制造業(yè)使用數(shù)字孿生來提高效率并減少排放

西門子正在使用 NVIDIA 加速計算加快實現(xiàn)凈零制造。

提高制造業(yè)的可持續(xù)性涉及到優(yōu)化從材料采購和運(yùn)輸?shù)皆O(shè)計、生產(chǎn)、分銷和報廢處理等整個產(chǎn)品生命周期。

根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，只要將工業(yè)生產(chǎn)的碳足跡減少 1%，每年就能減少 9000 萬噸二氧化碳排放，這相當(dāng)于每年減少 2000 多萬輛汽油車上路。

借助數(shù)字孿生和加速計算等技術(shù)，制造商能夠減少排放、提高能效，并滿足日益增長的環(huán)保生產(chǎn)需求。

西門子和 NVIDIA 都處于技術(shù)開發(fā)的前沿，兩家公司所開發(fā)的技術(shù)能夠幫助客戶實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)并改進(jìn)生產(chǎn)流程。

可持續(xù)制造面臨的主要挑戰(zhàn)

制造商最關(guān)心的問題仍然是如何平衡可持續(xù)發(fā)展與盈利能力等業(yè)務(wù)目標(biāo)。安永會計師事務(wù)所在 2022 年進(jìn)行的一項研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字孿生最多可降低 35% 的建筑成本，這凸顯出資源消耗與建筑費(fèi)用之間的密切聯(lián)系。

但推進(jìn)可持續(xù)制造和減少管理費(fèi)用所面臨的最大挑戰(zhàn)之一是部門之間、同一企業(yè)內(nèi)不同工廠之間以及不同生產(chǎn)團(tuán)隊之間存在的隔閡。這些“孤島”是由各種各樣的問題造成的，包括優(yōu)先事項和激勵措施相互矛盾、缺乏通用的能效指標(biāo)和語言、需要新的技能和解決方案彌補(bǔ)這些差距等。

另一個障礙是數(shù)據(jù)管理。許多制造商都在想方設(shè)法將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的洞察，尤其是那些能夠影響可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的數(shù)據(jù)。

在《The Manufacturer》的一項案例研究中，四分之一的受訪者承認(rèn)其數(shù)據(jù)缺陷對能效和環(huán)境可持續(xù)性產(chǎn)生了負(fù)面影響；近三分之一的受訪者表示，數(shù)據(jù)僅限于本地用例。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，必須采取創(chuàng)新的方法，打破障礙并利用數(shù)據(jù)推動可持續(xù)發(fā)展。數(shù)字孿生技術(shù)作為信息中樞，已被證明是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要工具。

數(shù)字孿生在可持續(xù)制造中的作用

基于NVIDIA Omniverse開發(fā)平臺和通用場景描述（OpenUSD）構(gòu)建的工業(yè)級數(shù)字孿生正在深入改變制造商實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和可擴(kuò)展性的方式。

這些技術(shù)使數(shù)字孿生能夠從各種來源獲取工程數(shù)據(jù)，并將其與現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這打破了信息孤島，提供了從工程設(shè)計到銷售和營銷等各個團(tuán)隊都能夠共享的整體視圖。

這種增強(qiáng)的可視性讓工程師和設(shè)計師能夠在實際生產(chǎn)開始之前，仿真和優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計、設(shè)施布局、能源使用和制造流程。這能夠幫助相關(guān)方做出更明智的決策，實現(xiàn)更加深入的洞察和協(xié)作，進(jìn)而提高效率并減少代價高昂的錯誤和可能造成嚴(yán)重浪費(fèi)的最后一刻變更。

為了進(jìn)一步改變產(chǎn)品和體驗的設(shè)計與制造方式，西門子正在將NVIDIA Omniverse Cloud應(yīng)用編程接口集成到西門子 Xcelerator 平臺中，并先從其云的產(chǎn)品生命周期管理軟件 Teamcenter X 開始。

憑借這些集成，西門子能夠?qū)⒈普娴目梢暬δ軕?yīng)用到復(fù)雜的工程數(shù)據(jù)和工作流中，使企業(yè)能夠創(chuàng)建基于物理學(xué)的數(shù)字孿生，幫助其避免工作流中的浪費(fèi)和錯誤。

西門子和 NVIDIA 已經(jīng)展示了像可持續(xù)船舶制造領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)HD Hyundai等公司如何使用這些新功能，以更大的規(guī)模和更高的保真度來實現(xiàn)復(fù)雜工程數(shù)據(jù)的可視化和交互。

HD Hyundai 直接在 Teamcenter X 中實現(xiàn)復(fù)雜工程項目的統(tǒng)一和可視化。

基于物理學(xué)的數(shù)字孿生還被用于測試和驗證機(jī)器人與物理 AI，隨后再將它們部署到現(xiàn)實世界的制造設(shè)施中。

全球最大的電子產(chǎn)品制造商Foxconn創(chuàng)建了一個虛擬工廠，推進(jìn)了工業(yè)自動化的發(fā)展。Foxconn的數(shù)字孿生平臺基于Omniverse和NVIDIA Isaac構(gòu)建而成，復(fù)制了墨西哥瓜達(dá)拉哈拉電子中心的一座新工廠。工程師可以借助該平臺優(yōu)化流程和訓(xùn)練機(jī)器人，以實現(xiàn) NVIDIA Blackwell 系統(tǒng)的高效生產(chǎn)。

通過仿真工廠環(huán)境，工程師可以確定重型機(jī)械臂的最佳位置、優(yōu)化運(yùn)動軌跡，并最大程度地提高操作安全，同時有策略地部署數(shù)千個傳感器和攝像頭來監(jiān)控整個生產(chǎn)流程。

Foxconn的虛擬工廠使用由 NVIDIA Omniverse和 NVIDIA Isaac 平臺驅(qū)動的數(shù)字孿生來生產(chǎn) NVIDIA Blackwell 系統(tǒng)。

像 Foxconn虛擬工廠這樣的數(shù)字孿生正越來越普遍地被應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的仿真和測試。

Foxconn董事長劉揚(yáng)偉著重提到了數(shù)字孿生將如何提升自動化程度和效率，從而大幅節(jié)省企業(yè)的時間、成本和能源。該公司預(yù)計在提高生產(chǎn)效率的同時，每年還能減少 30% 以上的能耗。

該虛擬工廠將西門子 Xcelerator 軟件的數(shù)據(jù)連接到其基于NVIDIA Omniverse和OpenUSD構(gòu)建的平臺，使該公司能夠在逼真的仿真環(huán)境中設(shè)計和訓(xùn)練機(jī)器人，從而徹底改變其實現(xiàn)自動化和可持續(xù)制造的方法。

讓每度電物盡其用

各行各業(yè)都需要考量的一個問題是 AI 日益增長的用電量需求比可再生能源的使用量高出多少。這意味著企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，尤其是制造工廠和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營商必須最大程度地提高能效，確保每一度電都得到有效利用，這樣才能在發(fā)展 AI 的同時，兼顧低碳化工作。

為了優(yōu)化能源使用，最佳且最簡單的方法就是加速所有可能的工作負(fù)載。

通過使用 GPU 和 CPU 集成的加速計算平臺，制造商可以顯著提高計算效率。

GPU 專為處理復(fù)雜計算而設(shè)計，其在 AI 任務(wù)中的表現(xiàn)超越了傳統(tǒng)的純 CPU 系統(tǒng)。在 AI 推理和訓(xùn)練方面，GPU 系統(tǒng)的能源效率最低可達(dá)到純 CPU 系統(tǒng)的 20 倍。

這一效率的飛躍推動了過去十年間的巨大進(jìn)步，使 AI 能夠在應(yīng)對更復(fù)雜挑戰(zhàn)的同時，保持節(jié)能運(yùn)行。

在這些進(jìn)步的基礎(chǔ)上，企業(yè)可以通過采取關(guān)鍵的能源管理策略進(jìn)一步減少對環(huán)境的影響，包括實施能源需求管理和能效措施、擴(kuò)大電池儲能規(guī)模以應(yīng)對短時停電、確?？稍偕茉醋鳛榛矩?fù)荷電力、使用可再生燃料作為備用發(fā)電，以及探索熱能再利用等創(chuàng)新理念。

可持續(xù)制造的未來：

工業(yè)數(shù)字化

制造業(yè)的下一個前沿領(lǐng)域是數(shù)字世界和物理世界的融合，即所謂的工業(yè)數(shù)字化，或“工業(yè)元宇宙”。到那時，數(shù)字孿生將變得更加身臨其境、更具互動性，使制造商能夠比以往更快地做出數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策。

西門子股份公司總裁兼首席執(zhí)行官博樂仁（Roland Busch）表示：“我們將徹底改變產(chǎn)品和體驗的設(shè)計、制造與提供方式。在實現(xiàn)工業(yè)元宇宙的過程中，新一代工業(yè)軟件所創(chuàng)造出的環(huán)境和高度逼真性使客戶能夠像在現(xiàn)實世界中一樣體驗產(chǎn)品，并在未來通過自然語言輸入與產(chǎn)品進(jìn)行交互?！?/p>

引領(lǐng)數(shù)字孿生和

可持續(xù)計算的發(fā)展方向

西門子和 NVIDIA 的合作展示了數(shù)字孿生和加速計算在減少制造業(yè)每年對環(huán)境造成的影響方面所起到的巨大作用。借助先進(jìn)的仿真、AI 洞察和實時數(shù)據(jù)，制造商可以在實現(xiàn)低碳化的過程中，減少浪費(fèi)并提高能效。