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      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      2022-03-19 01:51 來源: 新電子科技雜志 Micro-Electronics Magazine 作者:

      對投身智能制造的業者而言,元宇宙其實只是虛實融合這個概念的進一步延伸、擴大。只要搭建好平臺,串聯起各種數位雙生,就能實現工業元宇宙。也因為如此,平臺布局成為相關業者的當務之急。

       

      自從Facebook改名為Meta,在消費市場掀起一波元宇宙(Metaverse)概念熱潮后,很多人都在問,到底元宇宙是什么?許多為製造業提供數位轉型解決方案的業者,很快就發現自己正在做的產品,其實就是元宇宙概念中的某個元素。

       

      事實上,在工業4.0或智慧製造的發展過程中,早已經發展出大量帶有元宇宙色彩的關鍵技術,例如數位雙生(Digital Twins)、虛實融合。工業元宇宙所提出的愿景,則是把虛實融合的理念貫徹到底,讓每一個已經虛擬化、數位化的實體或應用,在同一個虛擬平臺中串聯起來,不再只是獨立存在的虛擬物件。這本就是虛實融合所追求的終極境界。因此,智慧製造、工業4.0這些概念,進一步轉化成工業元宇宙,是理所當然的發展。

       

      雖然工業元宇宙看似是智慧製造的延伸,要搭建起能夠容納各種數位雙生的平臺,卻非一蹴可幾之事。也因為如此,搭建平臺成為有志耕耘工業元宇宙的大廠競相投入的目標。

      串聯數位雙生將是一門大生意

      臺灣西門子數位工業總經理Tino Hildebrand(圖1)認為,工業元宇宙雖然是一個剛出現不久的新名詞,但其中有很多元素都已經不只是概念,而是可以實踐的應用。舉例來說,在工具機這類工業設備維護、裝機的過程中,西門子的工程團隊就常常透過微軟(Microsoft)的Hololens,為分散在世界各地的客戶提供服務?!敢驗橐咔榈木壒?我們的工程團隊不能像過去那樣四處出差,到客戶現場提供支援。在這個情況下,利用頭戴裝置與客戶遠端協作,已經成為西門子團隊的日常?!笻ildebrand說。
       

      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      圖1 臺灣西門子數位工業總經理Tino Hildebrand

       

      但遠端協作只是工業元宇宙的初階應用之一。西門子跟許多客戶對工業元宇宙的運用,不只局限于此。在一個高度數位化的企業中,為自己的產品建立數位雙生,已經是一個很普遍的作法。藉由數位雙生,企業不僅可以快速完成產品開發,亦可落實全產品生命週期的管理。若再結合人工智慧(AI),對現有產品在使用過程中的所產生的資料進行分析,更可協助企業鎖定問題,作為開發下一代產品時的重要參考。

       

      也因為在工業領域,數位雙生的概念已經相當成熟跟普遍,若能進一步各種數位雙生串聯起來,工業元宇宙自然是水到渠成。但Hildebrand認為,這最后一哩路,走起來是相當有挑戰性的。就跟智慧製造在推動早期,常常會遇到跨廠牌的機臺介面不互通,甚至有些老機臺根本沒有資料介面的情況一樣,新開發的設備大多有數位雙生,但既有的機臺則未必;要串接不同廠牌設備的數位分身,也會是一個頗具挑戰性的任務。

       

      挑戰與機會是一體兩面的,越大的挑戰,背后蘊含的商機也越大。Hildebrand認為,串聯數位雙生將會是一門很龐大的生意,系統整合商(SI)跟軟體廠商,會是最直接的受益者。但除了SI跟軟體公司之外,整個價值鏈中的每一個成員,也都要貢獻自己的力量。

      NVIDIA以加速元宇宙搭建為核心目標

      除了引發元宇宙熱潮的Meta之外,繪圖處理器大廠NVIDIA也已經展開其元宇宙布局,推出Omniverse平臺。且有趣的是,相較于Meta將元宇宙定義為面向所有人的3D化網際網路,NVIDIA的元宇宙布局,顯然更聚焦在產業垂直應用跟專業領域。

       

      NVIDIA亞太區技術行銷總監嚴永信(圖2)指出,元宇宙這個概念其實已經存在很久了,只是受限于技術條件,至今還沒有完全實現。也因為如此,目前元宇宙這個概念還沒有定型,導致每家廠商在談元宇宙議題時,出發點跟切入角度都不太一樣。就市場需求的層面,工業跟商業導入元宇宙,能創造的經濟效益比較顯著,因此在元宇宙領域起步比較早的NVIDIA,其客戶族群自然會更集中在產業垂直應用跟專業市場上。

       

      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      圖2 NVIDIA亞太區技術行銷總監嚴永信

       

      但整體來說,對NVIDIA而言,元宇宙布局的最優先工作,就是要設法搭建出一個元宇宙。畢竟,內容貧乏的元宇宙是沒有意義的。Omniverse就是以「加快元宇宙的搭建流程」為出發點的平臺。要搭建出一個元宇宙,必然涉及到各種3D物件的創建。而這個創建流程中,不僅會使用到各種不同的工具,還有很複雜的作業流程。不只是專業設計師,就連NVIDIA內部團隊在創建3D物件時,也經常在跨軟體工具的銜接跟作業流程上遇到難題。
      Omniverse平臺就是一個為了銜接不同軟體工具跟作業流程所打造的平臺。在這個平臺上,創作者、設計師、研究人員和工程師可連接主要設計工具、素材和專案,在共享虛擬空間中進行協作和迭代。開發人員和軟體供應商還可以在Omniverse的模組化平臺上打造并銷售延伸模組、應用程式、Connector和各種微服務,以擴充其功能。

       

      值得一提的是,由于現階段Omniverse平臺的用戶都是企業用戶,而且有不少客戶是將Omniverse搭建在自己的私有云上,因此嚴永信預估,未來元宇宙很可能會跟云端服務一樣,分成公有元宇宙(Public Meta)跟私有元宇宙(Private Meta)。公有元宇宙就跟今天的公有云一樣,是對所有人開放的,上面也會有各式各樣的消費性應用、服務;私有元宇宙則比較像是企業內部的虛擬工作場域,上面提供的應用也會跟工作或專業有關(圖3)。

       

      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      圖3 企業內部的私有元宇宙,或將成為未來的虛擬辦公場域

       

      而提到專業領域的元宇宙,嚴永信還分享,雖然現在一般提到元宇宙,都會聯想到AR、VR這類頭戴式裝置,但根據NVIDIA的觀察,對某些專業領域的應用而言,不一定非得「進入」元宇宙不可。

       

      舉例來說,NVIDIA就跟愛立信(Ericsson)有過一個合作案例,先透過Omniverse搭建出整個城市的3D模型,也就是一個城市的數位雙生,然后結合射頻分析工具,研究城市地形對5G訊號的影響,并鎖定可能出現通訊干擾的區域(圖4)。對這種元宇宙應用而言,頭戴式裝置就不一定是必要的元素。
       

      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      圖4 NVIDIA與愛立信合作,利用Omniverse建立起整個城市的數位雙生,再進一步研究城市中可能存在的5G通訊干擾

       

      但也有頭戴裝置能創造出獨特附加價值的應用案例,例如跟產品展示有關的應用,頭戴裝置所能提供的沉浸式體驗,就是傳統顯示裝置無法提供的??傊?工業元宇宙與頭戴式裝置之間,并沒有必然的對應關系,一切還是要以具體應用需求為淮。

      從設計、分析到展示 達梭打造一條龍平臺

      而提到工業元宇宙,在工業、工程模擬跟數據分析領域耕耘數十年的達梭系統(Dassault Systemes),也是一家不能不提的代表性廠商。早在1981年,該公司就推出3D設計工具,跨出了把產品設計搬到虛擬空間中進行的第一步。隨后,該公司陸續以產品建模為核心,將工具的涵蓋范圍擴展到設計驗證、數據分析,并推出3DExperience 平臺,成為汽車、航太乃至醫療產業最重要的設計與模擬工具提供者。

       

      作為工業元宇宙的開創者之一,達梭如何看待工業元宇宙,乃至整個元宇宙的發展趨勢?臺灣達梭系統資深技術經理許欲生(圖5)認為,一般社會大眾所認知的消費性元宇宙,跟工業領域的工業元宇宙,在發展上有不同的難處。消費性元宇宙的起步比較晚,而且是面向一般大眾,如果要做到應用普及,甚至是像Meta所提出的愿景,把社交活動或可以天馬行空的電玩游戲搬到3D化的網路空間,可能還需要十年的時間才能做到。
       

      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      圖5 臺灣達梭系統資深技術經理許欲生

       

      工業元宇宙的樣態則比較單純,通常是以在虛擬空間中建立起100%對應真實世界的模型,作為一切應用的起點。這其實也是有相當的門檻存在,因為真實世界受到物理法則支配,如果要在虛擬空間中還原真實世界物件的行為模式,不僅要對各種自然科學有深入的掌握,還要具備將其轉化成精淮演算法的能力。

       

      這也是達梭之所以能在工程模擬領域居于領導地位的原因─除了虛擬建模工具之外,達梭還提供橫跨各種物理范疇的數值模擬跟分析工具,讓工程師可以在虛擬世界裡完成需要高度擬真的設計工作。

       

      不過,由于在虛擬世界裡進行設計,可以帶來很多經濟跟效率上的利益,因此在工業或產品設計領域,採用虛擬工具的情況早就已經非常普遍。而隨著工具的功能越來越強大,現在有很多產品設計的驗證,也已經逐漸把重心轉向虛擬工具。

       

      舉例來說,在汽車設計完成后,傳統上車廠必須做出原型車,然后把原型車送去做撞擊測試,才能取得相關的安全驗證。但是在真實世界中進行撞擊測試,不僅成本高昂,還會有很多無法觀測到的死角。例如在進行車輛正面撞擊牆壁的測試時,攝影機只能從側面去觀察撞擊事件,但最重要的撞擊面正面到底發生什么事情,是看不到的。在虛擬空間裡做撞擊測試,不僅節省成本,而且還可以從任意角度觀察撞擊事件發生當下,車體各處出現的變化(圖6)。
       

      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      圖6 在虛擬環境中進行車輛撞擊測試,不僅可以節省成本,還可以看到更多細節

       

      而針對工業元宇宙,達梭的布局動作,最早可以回推到10年前,發表3DExperience平臺之際。3DExperience是一個集數位連接、資料驅動、3D建模與模型展示等特性的平臺,跟現在流行的元宇宙概念相比,基本上只欠缺對AR、VR設備的支援。但最新版的3DExperience平臺已經補上了這個缺口,將產品設計、分析驗證到最終設計成果展示所需的功能,都納入平臺(圖7)。
       

      數位轉型打下堅實地基 工業元宇宙近在咫尺

      圖7 藉由增加對AR、VR的支援,現在3DExperience 平臺也可以提供沉浸式的產品展示體驗

       

      如今,工業元宇宙已經不只能用在產品的設計跟驗證,同時也可以擴大運用在製造產品的生產線上。在智慧製造裡,如何用模擬找出生產線的產能瓶頸,并測試各種解決方案的效果,一直是一個主要課題。在產線規畫跟產線最佳化方面,一個典型的應用方式是把生產線的機器手臂、可編程邏輯控制器(PLC),甚至是現場的作業員,都創建出對應的數位雙生,然后將這些數位雙生整合在一起,對整條生產線真實搭建起來,或是導入某些改變后可能出現的狀況進行模擬。

       

      而隨著感測技術的進步,對整條生產線進行數位建模所需的成本,已經大幅下降。許欲生透露,要對整條生產線進行數位建模,原本是工作量很大的作業,但現在達梭已經有配合的SI廠商開發出推車式的光達感測設備,只要把推車推到產線,設備就會自動完成現場掃描,建立出基礎的數位模型。這項技術的突破,將可為工業元宇宙的普及添加助力。

      平臺將成工業元宇宙的戰略高地

      相較于目前商機還停留在想像階段的消費性元宇宙,工業元宇宙已經相當成熟,甚至可以說有點既有的應用換包裝上市的味道。工業元宇宙的進展之所以遙遙領先消費性元宇宙,最根本的原因還是在于其所能創造出來的經濟效益。藉由虛擬技術,企業可以用更短時間完成產品開發、提高產能,甚至發展出新的商業模式,創造額外的收入來源。

       

      但也因為早在工業元宇宙這個概念被發明出來之前,就已經有很多廠商在做類似的生意,所以接下來工業元宇宙的平臺整合,恐怕會是一個更複雜的工作。就像都更往往比蓋新大樓要困難千百倍,在工業元宇宙裡,早就有既存的廠商跟對應的勢力范圍。在這個情況下,要發展出一個一個可以兼容各方的平臺,將會是一個巨大的挑戰。

       

      然而,也因為工業元宇宙的平臺建立不易,一旦有某家廠商成功突破,就能享有極大的利益。這也是許多大廠都趨之若鶩,紛紛推出平臺的原因。而公有元宇宙跟私有元宇宙的概念,是否暗示著公有云業者很可能也會在元宇宙平臺大戰中扮演一定的角色,亦充滿了想像空間。


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