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西門子如何加速落地 “工業(yè)元宇宙”?

http://m.casecurityhq.com 2024-07-26 10:20 來源:西門子工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域

在工業(yè)界,“元宇宙”不再是個虛幻的概念,而是能解決實際問題的技術(shù)與理念。

近年來,“元宇宙”一詞從盛極一時到逐漸冷卻,大眾開始對它所描述的“所有人都在一個完全在線的虛擬世界里互動、創(chuàng)造和體驗生活”的場景產(chǎn)生懷疑,看似科幻,但找不到可以復制的商業(yè)模式。

然而,消費市場的遇冷,并不意味著這個概念是偽命題。事實上,“元宇宙”這一概念,以及它所包含的技術(shù)與解決方案,已經(jīng)在智能制造、能源管理、交通網(wǎng)絡(luò)等諸多泛工業(yè)領(lǐng)域的實際場景落地,為企業(yè)、產(chǎn)業(yè)和社會創(chuàng)造價值。

這股技術(shù)浪潮的標志性領(lǐng)導者就是全球領(lǐng)先的科技公司——西門子。

何為“工業(yè)元宇宙”?

“元宇宙”這個詞出自1992年出版的賽博朋克科幻小說代表作《雪崩》,而在后來的近三十年間卻鮮被提及。直到2021年,它如龍卷風一般突然席卷公眾視野,從資本的追捧到互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛入局,“元宇宙”概念炙手可熱。但時至今日,它仍在不斷發(fā)展、演變,不同參與者以自己的方式持續(xù)豐富著它的含義。“元宇宙”所描述的場景極具想象力,一個由數(shù)字技術(shù)打造的高度沉浸式虛擬化的數(shù)字世界。

如何將“想象力”變成“生產(chǎn)力”?這或許是在概念辨析之外更值得關(guān)注的問題。

近年來,隨著相關(guān)數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展,“元宇宙”也從概念走向產(chǎn)業(yè),從“虛火”走向“實火”。而當“元宇宙”所描繪的場景投射在充滿專業(yè)性和復雜性的工業(yè)領(lǐng)域之后,它就產(chǎn)生了全新的應(yīng)用價值,創(chuàng)造出無限可能。

作為“元宇宙”的一個分支,“工業(yè)元宇宙”包含對機器、工廠、城市等高度復雜系統(tǒng)的映射和模擬,從而為現(xiàn)實世界中的難題提供最優(yōu)解,推動產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化發(fā)展進入全新階段。西門子在做的,正是加速“工業(yè)元宇宙”相關(guān)創(chuàng)新與應(yīng)用。

AI、數(shù)字孿生等技術(shù)的快速發(fā)展讓工業(yè)元宇宙加速創(chuàng)新,加速可持續(xù)發(fā)展,加速新科技普及的價值不斷釋放。

——博樂仁(Roland Busch)

西門子股份公司董事會主席

總裁兼首席執(zhí)行官

在西門子看來,“工業(yè)元宇宙”將改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)與生活方式,改變未來商業(yè)模式。其核心是融合現(xiàn)實世界與數(shù)字世界,數(shù)字孿生和人工智能等技術(shù)的發(fā)展和結(jié)合為其提供了重要的技術(shù)支撐。在這一方面,西門子已經(jīng)開展了廣泛且深入的創(chuàng)新實踐。

貫穿全生命周期的數(shù)字孿生

工業(yè)界對于數(shù)字孿生這一概念并不陌生,它可以理解為物理實體的“虛擬副本”,是“工業(yè)元宇宙”的重要組成部分。

值得強調(diào)的是,數(shù)字孿生包括價值鏈全生命周期產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)、模型等信息,其獨特價值在于雙向映射、實時連接和動態(tài)交互。簡單來說,數(shù)字孿生不僅“長得像”,行為也同樣逼真。這使得數(shù)字孿生能夠?qū)嶋H場景中的物理對象實現(xiàn)準確的驗證和預(yù)測,從而達到?jīng)Q策優(yōu)化的目的。

西門子致力于該技術(shù)的研究與應(yīng)用已有30年,覆蓋企業(yè)的全業(yè)務(wù)流程和產(chǎn)品的全生命周期。從產(chǎn)品到工廠,從電網(wǎng)到整座城市,甚至是跳動的心臟,皆可孿生。

數(shù)字孿生技術(shù)正在徹底改變產(chǎn)品設(shè)計的方式和效率,從傳統(tǒng)的手工制圖和樣機制作演變成了高度數(shù)字化的過程。

西門子是紅牛F1車隊的長期合作伙伴。F1賽車對速度和性能的極致追求,在研發(fā)設(shè)計上也展現(xiàn)得淋漓盡致,數(shù)字孿生技術(shù)從中大有可為。比如,它讓碳纖維部件等原本依靠手工操作的關(guān)鍵部件的研發(fā)流程更加精準且標準化,實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)“一遍過”。

在數(shù)字世界里完成設(shè)計、調(diào)試與優(yōu)化,減少了在現(xiàn)實世界中反復驗證與測試所消耗的資源及時間。這些節(jié)省下來的時間返還給設(shè)計端,讓團隊能夠?qū)W⒂谫愜嚨脑O(shè)計迭代,實現(xiàn)性能突破。

西門子數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于紅牛F1賽車研發(fā)

有時候,時間和成本的節(jié)約對于工業(yè)領(lǐng)域來說意味著能否把握商機。如今,一體化壓鑄技術(shù)以其顯著的降本、輕量化及提高生產(chǎn)效率的優(yōu)勢,掀起車身制造的新趨勢。

全球領(lǐng)先的鋁車輪制造商中信戴卡希望快速切入這個市場,在西門子數(shù)字孿生技術(shù)的助力下,其“7500T一體化壓鑄機”的研發(fā)制造周期縮短了約50%。

通過搭建數(shù)字孿生模型,團隊能夠模擬仿真壓射、機電液耦合等關(guān)鍵工藝和設(shè)備運行工況。如此一來,在任何部件投入生產(chǎn)制造之前,數(shù)字孿生都能以可控成本輔助團隊完成復雜的論證,并對后續(xù)的設(shè)計優(yōu)化進行指導。

同時,設(shè)計工程師還可以通過增強現(xiàn)實技術(shù)將虛擬的設(shè)備模型和實時數(shù)據(jù)疊加到真實場景中,可視化、沉浸式地體驗“工業(yè)元宇宙”。

在設(shè)計優(yōu)化之外,基于SIMICAS設(shè)備遠程運維平臺,數(shù)字孿生和增強現(xiàn)實技術(shù)的加持還讓遠程監(jiān)控、故障診斷和智能運維成為可能,貫穿高壓壓鑄機的設(shè)計、制造、運維全生命周期實現(xiàn)更高的效率、更可靠的性能,提升市場競爭力。

7500T一體化壓鑄設(shè)備

不僅是產(chǎn)品,全生命周期的實時交互對于像工廠這樣需要長期運營的復雜系統(tǒng)工程也至關(guān)重要。

西門子數(shù)控(南京)有限公司被稱為西門子全球首座原生數(shù)字化工廠,是數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的典范。這座工廠在實際破土動工之前,西門子就已全方位應(yīng)用自己的數(shù)字化技術(shù),預(yù)先在虛擬世界打造出工廠的數(shù)字孿生,涵蓋需求分析、布局設(shè)計 、生產(chǎn)流程仿真以及虛擬調(diào)試等環(huán)節(jié),從而提前發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題。

比如,在一次虛擬檢測中,團隊發(fā)現(xiàn)一臺噴漆設(shè)備沒通風設(shè)施不當。在現(xiàn)實世界中解決這一問題非常麻煩,并且會延誤工期,而在虛擬世界中,僅需拖拽幾下就可以修復。

工廠投產(chǎn)后,數(shù)字孿生繼續(xù)在優(yōu)化運營和管理方面發(fā)揮關(guān)鍵作用,為生產(chǎn)提供實時可靠的數(shù)據(jù)支撐,實現(xiàn)產(chǎn)能提升近2倍、產(chǎn)品上市時間縮短20%,物流流轉(zhuǎn)效率提升50%,柔性生產(chǎn)能力提升30%。

西門子數(shù)控(南京)有限公司

西門子全球首座原生數(shù)字化工廠

基于數(shù)字孿生技術(shù)的“工業(yè)元宇宙”為各方提供了協(xié)作空間,并通過沉浸式體驗和實時交互加速釋放產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)撃堋?/p>

面向未來,西門子將繼續(xù)推進數(shù)字孿生相關(guān)解決方案的研發(fā)創(chuàng)新,把工業(yè)場景中的協(xié)同共創(chuàng)推向新的高度,讓不同的部門、不同的學科,甚至是不同的企業(yè),都可以在“工業(yè)元宇宙”當中,以數(shù)字孿生為基礎(chǔ),進行更加深度的交流合作,共同解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的難題。

更懂工業(yè)的人工智能

如果說數(shù)字孿生為構(gòu)建工業(yè)元宇宙提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ),那么工業(yè)人工智能則是融合現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的重要杠桿。

穿梭在虛實兩端的工業(yè)元宇宙,必然產(chǎn)出海量數(shù)據(jù)。一座高自動化的工廠,每個月會產(chǎn)出超過2000TB的數(shù)據(jù),相當于50萬部電影。在邊緣設(shè)備和人工智能的加持下,這些數(shù)據(jù)才可以被有效利用,轉(zhuǎn)化成可用的知識、可執(zhí)行的洞察,為企業(yè)持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和制造流程提供可靠的決策依據(jù)。

西門子致力于研發(fā)和運用更懂工業(yè)的人工智能,將技術(shù)與專業(yè)領(lǐng)域知識相結(jié)合,轉(zhuǎn)化為行之有效的解決方案,推動工業(yè)人工智能從概念驗證階段邁向?qū)嶋H應(yīng)用落地。相關(guān)解決方案已經(jīng)在不同垂直行業(yè)的實際生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮作用,讓工藝控制、設(shè)備運維、能碳管理等工作更加智能高效。

以食品加工為例,為了讓消費者吃到營養(yǎng)、健康的食品,提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性至關(guān)重要。但由于原料品質(zhì)、工藝參數(shù)的變化,以及季節(jié)天氣等外部因素的影響,傳統(tǒng)制造工藝面臨諸多挑戰(zhàn)。比如,在淀粉生產(chǎn)中,水分控制是一個多變量、非線性、大時滯的復雜過程,不僅直接影響成品品質(zhì),還關(guān)乎能耗與運營成本,而這一環(huán)節(jié)還主要依賴人工經(jīng)驗。

西門子攜手中國一家食品加工企業(yè)開創(chuàng)性地將人工智能增強控制引入相關(guān)工藝控制系統(tǒng),以精準的動態(tài)調(diào)控,實現(xiàn)食品制造的提質(zhì)增效。

在能碳管理方面,大數(shù)據(jù)與人工智能也正在賦能可持續(xù)發(fā)展。西門子攜手合作伙伴,支持建設(shè)北京首個“光儲直柔”零碳營業(yè)廳:環(huán)球供電服務(wù)中心營業(yè)廳,打造“交直流互濟+光儲直柔+柔性策略”的解決方案構(gòu)架。

作為整個方案的核心,西門子Smart ECX智慧能碳管理平臺,物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進技術(shù),并把人工智能模型引入微電網(wǎng),通過分析天氣模式、電網(wǎng)數(shù)據(jù)和能耗趨勢,進行準確預(yù)測和預(yù)判斷,使得平臺既能應(yīng)對光伏發(fā)電的隨機波動性,還可以實現(xiàn)節(jié)能降碳、需量調(diào)節(jié),在盤互交錯的“光儲充”系統(tǒng)間統(tǒng)籌兼顧。

西門子Smart ECX智慧能碳管理平臺界面

近來火熱的生成式人工智能、大語言模型,也已經(jīng)開始作為一種全新的工具進入工業(yè)領(lǐng)域,重塑產(chǎn)品、流程、客戶體驗。目前常見的應(yīng)用場景包括利用自然語言輸入自動生成代碼,以及與工業(yè)軟件結(jié)合實現(xiàn)3D模型的快速設(shè)計生成。

2023年,西門子與微軟宣布深化合作關(guān)系,將合作推出一款人工智能輔助工具,旨在加強人機協(xié)作并提高生產(chǎn)率。

在2024年漢諾威工業(yè)博覽會期間,西門子展示了首款用于工業(yè)環(huán)境中工程設(shè)計的生成式人工智能產(chǎn)品:西門子Industrial Copilot,將工業(yè)生成式人工智能正式引入車間,讓自動化變得簡單。

這款生成式人工智能助手現(xiàn)已與TIA博途打通,能夠幫助工程團隊為可編程邏輯控制器(PLC)生成基礎(chǔ)的虛擬化任務(wù)和代碼,并自動處理重復性任務(wù),從而紓解技術(shù)人才短缺,提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

此外,西門子攜手亞馬遜云科技(AWS),將 Mendix低代碼開發(fā)平臺和Amazon Bedrock相連接,用戶只需點擊幾下就可輕松構(gòu)建和擴展生成式人工智能應(yīng)用,加速生成式人工智能在工業(yè)軟件中的普及。

人工智能助手走向車間一線

今年三月,西門子宣布進一步深化與英偉達的合作,將西門子Xcelerator與英偉達Omniverse Cloud APIs相連接,依托生成式人工智能技術(shù),驅(qū)動的數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用,持續(xù)構(gòu)建工業(yè)元宇宙。

船舶制造巨頭HD現(xiàn)代致力于研發(fā)氨動力和氫動力船舶,過程極其復雜,包含超過700萬個離散零部件。

西門子與英偉達的這一全新解決方案幫助HD現(xiàn)代實現(xiàn)船舶數(shù)字孿生的可視化,并與之進行有效互動。而生成式人工智能則大幅加快對真實感渲染細節(jié)進行設(shè)置和調(diào)整的速度,以往需要花費數(shù)天的任務(wù)現(xiàn)在可在短短幾小時內(nèi)完成,大大節(jié)約了時間和成本。

生成式人工智能賦能實時、逼真的可視化技術(shù)

這些例證說明,生成式人工智能作為一股新興力量,為工業(yè)創(chuàng)新注入了新動能。

那么,星星之火如何形成燎原之勢?規(guī)模化應(yīng)用是當下工業(yè)人工智能所面臨的發(fā)展瓶頸。

在工業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)積累中,時序數(shù)據(jù)(Time Series Data)占據(jù)重要地位。西門子在技術(shù)上借鑒語言和視覺大模型的思路,開發(fā)訓練“工業(yè)時序數(shù)據(jù)基礎(chǔ)模型”,基于來自制造、樓宇、交通等領(lǐng)域的330億高質(zhì)量時序數(shù)據(jù),實現(xiàn)趨勢預(yù)測、異常檢測等多種應(yīng)用,以“基礎(chǔ)模型+智能應(yīng)用”的新范式,加速工業(yè)人工智能的通用化和規(guī)?;l(fā)展。

加速“工業(yè)元宇宙”價值創(chuàng)造

數(shù)字孿生、人工智能等前沿技術(shù)之間的緊密互動,以及與專業(yè)領(lǐng)域知識的深度融合,讓我們看到“工業(yè)元宇宙”應(yīng)用前景廣闊,潛力巨大。

西門子認為,“工業(yè)元宇宙”是加速數(shù)字化、可持續(xù)發(fā)展的必由之路,是我們應(yīng)對諸多時代挑戰(zhàn)的必然選擇。而同互聯(lián)網(wǎng)一樣,“工業(yè)元宇宙”需要各方協(xié)力打造,需要所有人群策群力,借助平臺和生態(tài)的力量獲取價值共創(chuàng)的加速度。西門子Xcelerator開放式數(shù)字商業(yè)平臺可以從中發(fā)揮重要作用。

西門子Xcelerator平臺業(yè)務(wù)組合具有開放性、互操作性、靈活性和即服務(wù) (as a service) 的特點,數(shù)字孿生、人工智能等前沿技術(shù)融入其中,以更便捷的技術(shù)獲取方式賦能不同行業(yè)、不同規(guī)模的企業(yè)加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。

此外,西門子Xcelerator還構(gòu)建起不斷發(fā)展的合作伙伴生態(tài)體系,面向包括行業(yè)專家、開發(fā)者在內(nèi)的所有人開放,促進多方互動,加速“工業(yè)元宇宙”價值創(chuàng)造。

在工業(yè)界,人們清醒地看,也腳踏實地做,緊扣應(yīng)用場景,讓“元宇宙”由虛向?qū)?。通過深度融合現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的技術(shù),以及創(chuàng)新的數(shù)字化平臺業(yè)務(wù),西門子賦能客戶推動產(chǎn)業(yè)和市場變革,塑造我們想要生活的世界,以科技,共創(chuàng)每一天!

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