幾年前，業(yè)界對工業(yè)元宇宙的可能性討論熱烈，但此后似乎更多關(guān)注底層技術(shù)的發(fā)展。那么工業(yè)元宇宙的發(fā)展現(xiàn)狀如何呢？
首先要明確，工業(yè)元宇宙并非全新事物，而是已有二三十年技術(shù)積累的演進，例如仿真——讓工程師在 3D 數(shù)字環(huán)境中互動、模擬流程、引入虛擬機器人和虛擬人員。在這里，工程師可以修改并驗證生產(chǎn)過程。
過去幾年，AI 的興起帶來了新機遇。因此，談到工業(yè)元宇宙，我們不僅指仿真，還包括利用 AI Copilot 或 AI 助手幫助工程師提升效率、做出更好決策并協(xié)同工作。工程師可沉浸于工業(yè)元宇宙環(huán)境，并在逼真的場景中協(xié)同推進項目。
工業(yè)元宇宙支持無縫的跨組織協(xié)作、實時可視化和仿真、協(xié)同設(shè)計和工程，它把數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)傳感器和高保真可視化整合在一起，開創(chuàng)了一種全新的工作方式。
以電池生產(chǎn)場景為例：使用西門子 Process Simulate，制造商可在虛擬共享空間中利用基于物理的數(shù)字孿生。借助Xcelerator 軟件構(gòu)建的數(shù)字孿生，生產(chǎn)單元內(nèi)機器人、AGV 與人類的交互被精確仿真。然后，在 NVIDIA Omniverse 中對電池組裝配線進行建模，并與西門子數(shù)字化制造工具無縫連接。接下來，通過Tecnomatix Connector 將 Process Simulate 的研究結(jié)果傳輸?shù)?Omniverse，這樣用戶就能享受到逼真的高保真可視化仿真。
仿真如何確保機器人在生產(chǎn)環(huán)境中的有效性？
以西門子 Process Simulate 為例，工程師可在真實制造背景下開發(fā)、仿真并驗證自動化流程。“真實制造背景”這一點至關(guān)重要：在物理世界，為機器人安裝設(shè)備或反復(fù)測試方案成本極高，幾乎不可行。
但是，通過轉(zhuǎn)換到數(shù)字孿生或 3D 環(huán)境，您可以構(gòu)建包含所有機器人、設(shè)備、輸送機和工作人員的生產(chǎn)線，并測試多種替代方案以全面優(yōu)化您的流程。這降低了實施后出現(xiàn)問題的風(fēng)險，并消除了修復(fù)這些錯誤的成本，也消除了在安裝后必須調(diào)試機器人問題的成本。
在車間部署機器人的主要問題之一是，您需要確保它們按照正確的安全標準運行，以保護人類員工免受傷害。這就是機器人供應(yīng)商提供安全技術(shù)的原因。但是這些安全措施假設(shè)您會限制機器人的運動，以防止它們移動到受保護的空間。
由于多種原因，這在車間可能很難實現(xiàn)，這就是仿真的用武之地。您可以仿真和驗證具有不允許機器人移動的限制區(qū)域的制造環(huán)境。這意味著機器人中的安全功能得到了解決，并且是在仿真環(huán)境中驗證機器人編程之前規(guī)劃過程的一部分。
用戶不僅可以隨機化機器人運動，還可以模擬和評估人類作員的任務(wù)。如果附近有其他設(shè)備或其他機器人，用戶也可以針對這些進行優(yōu)化。
這些仿真中的一個關(guān)鍵做法就是規(guī)劃最小化人與機器之間的任何干擾。這包括隨機化人類操作員的動作，以查看在出現(xiàn)安全漏洞時會發(fā)生什么并測試這些場景。
例如，如果有人闖入安全區(qū)，則要確保機器人停止，或者確保機器入口不會被堵住，導(dǎo)致人的手被夾在里面。使用仿真技術(shù)，所有這些方面都可以再次轉(zhuǎn)移到設(shè)計環(huán)境中，以降低車間出錯的風(fēng)險。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人部署中扮演的角色
在消費品領(lǐng)域的一個制造客戶正面臨著挑戰(zhàn)，因為他們無法與位于另一個國家的供應(yīng)商進行面對面的交流。這使得他們很難有效地溝通工作站的設(shè)計和建造。
設(shè)計這些工作站的傳統(tǒng)方法所采用的技術(shù)已經(jīng)落后，因此新的解決方案采用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)來建立一個沉浸式的協(xié)作環(huán)境，工程師們可以戴著耳機遠程會面，沉浸在逼真的設(shè)計環(huán)境中。
一旦制造商為客戶設(shè)計了工作站，他們都可以遠程查看，對設(shè)計進行評估，并就需要修正的地方提出調(diào)整建議。 此外，還可以根據(jù)佩戴傳感器的人創(chuàng)建虛擬操作員，以捕捉車間工人的動作。這些數(shù)據(jù)可以流式傳輸?shù)椒抡姝h(huán)境中，用虛擬設(shè)備進行測試。
這種技術(shù)堆棧建立了在工業(yè)元宇宙中進行協(xié)作的能力，可以在不出差的情況下，在安裝任何物理設(shè)備之前，做出明智的工程決策。
AI賦能的機器人未來
隨著AI技術(shù)的快速發(fā)展，通過提高機器人感知環(huán)境和使用機載智能做出運動決策的能力，使機器人更加自主。
雖然這些功能仍在發(fā)展中，但我們很快就會看到機器人能夠自主地從雜亂的盒子（容器）中揀選產(chǎn)品并將其放在貨架上或包裹中。我們將看到配備這種智能（也稱之為物理 AI）的人形機器人的演變，這些智能使它們能夠感知環(huán)境并將其轉(zhuǎn)化為物理動作。
當 AI 賦能的機器人和仿真交匯時，仿真便能為機器人創(chuàng)建虛擬世界，在各種場景下訓(xùn)練和驗證其任務(wù)表現(xiàn)。工程師還可依據(jù)虛擬環(huán)境的反饋測試機器人感知與行為，進一步優(yōu)化訓(xùn)練。
工業(yè)元宇宙、AI和機器人技術(shù)的融合標志著制造業(yè)變革時代的到來。AI 不再只是一個附加組件；它正在幫助推動制造仿真中的智能自動化。領(lǐng)先的自動化企業(yè)正在大力推動工業(yè) AI 的研發(fā)，將生成式 AI、機器學(xué)習(xí)和機器視覺等技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)場景。以“代理式 AI”為例，這類 AI 系統(tǒng)可在工業(yè)場景中具備一定自主與決策能力，無需工程師提示即可主動排障、仿真并優(yōu)化制造流程。
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