软件定义工厂:宝马集团利用 NVIDIA Omniverse 构建虚拟环境

来源:丽台科技 发布时间:2023-08-03 11:44:24 阅读量:244


宝马集团的开发人员正在运用 NVIDIA Omniverse 构建用于优化全球生产的虚拟工厂。


该团队使用 Omniverse Code 和 Kit 构建了一个包含各种自定义扩展程序的应用,该应用统一了来自各种数字内容创建工具的数据,并使团队能够在工厂规划工作上开展实时协作。


  • 通过优化设施规划和高效率流程,预计可节省 30%的成本。

  • 减少变更订单和资金投入。

  • 跨团队、跨专业的实时协作。

  • 提高产品生产的稳定性。






构建一套用于软件定义工厂的新工具

在运用虚拟工厂来优化制造业工厂的布局、机器人技术和物流系统方面,宝马集团正走在前列。在投产前的几年,工厂规划人员就开始在 NVIDIA Omniverse™ 赋能的虚拟环境中工作,以确保工厂顺利运转并提高效率。


在宝马的虚拟德布勒森电动汽车工厂中,工厂规划的力量和灵活性一目了然。凭借 Omniverse,物流和生产规划人员可以模拟工厂流程并执行各种任务,比如显示和识别机器人在受限空间中的最佳位置等。这座虚拟工厂是真实工厂的精准虚拟复制品,真实工厂将于 2025 年开业,预计每年将生产 15 万台电动汽车。


宝马拥有一支庞大的工厂规划人员团队,比如说在未来的德布勒森工厂中工作的人员,他们在宝马全球工厂的规划和运营中发挥着关键作用。该团队的工作非常复杂,即便是极其轻微的误判或错误也会导致现实世界中的巨大成本。而符合物理学的虚拟规划由于可以让规划人员在成本低廉的情况下进行试验和修改,因此备受青睐。


规划人员可以利用 Omniverse 中的虚拟环境,在启动大型建设项目和投入资金之前预先优化生产流程。这个方法可以大大减少因订单更改和流程优化而导致的成本和停工。正如宝马集团的 Ross Krambergar 所述,关闭一家工厂甚至部分装配线可能会造成巨大的额外成本。


Krambergar 表示:“如果关闭工厂两个星期,那就意味着我们在这两个星期内没有赚到一分钱,而且我们无法弥补这两个星期的时间。工厂每分钟都在生产新车,所以每一分钟的停工都会损失所生产车辆的价值。”


由于工厂规划人员在复杂软件方面的专业水平不同,因此为他们提供一个高度直观、不需要大量指导就可以使用的应用至关重要。借助 Omniverse,宝马能够创造出定制化的用户体验。


这让宝马能够以在虚拟世界中执行最关键任务的相关功能为主,构建出用户界面。


团队可以在大型场景中开展多个用户和不同领域数据的实时远程协作,而无需在线下碰面。


“这是一项革命性的技术 - 我们可以在虚拟世界中完成所有的设计、建造和测试。”

——Milan Nedeljković,宝马集团管理委员会成员







在虚拟工厂中开展实时协作

为了连接在工厂不同区域和环节工作的各个团队,需要有一个集中化的平台。为了解决这个问题,宝马使用 Omniverse 构建了自己的元宇宙应用,使其有了一个始终与当前规划数据保持一致的整体规划解决方案。


在部署 Omniverse 之前,数字内容工作流程完全是手动的,而且共享和重复利用程度很低,团队高度依赖线下会议和静态规划文件来协调项目。


宝马内部元宇宙(BMW Internal Metaverse)彻底改变了宝马团队的项目协作方式,提高了团队的生产力、沟通效率以及应对市场需求变化的敏捷性。团队可以与大型场景中的多个用户以及不同领域数据开展实时远程协作,而无须在线下碰面。


宝马元宇宙中的一个工作组一般由 25 人组成,包括规划人员、指挥人员、开发人员和管理人员等,他们可以在特定的工厂场景中以虚拟方式会面。团队能够一起对工厂车间进行现场巡检,对工厂特定区域进行审核评估,确保工厂的每一个变量都得到优化,保障生产和运营安全。


指挥人员负责管理该环节的流程和准备场景,比如定位对象、检查数据状态、设置各个主题的路径点等。在审查过程中,可以对目标特定领域进行联合评估,讨论关于现状优化或问题处理的想法,并记录在相关对象的固定标记中,还可以移动或重新定位对象以更好地适应整体要求,最终创建一份包含所有发现、注释和实际变化的变更报告,并反馈给规划负责人员,以便在源系统中作出所需的修改。






通过通用场景描述(OpenUSD)

连接各种 3D 工具

虚拟工厂规划包含建筑和结构、车辆、设备和动力学、产品和工艺结合、物流、人体模拟等各个方面,每一方面都需要依赖独特的数字内容创建(DCC)工具。


Omniverse Connector 可以将所有这些工具组合成复杂的场景。


转换器微服务可以自动从宝马团队使用的各种 DCC 工具中获取用于工厂规划的数据。在宝马的 Factory Builder 网络应用中,用户可以选中包含建筑或布局的 CAD 数据等源文件,将其汇总并一键输出到 Omniverse Nucleus 中的结构化 USD 项目中。工厂指挥人员可以在这里调整文件的有效性、更新参考文件并确保项目都是最新的,从而带来一个结构良好、各种技术水平的工厂规划人员都可以使用的标准化数据库。


由于来自各种工具的数据会被自动转换成 USD,宝马用户可以将数据发布到其内部元宇宙,并与来自其他工具的资产一起使用。


OpenUSD 是一种用于构成大型场景和虚拟世界的开放场景描述,它让这一流程变得无缝连接。OpenUSD 兼容所有文件系统,并包含用于创建、编辑、查询、渲染、协作和模拟虚拟世界的 API。


除了实现各种 DCC 工具之间的实时协作外,OpenUSD 还能以独立图层的形式无损整合来自众多来源的数据。各用户可以同时修改工厂的不同图层,且不影响其他人的工作。较高的层会在组合中较为显著,但仍可以访问较低的层的数据。


支撑整个 USD 格式自动转换过程的是一项负责处理该转换过程的定制化服务以及向 Nucleus 的数据传输。这被称为后端集成,是宝马元宇宙的一个重要支柱。






用独特的扩展程序定制宝马元宇宙

宝马开发人员能够使用 Omniverse Code 和 Kit 流畅地建立一个符合他们独特规划需求的自定义应用,并且可以将来自各种 DCC 工具的数据一同可视化,以便用于工厂的优化。


为了对该应用的指挥、规划、查看等各种不同的功能进行微调,Omniverse 集成了各种自定义扩展程序。这些扩展程序也是在 Omniverse 中开发的,可提供独特用户体验以优化整个宝马工厂规划团队的工作流程。


冲突检测(Collision Detection)扩展程序使规划人员可对设备、建筑部分和其他材质之间的潜在冲突进行 GeoCheck。为了能够选择加载哪些有效载荷或工厂区域,宝马还开发了一个工厂过滤器(Factory Filter)扩展程序。规划人员还可以通过工厂启动器(Factory Launcher)扩展程序,在所设置的时间启动建筑或工厂。


宝马开发人员还使用了现成的 Omniverse Navigation(导航) 和 Waypoint(路标) 扩展程序,使用户能够更加容易操纵虚拟工厂环境并与之互动。Omniverse Measuring(测量)扩展程序帮助规划人员评估机器人和其他设备是否能够适应目标空间。


而这仅仅是开始。宝马计划不断推出新的扩展程序,使自己的虚拟工厂变得更加先进和适合未来。






开发自己的虚拟环境模拟应用

有了 Omniverse Kit,就可以构建用于模拟各个行业虚拟环境的域优化应用。开发人员可以创建自定义布局,并集成库存功能或 AI 支持的搜索功能等,根据团队的独特需求来精简工作流程。


NVIDIA 开发了许多低代码基础应用,比如 USD Composer 和 USD Presenter 等。用户可以在这些应用上做定制化开发(诸如宝马的元宇宙解决方案等),Omniverse Kit template 是帮助自主开发应用的绝佳平台。如有任何问题,Omniverse 开发者社区将随时提供帮助。


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