虛擬工廠正在幫助制造商解鎖從規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、制造業務離岸外包以及各種提高可持續性的遠大目標，制造商正在投資開發新的工廠并對現有設施進行改造。

而這些項目往往會因為復雜的人工規劃流程、老舊的技術基礎設施以及相互脫節的工具、數據和團隊而超出預算和時限。

制造商正在利用虛擬工廠和數字化應對這些挑戰。由數字孿生、通用場景描述（OpenUSD）生態系統、生成式 AI 等技術提供支持的虛擬工廠，可以開辟從規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。通過這些數字孿生工廠，制造商可以在無需物理原型或試驗工廠的情況下，對生產流程、資源和運營進行建模、模擬、分析和優化。

虛擬工廠的優點

虛擬工廠為制造商帶來了許多優點和可能性，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據為依據，而不是依賴面對面會議和靜態規劃文件來進行項目協調。

因地制宜的規劃：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整個設施和生產流程的設計可視化。規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現錯誤和采納反饋意見，從而降低成本。

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

智能化并優化運營：運營團隊可將虛擬工廠與來自邊緣物聯網技術的寶貴生產數據整合到一起，利用 AI 推動進一步優化。

虛擬工廠：AI 和機器人技術的試驗場

機器人開發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。例如開發者和制造團隊可以在虛擬工廠中仿真數字工作者和自主移動機器人（AMR）、視覺 AI 智能體以及傳感器，來創建整個設施內的工人活動總圖。通過融合仿真攝像頭數據流與多攝像頭追蹤數據，開發者可以生成 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 機器人能夠適應現實世界中的變數，簡化并提高人機協作配置效率。

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，解鎖這些帶來轉變的可能性，需要將多種工具、數據格式和技術集中到一起，協調數字世界中的真實世界呈現。

OpenUSD 最初由皮克斯動畫工作室發明，包含一系列工具和功能。它為開發者和制造商帶來了實現數字化目標所需的數據互操作性。

OpenUSD 的核心優勢在于數據建模上的靈活性。開發者可以輸入源應用中的 3D 內容，并通過統一的數據管線將其與各種數據相結合，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據等。借助 OpenUSD，開發者能夠在各個仿真工具和 AI 模型之間共享這些類型的數據，為所有利益相關方提供洞察。工廠車間數據可以同步到數字孿生，為工廠經理和團隊提供實時洞察。

通過在 OpenUSD 上開發虛擬工廠解決方案，開發者可以提升工廠團隊的協作能力，使他們能夠實時審查計劃、討論需要優化的方面并做出決策。

為推動并加快 OpenUSD 生態系統的發展，皮克斯、Adobe、蘋果、Autodesk 和 NVIDIA 成立了 OpenUSD 聯盟。該聯盟正在核心規格、材質、幾何體等方面為 USD 建立開放標準。

虛擬工廠在工業中的應用

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 等行業領先者正在開發能與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）和軟件開發套件平臺，開發者能夠基于 OpenUSD 為復雜 3D 和工業數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和運營的仿真模型，來分析、可視化并優化現實世界中的流程。在該離散事件仿真軟件直觀的拖放界面上，可以創建 3D 仿真模型、考慮現實世界中的可變性、運行“假設”情景并執行深入分析。

德國頭部汽車技術公司 Continental 的開發人員在OpenUSD和NVIDIA Omniverse上開發了一款工廠規劃和生產運營應用 ContiVerse。該應用幫助 Continental 優化工廠布局，協同規劃生產流程，預計可將產品上市時間縮短 13%。

Continental 還與 IT 咨詢及數字服務提供商 SoftServe 聯合開發了 Industrial Co-Pilot，通過將 AI 驅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品制造商之一 Pegatron 正在OpenUSD上開發虛擬工廠解決方案，以此加快新工廠的開發速度，盡可能減少訂單變更、優化運營并實現現有工廠產線吞吐量的最大化。

羅克韋爾自動化正在將NVIDIA Omniverse Cloud API和OpenUSD與其 Emulate3D 數字孿生軟件集成，為制造團隊帶來數據互操作性、實時協作和基于物理學的可視化，實現工業規模數字孿生生產系統的設計、構建和運行。

西門子既是自動化、數字化和可持續性領域的技術領導者，也是 OpenUSD 聯盟成員之一。該公司將從位于云端的領先產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品、制造流程和工廠。

全球領先的技術服務商和電子產品制造商 Wistron 正在利用 OpenUSD 實現新老工廠的數字化。通過在NVIDIA Omniverse上開發虛擬工廠解決方案，Wistron 工廠團隊能夠遠程協同完善布局配置、優化表面貼裝技術和內部電路測試線路并改造產品到岸測試。借助這些解決方案，Wistron 員工的效率提高了 51%，生產流程時間縮短了 50%，通過布局優化和實時監控將缺陷率降低了 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