shù)據(jù)整合到一起，利用 AI 推動進一步優(yōu)化。

虛擬工廠：AI 和機器人技術的試驗場

機器人開發(fā)者正越來越多地利用虛擬工廠來訓練和測試在實體工廠中運行的 AI 和自動駕駛系統(tǒng)。例如開發(fā)者和制造團隊可以在虛擬工廠中仿真數(shù)字工作者和自主移動機器人（AMR）、視覺 AI 智能體以及傳感器，來創(chuàng)建整個設施內(nèi)的工人活動總圖。通過融合仿真攝像頭數(shù)據(jù)流與多攝像頭追蹤數(shù)據(jù)，開發(fā)者可以生成 occupancy 圖作為確定自主移動機器人最佳路線的參考。

開發(fā)者還可以利用這些物理級精確的虛擬工廠，來訓練和測試能夠管理機器人隊伍的 AI 智能體，確保 AI 機器人能夠適應現(xiàn)實世界中的變數(shù)，簡化并提高人機協(xié)作配置效率。

虛擬工廠的基礎是什么

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

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

OpenUSD 的核心優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)建模上的靈活性。開發(fā)者可以輸入源應用中的 3D 內(nèi)容，并通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管線將其與各種數(shù)據(jù)相結合，例如來自計算機輔助設計（CAD）軟件、實時傳感器、文檔和維護記錄的數(shù)據(jù)等。借助 OpenUSD，開發(fā)者能夠在各個仿真工具和 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)理和團隊提供實時洞察。

通過在 OpenUSD 上開發(fā)虛擬工廠解決方案，開發(fā)者可以提升工廠團隊的協(xié)作能力，使他們能夠?qū)崟r審查計劃、討論需要優(yōu)化的方面并做出決策。

為推動并加快 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 建立開放標準。

虛擬工廠在工業(yè)中的應用

為了釋放虛擬工廠的潛力，Autodesk、Continental（大陸集團）、Pegatron、羅克韋爾自動化、西門子、Wistron 等行業(yè)領先者正在開發(fā)能與OpenUSD和NVIDIA Omniverse互操作的虛擬工廠解決方案。Omniverse 是一個應用編程接口（API）和軟件開發(fā)套件平臺，開發(fā)者能夠基于 OpenUSD 為復雜 3D 和工業(yè)數(shù)字化工作流構建應用。

Autodesk 旗下的 FlexSim 利用OpenUSD使工廠團隊能夠通過建立復雜系統(tǒng)和運營的仿真模型，來分析、可視化并優(yōu)化現(xiàn)實世界中的流程。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)實世界中的可變性、運行“假設”情景并執(zhí)行深入分析。

德國頭部汽車技術公司 Continental 的開發(fā)人員在OpenUSD和NVIDIA Omniverse上開發(fā)了一款工廠規(guī)劃和生產(chǎn)運營應用 ContiVerse。該應用幫助 Continental 優(yōu)化工廠布局，協(xié)同規(guī)劃生產(chǎn)流程，預計可將產(chǎn)品上市時間縮短 13%。

Continental 還與 IT 咨詢及數(shù)字服務提供商 SoftServe 聯(lián)合開發(fā)了 Industrial Co-Pilot，通過將 AI 驅(qū)動的洞察與沉浸式可視化相結合，為工程師提供實時指導和預測分析。預計這將減少 10% 的維護工作量和停機時間。

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

羅克韋爾自動化正在將NVIDIA Omniverse Cloud API和OpenUSD與其 Emulate3D 數(shù)字孿生軟件集成，為制造團隊帶來數(shù)據(jù)互操作性、實時協(xié)作和基于物理學的可視化，實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模數(shù)字孿生生產(chǎn)系統(tǒng)的設計、構建和運行。

西門子既是自動化、數(shù)字化和可持續(xù)性領域的技術領導者，也是 OpenUSD 聯(lián)盟成員之一。該公司將從位于云端的領先產(chǎn)品生命周期管理軟件 Teamcenter X 開始，在其西門子 Xcelerator 平臺中采用 Omniverse Cloud API。這將幫助團隊先在虛擬世界中完成設計、構建和測試，然后再在物理世界中構建下一代產(chǎn)品、制造流程和工廠。

全球領先的技術服務商和電子產(chǎn)品制造商 Wistron 正在利用 OpenUSD 實現(xiàn)新老工廠的數(shù)字化。通過在NVIDIA Omniverse上開發(fā)虛擬工廠解決方案，Wistron 工廠團隊能夠遠程協(xié)同完善布局配置、優(yōu)化表面貼裝技術和內(nèi)部電路測試線路并改造產(chǎn)品到岸測試。借助這些解決方案，Wistron 員工的效率提高了 51%，生產(chǎn)流程時間縮短了 50%，通過布局優(yōu)化和實時監(jiān)控將缺陷率降低了 40%。工廠建造速度從約五個月加快到僅兩個半月，建造時間縮短了一半。

審核編輯：劉清