西門子如何加速落地 “工業元宇宙”？
http://www.debgrams.com 2024-07-26 10:20 來源：西門子工業業務領域
在工業界，“元宇宙”不再是個虛幻的概念，而是能解決實際問題的技術與理念。
近年來，“元宇宙”一詞從盛極一時到逐漸冷卻，大眾開始對它所描述的“所有人都在一個完全在線的虛擬世界里互動、創造和體驗生活”的場景產生懷疑，看似科幻，但找不到可以復制的商業模式。
然而，消費市場的遇冷，并不意味著這個概念是偽命題。事實上，“元宇宙”這一概念，以及它所包含的技術與解決方案，已經在智能制造、能源管理、交通網絡等諸多泛工業領域的實際場景落地，為企業、產業和社會創造價值。
這股技術浪潮的標志性領導者就是全球領先的科技公司——西門子。
何為“工業元宇宙”？
“元宇宙”這個詞出自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，它如龍卷風一般突然席卷公眾視野，從資本的追捧到互聯網巨頭紛紛入局，“元宇宙”概念炙手可熱。但時至今日，它仍在不斷發展、演變，不同參與者以自己的方式持續豐富著它的含義。“元宇宙”所描述的場景極具想象力，一個由數字技術打造的高度沉浸式虛擬化的數字世界。
如何將“想象力”變成“生產力”？這或許是在概念辨析之外更值得關注的問題。
近年來，隨著相關數字技術的快速發展，“元宇宙”也從概念走向產業，從“虛火”走向“實火”。而當“元宇宙”所描繪的場景投射在充滿專業性和復雜性的工業領域之后，它就產生了全新的應用價值，創造出無限可能。
作為“元宇宙”的一個分支，“工業元宇宙”包含對機器、工廠、城市等高度復雜系統的映射和模擬，從而為現實世界中的難題提供最優解，推動產業的數字化、智能化發展進入全新階段。西門子在做的，正是加速“工業元宇宙”相關創新與應用。
AI、數字孿生等技術的快速發展讓工業元宇宙加速創新，加速可持續發展，加速新科技普及的價值不斷釋放。
——博樂仁（Roland Busch）
西門子股份公司董事會主席
總裁兼首席執行官
在西門子看來，“工業元宇宙”將改變人們的生產與生活方式，改變未來商業模式。其核心是融合現實世界與數字世界，數字孿生和人工智能等技術的發展和結合為其提供了重要的技術支撐。在這一方面，西門子已經開展了廣泛且深入的創新實踐。
貫穿全生命周期的數字孿生
工業界對于數字孿生這一概念并不陌生，它可以理解為物理實體的“虛擬副本”，是“工業元宇宙”的重要組成部分。
值得強調的是，數字孿生包括價值鏈全生命周期產生的所有數據、模型等信息，其獨特價值在于雙向映射、實時連接和動態交互。簡單來說，數字孿生不僅“長得像”，行為也同樣逼真。這使得數字孿生能夠對實際場景中的物理對象實現準確的驗證和預測，從而達到決策優化的目的。
西門子致力于該技術的研究與應用已有30年，覆蓋企業的全業務流程和產品的全生命周期。從產品到工廠，從電網到整座城市，甚至是跳動的心臟，皆可孿生。
數字孿生技術正在徹底改變產品設計的方式和效率，從傳統的手工制圖和樣機制作演變成了高度數字化的過程。
西門子是紅牛F1車隊的長期合作伙伴。F1賽車對速度和性能的極致追求，在研發設計上也展現得淋漓盡致，數字孿生技術從中大有可為。比如，它讓碳纖維部件等原本依靠手工操作的關鍵部件的研發流程更加精準且標準化，實現設計生產“一遍過”。
在數字世界里完成設計、調試與優化，減少了在現實世界中反復驗證與測試所消耗的資源及時間。這些節省下來的時間返還給設計端，讓團隊能夠專注于賽車的設計迭代，實現性能突破。
西門子數字孿生技術應用于紅牛F1賽車研發
有時候，時間和成本的節約對于工業領域來說意味著能否把握商機。如今，一體化壓鑄技術以其顯著的降本、輕量化及提高生產效率的優勢，掀起車身制造的新趨勢。
全球領先的鋁車輪制造商中信戴卡希望快速切入這個市場，在西門子數字孿生技術的助力下，其“7500T一體化壓鑄機”的研發制造周期縮短了約50%。
通過搭建數字孿生模型，團隊能夠模擬仿真壓射、機電液耦合等關鍵工藝和設備運行工況。如此一來，在任何部件投入生產制造之前，數字孿生都能以可控成本輔助團隊完成復雜的論證，并對后續的設計優化進行指導。
同時，設計工程師還可以通過增強現實技術將虛擬的設備模型和實時數據疊加到真實場景中，可視化、沉浸式地體驗“工業元宇宙”。
在設計優化之外，基于SIMICAS設備遠程運維平臺，數字孿生和增強現實技術的加持還讓遠程監控、故障診斷和智能運維成為可能，貫穿高壓壓鑄機的設計、制造、運維全生命周期實現更高的效率、更可靠的性能，提升市場競爭力。
7500T一體化壓鑄設備
不僅是產品，全生命周期的實時交互對于像工廠這樣需要長期運營的復雜系統工程也至關重要。
西門子數控（南京）有限公司被稱為西門子全球首座原生數字化工廠，是數字孿生技術應用的典范。這座工廠在實際破土動工之前，西門子就已全方位應用自己的數字化技術，預先在虛擬世界打造出工廠的數字孿生，涵蓋需求分析、布局設計 、生產流程仿真以及虛擬調試等環節，從而提前發現并處理潛在問題。
比如，在一次虛擬檢測中，團隊發現一臺噴漆設備沒通風設施不當。在現實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。
工廠投產后，數字孿生繼續在優化運營和管理方面發揮關鍵作用，為生產提供實時可靠的數據支撐，實現產能提升近2倍、產品上市時間縮短20%，物流流轉效率提升50%，柔性生產能力提升30%。
西門子數控（南京）有限公司
西門子全球首座原生數字化工廠
基于數字孿生技術的“工業元宇宙”為各方提供了協作空間，并通過沉浸式體驗和實時交互加速釋放產業發展潛能。
面向未來，西門子將繼續推進數字孿生相關解決方案的研發創新，把工業場景中的協同共創推向新的高度，讓不同的部門、不同的學科，甚至是不同的企業，都可以在“工業元宇宙”當中，以數字孿生為基礎，進行更加深度的交流合作，共同解決產業發展中的難題。
更懂工業的人工智能
如果說數字孿生為構建工業元宇宙提供了必要的技術基礎，那么工業人工智能則是融合現實世界與數字世界的重要杠桿。
穿梭在虛實兩端的工業元宇宙，必然產出海量數據。一座高自動化的工廠，每個月會產出超過2000TB的數據，相當于50萬部電影。在邊緣設備和人工智能的加持下，這些數據才可以被有效利用，轉化成可用的知識、可執行的洞察，為企業持續優化產品設計和制造流程提供可靠的決策依據。
西門子致力于研發和運用更懂工業的人工智能，將技術與專業領域知識相結合，轉化為行之有效的解決方案，推動工業人工智能從概念驗證階段邁向實際應用落地。相關解決方案已經在不同垂直行業的實際生產環境中發揮作用，讓工藝控制、設備運維、能碳管理等工作更加智能高效。
以食品加工為例，為了讓消費者吃到營養、健康的食品，提高產品質量穩定性、一致性至關重要。但由于原料品質、工藝參數的變化，以及季節天氣等外部因素的影響，傳統制造工藝面臨諸多挑戰。比如，在淀粉生產中，水分控制是一個多變量、非線性、大時滯的復雜過程，不僅直接影響成品品質，還關乎能耗與運營成本，而這一環節還主要依賴人工經驗。
西門子攜手中國一家食品加工企業開創性地將人工智能增強控制引入相關工藝控制系統，以精準的動態調控，實現食品制造的提質增效。
在能碳管理方面，大數據與人工智能也正在賦能可持續發展。西門子攜手合作伙伴，支持建設北京首個“光儲直柔”零碳營業廳：環球供電服務中心營業廳，打造“交直流互濟+光儲直柔+柔性策略”的解決方案構架。
作為整個方案的核心，西門子Smart ECX智慧能碳管理平臺，物聯網、云計算等先進技術，并把人工智能模型引入微電網，通過分析天氣模式、電網數據和能耗趨勢，進行準確預測和預判斷，使得平臺既能應對光伏發電的隨機波動性，還可以實現節能降碳、需量調節，在盤互交錯的“光儲充”系統間統籌兼顧。
西門子Smart ECX智慧能碳管理平臺界面
近來火熱的生成式人工智能、大語言模型，也已經開始作為一種全新的工具進入工業領域，重塑產品、流程、客戶體驗。目前常見的應用場景包括利用自然語言輸入自動生成代碼，以及與工業軟件結合實現3D模型的快速設計生成。
2023年，西門子與微軟宣布深化合作關系，將合作推出一款人工智能輔助工具，旨在加強人機協作并提高生產率。
在2024年漢諾威工業博覽會期間，西門子展示了首款用于工業環境中工程設計的生成式人工智能產品：西門子Industrial Copilot，將工業生成式人工智能正式引入車間，讓自動化變得簡單。
這款生成式人工智能助手現已與TIA博途打通，能夠幫助工程團隊為可編程邏輯控制器（PLC）生成基礎的虛擬化任務和代碼，并自動處理重復性任務，從而紓解技術人才短缺，提高工業生產效率。
此外，西門子攜手亞馬遜云科技（AWS)，將 Mendix低代碼開發平臺和Amazon Bedrock相連接，用戶只需點擊幾下就可輕松構建和擴展生成式人工智能應用，加速生成式人工智能在工業軟件中的普及。
人工智能助手走向車間一線
今年三月，西門子宣布進一步深化與英偉達的合作，將西門子Xcelerator與英偉達Omniverse Cloud APIs相連接，依托生成式人工智能技術，驅動的數字孿生技術的應用，持續構建工業元宇宙。
船舶制造巨頭HD現代致力于研發氨動力和氫動力船舶，過程極其復雜，包含超過700萬個離散零部件。
西門子與英偉達的這一全新解決方案幫助HD現代實現船舶數字孿生的可視化，并與之進行有效互動。而生成式人工智能則大幅加快對真實感渲染細節進行設置和調整的速度，以往需要花費數天的任務現在可在短短幾小時內完成，大大節約了時間和成本。
生成式人工智能賦能實時、逼真的可視化技術
這些例證說明，生成式人工智能作為一股新興力量，為工業創新注入了新動能。
那么，星星之火如何形成燎原之勢？規模化應用是當下工業人工智能所面臨的發展瓶頸。
在工業領域數據積累中，時序數據（Time Series Data）占據重要地位。西門子在技術上借鑒語言和視覺大模型的思路，開發訓練“工業時序數據基礎模型”，基于來自制造、樓宇、交通等領域的330億高質量時序數據，實現趨勢預測、異常檢測等多種應用，以“基礎模型+智能應用”的新范式，加速工業人工智能的通用化和規模化發展。
加速“工業元宇宙”價值創造
數字孿生、人工智能等前沿技術之間的緊密互動，以及與專業領域知識的深度融合，讓我們看到“工業元宇宙”應用前景廣闊，潛力巨大。
西門子認為，“工業元宇宙”是加速數字化、可持續發展的必由之路，是我們應對諸多時代挑戰的必然選擇。而同互聯網一樣，“工業元宇宙”需要各方協力打造，需要所有人群策群力，借助平臺和生態的力量獲取價值共創的加速度。西門子Xcelerator開放式數字商業平臺可以從中發揮重要作用。
西門子Xcelerator平臺業務組合具有開放性、互操作性、靈活性和即服務 (as a service) 的特點，數字孿生、人工智能等前沿技術融入其中，以更便捷的技術獲取方式賦能不同行業、不同規模的企業加速數字化轉型，實現可持續發展目標。
此外，西門子Xcelerator還構建起不斷發展的合作伙伴生態體系，面向包括行業專家、開發者在內的所有人開放，促進多方互動，加速“工業元宇宙”價值創造。
在工業界，人們清醒地看，也腳踏實地做，緊扣應用場景，讓“元宇宙”由虛向實。通過深度融合現實世界與數字世界的技術，以及創新的數字化平臺業務，西門子賦能客戶推動產業和市場變革，塑造我們想要生活的世界，以科技，共創每一天！
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