西門子如何加速落地 “工業(yè)元宇宙”？

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

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

    然而，消費(fèi)市場的遇冷，并不意味著這個(gè)概念是偽命題。事實(shí)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(shí)際場景落地，為企業(yè)、產(chǎn)業(yè)和社會創(chuàng)造價(jià)值。

    這股技術(shù)浪潮的標(biāo)志性領(lǐng)導(dǎo)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(gè)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(fēng)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(shí)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�！霸�宇宙”所描述的場景極具想象力，一個(gè)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(shí)火”。而當(dāng)“元宇宙”所描繪的場景投射在充滿專業(yè)性和復(fù)雜性的工業(yè)領(lǐng)域之后，它就產(chǎn)生了全新的應(yīng)用價(jià)值，創(chuàng)造出無限可能。

    作為“元宇宙”的一個(gè)分支，“工業(yè)元宇宙”包含對機(jī)器、工廠、城市等高度復(fù)雜系統(tǒng)的映射和模擬，從而為現(xiàn)實(shí)世界中的難題提供最優(yōu)解，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化發(fā)展進(jìn)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(jià)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�產(chǎn)與生活方式，改變未來商業(yè)模式。其核心是融合現(xiàn)實(shí)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(shí)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(shí)體的“虛擬副本”，是“工業(yè)元宇宙”的重要組成部分。

    值得強(qiáng)調(diào)的是，數(shù)字孿生包括價(jià)值鏈全生命周期產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)、模型等信息，其獨(dú)特價(jià)值在于雙向映射、實(shí)時(shí)連接和動(dòng)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)��?shí)際場景中的物理對象實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的驗(yàn)證和預(yù)測，從而達(dá)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(dòng)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(jì)的方式和效率，從傳統(tǒng)的手工制圖和樣機(jī)制作演變成了高度數(shù)字化的過程。

    西門子是紅牛F1車隊(duì)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(jì)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(zhǔn)且標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)“一遍過”。

    在數(shù)字世界里完成設(shè)計(jì)、調(diào)試與優(yōu)化，減少了在現(xiàn)實(shí)世界中反復(fù)驗(yàn)證與測試所消耗的資源及時(shí)間。這些節(jié)省下來的時(shí)間返還給設(shè)計(jì)端，讓團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Ｗ⒂谫愜嚨脑O(shè)計(jì)迭代，實(shí)現(xiàn)性能突破。

    有時(shí)候，時(shí)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(jī)。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(gè)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(jī)”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(tuán)隊(duì)能夠模擬仿真壓射、機(jī)電液耦合等關(guān)鍵工藝和設(shè)備運(yùn)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(tuán)隊(duì)完成復(fù)雜的論證，并對后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行指導(dǎo)。

    同時(shí)，設(shè)計(jì)工程師還可以通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬的設(shè)備模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)疊加到真實(shí)場景中，可視化、沉浸式地體驗(yàn)“工業(yè)元宇宙”。

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

    不僅是產(chǎn)品，全生命周期的實(shí)時(shí)交互對于像工廠這樣需要長期運(yùn)營的復(fù)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(shí)際破土動(dòng)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(jì) 、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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一臺噴漆設(shè)備沒通風(fēng)設(shè)施不當(dāng)。在現(xiàn)實(shí)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(fù)。

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

    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(yàn)和實(shí)時(shí)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(jìn)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(xué)科，甚至是不同的企業(yè)，都可以在“工業(yè)元宇宙”當(dāng)中，以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)，進(jìn)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(shí)世界與數(shù)字世界的重要杠桿。

    穿梭在虛實(shí)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(dòng)化的工廠，每個(gè)月會產(chǎn)出超過2000TB的數(shù)據(jù)，相當(dāng)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(jì)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(yùn)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(dòng)工業(yè)人工智能從概念驗(yàn)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(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮作用，讓工藝控制、設(shè)備運(yùn)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(fèi)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(gè)多變量、非線性、大時(shí)滯的復(fù)雜過程，不僅直接影響成品品質(zhì)，還關(guān)乎能耗與運(yùn)營成本，而這一環(huán)節(jié)還主要依賴人工經(jīng)驗(yàn)。

    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(qiáng)控制引入相關(guān)工藝控制系統(tǒng)，以精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，實(shí)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(gè)“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(jì)+光儲直柔+柔性策略”的解決方案構(gòu)架。

    作為整個(gè)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(jì)算等先進(jìn)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(jìn)行準(zhǔn)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(jī)波動(dòng)性，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳、需量調(diào)節(jié)，在盤互交錯(cuò)的“光儲充”系統(tǒng)間統(tǒng)籌兼顧。

    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(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，重塑產(chǎn)品、流程、客戶體驗(yàn)。目前常見的應(yīng)用場景包括利用自然語言輸入自動(dòng)生成代碼，以及與工業(yè)軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)3D模型的快速設(shè)計(jì)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(qiáng)人機(jī)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(jì)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(dòng)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(tuán)隊(duì)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(dòng)處理重復(fù)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(diǎn)擊幾下就可輕松構(gòu)建和擴(kuò)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。

    今年三月，西門子宣布進(jìn)一步深化與英偉達(dá)的合作，將西門子Xcelerator與英偉達(dá)Omniverse Cloud APIs相連接，依托生成式人工智能技術(shù)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)力和氫動(dòng)力船舶，過程極其復(fù)雜，包含超過700萬個(gè)離散零部件。

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

    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(dòng)能。

    那么，星星之火如何形成燎原之勢？規(guī)�；瘧�(yīng)用是當(dāng)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(shí)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(xùn)練“工業(yè)時(shí)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(shí)序數(shù)據(jù)，實(shí)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)�；�發(fā)展。

    加速“工業(yè)元宇宙”價(jià)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(dòng)，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(rèn)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(shí)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(jià)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

    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(jìn)多方互動(dòng)，加速“工業(yè)元宇宙”價(jià)值創(chuàng)造。

    在工業(yè)界，人們清醒地看，也腳踏實(shí)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(shí)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(dòng)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！