（文/程文智）盡管工業(yè)4.0的概念提出已有多年，但實際上真正實現(xiàn)這一概念的工廠并不多。大多數(shù)工廠仍處于數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和柔性化轉型的過程中。在未來3到5年，甚至更長時間里，工廠的數(shù)字化和網(wǎng)絡化轉型將成為主要趨勢，智能化和柔性化將是未來發(fā)展的方向。

工廠的數(shù)字化轉型和智能制造實現(xiàn)雖然看起來很有前景，但實際實踐中，卻面臨著諸多挑戰(zhàn)，成本高昂、技術復雜、信息孤島、及對技術供應商的高度依賴，是很多工廠在轉型的過程中所面臨的困惑。而且這個數(shù)字不是一個小數(shù)目，據(jù)NVIDIA創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛在不久前的COMPUTEX 2023上的主題演講中指出，全球有超過1000萬家運營中的工廠，總價值量超過46萬億美元，這些工廠都是數(shù)字化的重點。

那么，有沒有一種更好的方法來幫助這1000多萬家工廠順利實現(xiàn)數(shù)字化轉型，實現(xiàn)全數(shù)字化智能工廠呢？NVIDIA（英偉達）基于其全棧計算（full stack computing）基礎的軟硬一體化解決方案或許是個不錯的選擇。也就是說，NVIDIA提供的不僅僅是芯片，而是一整套的計算堆棧，包括其GPU、DPU、HPC、NVIDIA AI，以及NVIDIA Omniverse等軟硬件。

Omniverse助力工廠數(shù)字化

通過NVIDIA強大的GPU和DPU技術，智能工廠能夠獲得高性能的計算能力和靈活的數(shù)據(jù)處理能力。GPU在圖像處理和深度學習方面具有出色的性能，為智能工廠的視覺檢測和圖像識別等任務提供可靠支持。而DPU作為數(shù)據(jù)處理單元，為工廠的實時數(shù)據(jù)處理和邊緣計算提供高效解決方案。這些技術的應用使得智能工廠能夠更快速、準確地處理數(shù)據(jù)，并以更智能化的方式進行決策和優(yōu)化。

NVIDIA Omniverse是在構建智能工廠的數(shù)字孿生模型方面的首選工具。作為一個工業(yè)數(shù)字化平臺，Omniverse旨在搭建數(shù)字化和物理實體之間的橋梁，使各個行業(yè)能夠以數(shù)字方式設計、構建、運營和優(yōu)化實體產(chǎn)品和工廠。利用Omniverse，不同部門和合作伙伴可以在一個共享的虛擬環(huán)境中協(xié)同工作，加速數(shù)字孿生模型的創(chuàng)建和優(yōu)化過程。通過Omniverse，制造商可以在虛擬環(huán)境中以數(shù)字方式構建工廠，并在真正的實體工廠建成之前，以數(shù)字方式整合，優(yōu)化工廠的所有機械設備，從而加快工廠建設速度，持續(xù)優(yōu)化運營，并最大限度地提高生產(chǎn)線效率，同時降低成本。

據(jù)公開資料顯示，許多知名汽車制造商，如寶馬、奔馳、沃爾沃、通用和豐田，以及電子產(chǎn)品制造商，如富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、宣鼎、和碩、廣達和緯創(chuàng)等，都在使用NVIDIA Omniverse來優(yōu)化其工作間和裝配線的運營，并降低生產(chǎn)成本。

舉例來說，奔馳和捷豹路虎的工程師在Omniverse中使用Drive Sim驗證主動安全系統(tǒng)并模擬駕駛場景；Lotus使用Omniverse，以虛擬方式組裝焊接站；豐田使用Omniverse構建自己工廠的數(shù)字孿生；寶馬利用Omniverse中的Isaac Sim生成合成數(shù)據(jù)和場景訓練工廠機器人，同時用其規(guī)劃全球近三十家工廠的運營等等。這些案例顯示出，NVIDIA Omniverse在實現(xiàn)數(shù)字化工廠的目標方面的成功應用。

將AI引入工廠，提升工廠效率

NVIDIA不僅提供強大的計算技術，還提供Omniverse工具和生成式AI的API接口，以便工廠能夠連接其設計和制造工具，從而構建工廠數(shù)字孿生。利用NVIDIA的Isaac Sim，工廠可以模擬和測試機器人的工作效果。此外，利用NVIDIA的視覺AI框架Metropolis，工廠可以實現(xiàn)光學檢測的自動化。

據(jù)了解，全球工廠每年在質控方面的開支超過6萬億美元，幾乎每條產(chǎn)品線上都采用了缺陷檢測手段，然而，由于需求量大，傳統(tǒng)的人工檢測無法滿足需求。盡管一些工廠已經(jīng)采用了自動光學檢測（AOI）系統(tǒng)幫助進行缺陷檢測，但這些系統(tǒng)往往存在誤檢率較高的問題，需要進行二次人工檢測，從而導致額外的成本開銷。

通過使用NVIDIA的技術和工具，工廠可以提高缺陷檢測的準確性和效率。生成式AI的API接口可以幫助工廠實現(xiàn)智能化的圖像分析和識別，從而減少誤檢率，并降低人工干預的需求。

Metropolis則是一個工廠自動化工作流程的集合，旨在為AOI系統(tǒng)等應用開發(fā)提供先進的AI平臺和工作流程。在不久前的COMPUTEX 2023上，NVIDIA展示了其在工廠中的應用，幫助工廠，或制造商開發(fā)、部署和管理具有競爭優(yōu)勢的定制化質量控制系統(tǒng)。據(jù)悉，富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、和碩、廣達、西門子和緯創(chuàng)等超過50家制造業(yè)和工業(yè)自動化供應商，已經(jīng)在使用Metropolis來優(yōu)化他們的產(chǎn)線，以提高生產(chǎn)效率，降低成本。

其中，富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在與Metropolis生態(tài)合作伙伴合作，致力于實現(xiàn)電路板質控檢測的自動化。宜鼎則使用Metropolis來實現(xiàn)產(chǎn)線光學檢測流程的自動化。另外，和碩通過采用Metropolis，能夠從小型數(shù)據(jù)集開始快速更新缺陷檢測模型，從而使其AOI系統(tǒng)的準確率提高至99.8%。同時，緯創(chuàng)也利用Metropolis的AI計算機視覺技術來實現(xiàn)電路板光學檢測的自動化。這些合作案例展示了Metropolis在工廠自動化和光學檢測領域的實際應用和成果。

進軍機器人領域

在AI興起之前，NVIDIA就已經(jīng)在機器人開發(fā)方面進行了探索。然而，當時的機器人智能化程度相對較低，難以商業(yè)化應用。隨著AI的發(fā)展，機器人在智能化方面取得了重大突破。一方面，AI大模型和多模態(tài)技術的出現(xiàn)使得機器人具備了自然語言交互和自動化決策能力，大幅提升了智能化水平，并增強了用戶體驗。另一方面，工程師可以通過AI進行機器人肢體的模擬訓練，降低了開發(fā)成本。因此，機器人領域再次成為業(yè)界關注的焦點。

在COMPUTEX 2023上，NVIDIA展示了全新的自主移動機器人平臺NVIDIA Isaac AMR（Autonomous Mobile Robot），可供第三方進行二次開發(fā)。這是NVIDIA在2018年發(fā)布的自主機器人平臺Isaac的升級版。與以往的Isaac平臺主要面向室外低速配送機器人不同，NVIDIA Isaac AMR提供了更多功能和特性。

據(jù)了解，新發(fā)布的NVIDIA Isaac AMR主要基于Nova Orin參考架構構建，配備多個相機、LIDAR、雷達和其他先進的傳感器和計算硬件，實現(xiàn)模擬中的映射自主性，并具備完整的一體化軟硬件。

具體來看，NVIDIA Isaac AMR具有以下三個主要特點：
一是模擬，它提供用于仿真的虛擬空間，使開發(fā)者能夠在虛擬環(huán)境中測試和優(yōu)化機器人的行為和功能；
二是映射，它具備實時地圖創(chuàng)建能力，能夠根據(jù)環(huán)境感知數(shù)據(jù)，創(chuàng)建精確的地圖，幫助機器人進行準確的定位和路徑規(guī)劃；
三是自主，它具備獨立運行的能力，能夠在現(xiàn)實世界中進行自主導航和任務執(zhí)行，無需外部人工干預。

同時，第三方企業(yè)和開發(fā)者可以基于Isaac AMR進行二次開發(fā)，根據(jù)自身需求開發(fā)定制化應用。

借助AI技術的快速發(fā)展，Isaac AMR功能得到了進一步加強，它包括邊緣到云的軟件服務、計算，以及一套參考傳感器和機器人硬件。也就是說，NVIDIA構建了完整的機器人堆棧，涵蓋了從芯片到算法，包括先進的感知、地圖構建、定位和規(guī)劃，以及云端地圖系統(tǒng)。無論用戶的使用需求如何，NVIDIA提供了開放的選擇，包括芯片、系統(tǒng)、軟件和算法。據(jù)悉，該數(shù)字化機器人堆棧已經(jīng)準備就緒，可為機器人應用提供全面支持。

之所以能夠實現(xiàn)這些功能，是因為Isaac AMR加入了一個類似云端的概念，機器人能通過連接DeepMap的云服務，通過多模態(tài)導航及NVIDIA cuOpt軟件的云端車隊優(yōu)化功能，從而加速大型環(huán)境的測繪與語義理解，賦予機器人自主性，提高機器人的運行效率。

同時，開發(fā)人員可以利用Isaac Sim和NVIDIA Omniverse在數(shù)字化的操作環(huán)境中創(chuàng)建逼真的數(shù)字孿生，使完全自主的機器人能夠在模擬環(huán)境中接受復雜任務的訓練。在真實部署之前，所有操作都可以在Isaac Sim中進行全面驗證。可以說，Isaac AMR加速了企業(yè)向完全自主的遷移，降低了成本，并加快了下一代自主移動機器人的部署速度。

在應用方面，有了AI加持的自主移動機器人的應用范圍將更加廣泛，比如可以用來開發(fā)物流機器人，應用于倉儲、分揀中心，以及運輸?shù)葓鼍埃瑘?zhí)行貨物轉移、搬運等任務，以替代手動叉車和引導車輛。據(jù)ABI Research 預測移動機器人的出貨量將從2023年的25.1萬臺增長至 2028 年的 160 萬臺，預計收入將從126億美元增至645億美元。

結語

從NVIDIA在智能工廠方面的投入，及與多家頭部工廠的合作，利用其數(shù)字化流程打造的全數(shù)字化智能工廠效果來看，NVIDIA在智能工廠領域的表現(xiàn)和未來發(fā)展前景還是很值得期待的。首先，NVIDIA憑借其全面計算架構和強大的計算能力，為智能工廠提供了全面的技術支持，助力制造業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉型。其次，NVIDIA的開放平臺和合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)為智能工廠的連接和集成提供了便利，促進了智能工廠的協(xié)同和創(chuàng)新。最后，NVIDIA在智能工廠應用方面的成功案例證明了其技術的可靠性和實用性，為其他制造企業(yè)提供了有益的借鑒和啟示。

然而，隨著智能工廠的不斷發(fā)展，也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，數(shù)據(jù)安全和隱私保護、技術標準和行業(yè)規(guī)范等方面的問題需要得到有效解決。此外，智能工廠的數(shù)字化轉型需要全員參與和持續(xù)的培訓，這也對企業(yè)的文化和組織能力提出了新的要求。

綜上所述，NVIDIA在智能工廠領域展現(xiàn)出了強大的技術實力和創(chuàng)新能力，并在全球范圍內推動智能工廠的發(fā)展。隨著智能工廠的普及和成熟，相信NVIDIA將繼續(xù)發(fā)揮關鍵作用，推動智能工廠實現(xiàn)更高水平的數(shù)字化轉型和智能化升級。