軟件定義工廠：寶馬集團利用NVIDIA Omniverse構(gòu)建虛擬環(huán)境

寶馬集團的開發(fā)人員正在運用NVIDIA Omniverse構(gòu)建用于優(yōu)化全球生產(chǎn)的虛擬工廠。

該團隊使用 Omniverse Code 和 Kit 構(gòu)建了一個包含各種自定義擴展程序的應(yīng)用，該應(yīng)用統(tǒng)一了來自各種數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建工具的數(shù)據(jù)，并使團隊能夠在工廠規(guī)劃工作上開展實時協(xié)作。

通過優(yōu)化設(shè)施規(guī)劃和高效率流程，預(yù)計可節(jié)省 30%的成本。

減少變更訂單和資金投入。

跨團隊、跨專業(yè)的實時協(xié)作。

提高產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

構(gòu)建一套用于軟件定義工廠的新工具

在運用虛擬工廠來優(yōu)化制造業(yè)工廠的布局、機器人技術(shù)和物流系統(tǒng)方面，寶馬集團正走在前列。在投產(chǎn)前的幾年，工廠規(guī)劃人員就開始在NVIDIA Omniverse賦能的虛擬環(huán)境中工作，以確保工廠順利運轉(zhuǎn)并提高效率。

在寶馬的虛擬德布勒森電動汽車工廠中，工廠規(guī)劃的力量和靈活性一目了然。憑借 Omniverse，物流和生產(chǎn)規(guī)劃人員可以模擬工廠流程并執(zhí)行各種任務(wù)，比如顯示和識別機器人在受限空間中的最佳位置等。這座虛擬工廠是真實工廠的精準虛擬復(fù)制品，真實工廠將于 2025 年開業(yè)，預(yù)計每年將生產(chǎn) 15 萬臺電動汽車。

寶馬擁有一支龐大的工廠規(guī)劃人員團隊，比如說在未來的德布勒森工廠中工作的人員，他們在寶馬全球工廠的規(guī)劃和運營中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該團隊的工作非常復(fù)雜，即便是極其輕微的誤判或錯誤也會導(dǎo)致現(xiàn)實世界中的巨大成本。而符合物理學(xué)的虛擬規(guī)劃由于可以讓規(guī)劃人員在成本低廉的情況下進行試驗和修改，因此備受青睞。

規(guī)劃人員可以利用 Omniverse 中的虛擬環(huán)境，在啟動大型建設(shè)項目和投入資金之前預(yù)先優(yōu)化生產(chǎn)流程。這個方法可以大大減少因訂單更改和流程優(yōu)化而導(dǎo)致的成本和停工。正如寶馬集團的 Ross Krambergar 所述，關(guān)閉一家工廠甚至部分裝配線可能會造成巨大的額外成本。

Krambergar 表示：“如果關(guān)閉工廠兩個星期，那就意味著我們在這兩個星期內(nèi)沒有賺到一分錢，而且我們無法彌補這兩個星期的時間。工廠每分鐘都在生產(chǎn)新車，所以每一分鐘的停工都會損失所生產(chǎn)車輛的價值?！?/p>

由于工廠規(guī)劃人員在復(fù)雜軟件方面的專業(yè)水平不同，因此為他們提供一個高度直觀、不需要大量指導(dǎo)就可以使用的應(yīng)用至關(guān)重要。借助 Omniverse，寶馬能夠創(chuàng)造出定制化的用戶體驗。

這讓寶馬能夠以在虛擬世界中執(zhí)行最關(guān)鍵任務(wù)的相關(guān)功能為主，構(gòu)建出用戶界面。

團隊可以在大型場景中開展多個用戶和不同領(lǐng)域數(shù)據(jù)的實時遠程協(xié)作，而無需在線下碰面。

“這是一項革命性的技術(shù) - 我們可以在虛擬世界中完成所有的設(shè)計、建造和測試。”

——Milan Nedeljkovi?，寶馬集團管理委員會成員

在虛擬工廠中開展實時協(xié)作

為了連接在工廠不同區(qū)域和環(huán)節(jié)工作的各個團隊，需要有一個集中化的平臺。為了解決這個問題，寶馬使用 Omniverse 構(gòu)建了自己的元宇宙應(yīng)用，使其有了一個始終與當(dāng)前規(guī)劃數(shù)據(jù)保持一致的整體規(guī)劃解決方案。

在部署 Omniverse 之前，數(shù)字內(nèi)容工作流程完全是手動的，而且共享和重復(fù)利用程度很低，團隊高度依賴線下會議和靜態(tài)規(guī)劃文件來協(xié)調(diào)項目。

寶馬內(nèi)部元宇宙（BMW Internal Metaverse）徹底改變了寶馬團隊的項目協(xié)作方式，提高了團隊的生產(chǎn)力、溝通效率以及應(yīng)對市場需求變化的敏捷性。團隊可以與大型場景中的多個用戶以及不同領(lǐng)域數(shù)據(jù)開展實時遠程協(xié)作，而無須在線下碰面。

寶馬元宇宙中的一個工作組一般由 25 人組成，包括規(guī)劃人員、指揮人員、開發(fā)人員和管理人員等，他們可以在特定的工廠場景中以虛擬方式會面。團隊能夠一起對工廠車間進行現(xiàn)場巡檢，對工廠特定區(qū)域進行審核評估，確保工廠的每一個變量都得到優(yōu)化，保障生產(chǎn)和運營安全。

指揮人員負責(zé)管理該環(huán)節(jié)的流程和準備場景，比如定位對象、檢查數(shù)據(jù)狀態(tài)、設(shè)置各個主題的路徑點等。在審查過程中，可以對目標特定領(lǐng)域進行聯(lián)合評估，討論關(guān)于現(xiàn)狀優(yōu)化或問題處理的想法，并記錄在相關(guān)對象的固定標記中，還可以移動或重新定位對象以更好地適應(yīng)整體要求，最終創(chuàng)建一份包含所有發(fā)現(xiàn)、注釋和實際變化的變更報告，并反饋給規(guī)劃負責(zé)人員，以便在源系統(tǒng)中作出所需的修改。

通過通用場景描述（OpenUSD）

連接各種 3D 工具

虛擬工廠規(guī)劃包含建筑和結(jié)構(gòu)、車輛、設(shè)備和動力學(xué)、產(chǎn)品和工藝結(jié)合、物流、人體模擬等各個方面，每一方面都需要依賴獨特的數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建（DCC）工具。

Omniverse Connector可以將所有這些工具組合成復(fù)雜的場景。

轉(zhuǎn)換器微服務(wù)可以自動從寶馬團隊使用的各種 DCC 工具中獲取用于工廠規(guī)劃的數(shù)據(jù)。在寶馬的 Factory Builder 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，用戶可以選中包含建筑或布局的 CAD 數(shù)據(jù)等源文件，將其匯總并一鍵輸出到Omniverse Nucleus中的結(jié)構(gòu)化 USD 項目中。工廠指揮人員可以在這里調(diào)整文件的有效性、更新參考文件并確保項目都是最新的，從而帶來一個結(jié)構(gòu)良好、各種技術(shù)水平的工廠規(guī)劃人員都可以使用的標準化數(shù)據(jù)庫。

由于來自各種工具的數(shù)據(jù)會被自動轉(zhuǎn)換成 USD，寶馬用戶可以將數(shù)據(jù)發(fā)布到其內(nèi)部元宇宙，并與來自其他工具的資產(chǎn)一起使用。

OpenUSD 是一種用于構(gòu)成大型場景和虛擬世界的開放場景描述，它讓這一流程變得無縫連接。OpenUSD 兼容所有文件系統(tǒng)，并包含用于創(chuàng)建、編輯、查詢、渲染、協(xié)作和模擬虛擬世界的 API。

除了實現(xiàn)各種 DCC 工具之間的實時協(xié)作外，OpenUSD 還能以獨立圖層的形式無損整合來自眾多來源的數(shù)據(jù)。各用戶可以同時修改工廠的不同圖層，且不影響其他人的工作。較高的層會在組合中較為顯著，但仍可以訪問較低的層的數(shù)據(jù)。

支撐整個 USD 格式自動轉(zhuǎn)換過程的是一項負責(zé)處理該轉(zhuǎn)換過程的定制化服務(wù)以及向 Nucleus 的數(shù)據(jù)傳輸。這被稱為后端集成，是寶馬元宇宙的一個重要支柱。

用獨特的擴展程序定制寶馬元宇宙

寶馬開發(fā)人員能夠使用 Omniverse Code 和 Kit 流暢地建立一個符合他們獨特規(guī)劃需求的自定義應(yīng)用，并且可以將來自各種 DCC 工具的數(shù)據(jù)一同可視化，以便用于工廠的優(yōu)化。

為了對該應(yīng)用的指揮、規(guī)劃、查看等各種不同的功能進行微調(diào)，Omniverse 集成了各種自定義擴展程序。這些擴展程序也是在 Omniverse 中開發(fā)的，可提供獨特用戶體驗以優(yōu)化整個寶馬工廠規(guī)劃團隊的工作流程。

沖突檢測（Collision Detection）擴展程序使規(guī)劃人員可對設(shè)備、建筑部分和其他材質(zhì)之間的潛在沖突進行 GeoCheck。為了能夠選擇加載哪些有效載荷或工廠區(qū)域，寶馬還開發(fā)了一個工廠過濾器（Factory Filter）擴展程序。規(guī)劃人員還可以通過工廠啟動器（Factory Launcher）擴展程序，在所設(shè)置的時間啟動建筑或工廠。

寶馬開發(fā)人員還使用了現(xiàn)成的Omniverse Navigation（導(dǎo)航）和Waypoint（路標）擴展程序，使用戶能夠更加容易操縱虛擬工廠環(huán)境并與之互動。Omniverse Measuring（測量）擴展程序幫助規(guī)劃人員評估機器人和其他設(shè)備是否能夠適應(yīng)目標空間。

而這僅僅是開始。寶馬計劃不斷推出新的擴展程序，使自己的虛擬工廠變得更加先進和適合未來。

開發(fā)自己的虛擬環(huán)境模擬應(yīng)用

有了 Omniverse Kit，就可以構(gòu)建用于模擬各個行業(yè)虛擬環(huán)境的域優(yōu)化應(yīng)用。開發(fā)人員可以創(chuàng)建自定義布局，并集成庫存功能或 AI 支持的搜索功能等，根據(jù)團隊的獨特需求來精簡工作流程。

NVIDIA 開發(fā)了許多低代碼基礎(chǔ)應(yīng)用，比如 USD Composer 和 USD Presenter 等。用戶可以在這些應(yīng)用上做定制化開發(fā)（諸如寶馬的元宇宙解決方案等），Omniverse Kit template 是幫助自主開發(fā)應(yīng)用的絕佳平臺。如有任何問題，Omniverse 開發(fā)者社區(qū)將隨時提供幫助。