Um der Umstellung auf Elektrofahrzeuge, der gestiegenen Nachfrage nach Halbleitern, der Verlagerung der Produktion ins Ausland und dem Streben nach mehr Nachhaltigkeit gerecht zu werden, investieren die Hersteller in die Entwicklung neuer Fabriken und die Umgestaltung ihrer bestehenden Anlagen.
Diese Projekte überschreiten häufig das Budget und den Zeitplan, was auf komplexe und manuelle Planungsprozesse, veraltete Technologieinfrastrukturen und unzusammenhängende Tools, Daten und Teams zurückzuführen ist.
Virtuelle Fabriken und die Digitalisierung sind die Antwort auf diese Herausforderungen, und die Hersteller machen sich diese zunutze. Eine virtuelle Fabrik, die sich auf Technologien wie digitale Zwillinge, das Ökosystem Universal Scene Description (OpenUSD) und generative KI stützt, kann neue Möglichkeiten eröffnen – von der Planung bis zum Betrieb.
Was ist eine virtuelle Fabrik?
Eine virtuelle Fabrik ist ein physikalisch genaues Abbild einer realen Fabrik. Diese digitalen Zwillinge von Fabriken ermöglichen es Herstellern, ihre Produktionsprozesse, Ressourcen und Abläufe zu modellieren, zu simulieren, zu analysieren und zu optimieren, ohne dass ein physischer Prototyp oder eine Pilotanlage erforderlich sind.
Vorteile virtueller Fabriken
Virtuelle Fabriken eröffnen den Herstellern viele Vorteile und Möglichkeiten, darunter:
- Optimierte Kommunikation: Anstatt sich auf persönliche Treffen und statische Planungsdokumente für die Projektabstimmung zu verlassen, optimieren virtuelle Fabriken die Kommunikation und stellen sicher, dass kritische Design- und Betriebsentscheidungen auf der Grundlage der aktuellsten Daten getroffen werden.
- Kontextualisierte Planung: Während der Planung, dem Bau und der Inbetriebnahme von Anlagen ermöglichen virtuelle Fabriken den Projektbeteiligten, Entwürfe im Kontext der gesamten Anlage und des Produktionsprozesses zu visualisieren. Planungs- und Betriebsteams können die gebauten Strukturen mit den virtuellen Entwürfen in Echtzeit vergleichen und überprüfen und durch die Identifizierung von Fehlern und die frühzeitige Einbeziehung von Feedback in den Überprüfungsprozess Kosten senken.
- Optimierte Anlagenentwürfe: Durch die Verbindung virtueller Fabriken mit Simulationen von Prozessen und diskreten Ereignissen können Teams Anlagenentwürfe in Bezug auf Produktion und Materialfluss, ergonomisches Arbeitsdesign, Sicherheit und Gesamtauslastung optimieren.
- Intelligente und optimierte Abläufe: Betriebsteams können ihre virtuellen Fabriken mit wertvollen Produktionsdaten aus der Internet-der-Dinge-Technologie am Edge integrieren und KI nutzen, um weitere Optimierungen vorzunehmen.
Virtuelle Fabriken: Ein Testgelände für KI und Robotik
Robotikentwickler nutzen zunehmend virtuelle Fabriken, um KI und autonome Systeme zu trainieren und zu testen, die in realen Fabriken laufen. Virtuelle Fabriken ermöglichen es Entwicklern und Fertigungsteams beispielsweise, digitale Arbeiter und autonome mobile Roboter (AMRs) zu simulieren, KI-Agenten und Sensoren einzusetzen, um eine zentrale Karte der Arbeiteraktivitäten in einer Anlage zu erstellen. Durch die Verschmelzung von Daten aus simulierten Kameraströmen mit der Verfolgung durch mehrere Kameras können Entwickler Belegungskarten erstellen, die optimale AMR
-Routen enthalten.
Entwickler können diese physisch genauen virtuellen Fabriken auch zum Trainieren und Testen von KI-Agenten verwenden, die ihre Roboterflotten
verwalten können, um sicherzustellen, dass sich KI-fähige Roboter an Unvorhersehbarkeiten in der realen Welt anpassen können, und um optimierte Konfigurationen für die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter zu
ermitteln. Die Grundlagen einer virtuellen Fabrik Dergroß angelegter, physisch genauer virtueller Fabriken, die diese
transformativen Möglichkeiten freisetzen, erfordert die Zusammenführung zahlreicher Tools, Datenformate und Technologien, um die Darstellung realer Aspekte in der digitalen Welt zu harmonisieren.
OpenUSD wurde
ursprünglich von den Pixar Animation Studios erfunden und umfasst eine Sammlung
von Tools und Funktionen, die Entwicklern und Herstellern die Interoperabilität von Daten
ermöglichen, die sie zum Erreichen
ihrer Digitalisierungsziele benötigen. Die
zentrale Stärke von OpenUSD ist die flexible Datenmodellierung. 3D-Eingaben können aus Quellanwendungen übernommen und mit einer Vielzahl von Daten kombiniert werden, z. B. aus computergestützter Konstruktionssoftware, Live-Sensoren, Dokumentation und Wartungsaufzeichnungen. Die Daten werden über eine einheitliche Pipeline bereitgestellt
. OpenUSD
es
Entwicklern, diese Datentypen über verschiedene Simulations-Tools und KI-Modelle hinweg gemeinsam zu nutzen und allen Stakeholdern Einblicke zu gewähren. Die Daten können von der Fabrikhalle mit dem digitalen Zwilling synchronisiert werden, sodass Fabrikmanager und Teams Einblicke in Echtzeit erhalten. Durch die Entwicklung von Lösungen für virtuelle Fabriken auf OpenUSD können Entwickler die Zusammenarbeit von Fabrikteams verbessern, sodass sie Pläne überprüfen, Optimierungsmöglichkeiten diskutieren und Entscheidungen in Echtzeit treffen können. Um die Entwicklung des OpenUSD-Ökosystems zu unterstützen und zu beschleunigen, haben Pixar, Adobe, Apple, Autodesk und NVIDIA die Alliance for OpenUSD gegründet, die offene Standards für USD in Bezug auf Kernspezifikationen, Materialien, Geometrie und mehr entwickelt. Industrielle Anwendungsfälle für virtuelle Fabriken Um das Potenzial virtueller Fabriken zu erschließen, entwickeln Branchenführer wie Autodesk, Continental, Pegatron, Rockwell Automation, Siemens und Wistron Lösungen für virtuelle Fabriken, die mit OpenUSD und NVIDIA Omniverse, einer Plattform mit Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs) und Software-Entwicklungskits, zusammenarbeiten, die es Entwicklern ermöglichen, Anwendungen für komplexe 3D- und industrielle Digitalisierungs-Workflows auf der Grundlage von OpenUSD zu erstellen. FlexSim, ein Autodesk-Unternehmen, nutzt OpenUSD, um Fabrikteams in die Lage zu versetzen, Prozesse in der realen Welt mit seiner Simulationsmodellierung für komplexe Systeme und Abläufe zu analysieren, zu visualisieren und zu optimieren. Die ereignisdiskrete Simulationssoftware bietet eine intuitive Drag-and-Drop-Oberfläche zur Erstellung von 3D-Simulationsmodellen, zur Berücksichtigung realer Schwankungen, zur Durchführung von „Was-wäre-wenn“-Szenarien und zur Durchführung eingehender Analysen. Die Entwickler von Continental, einem führenden deutschen Automobilzulieferer, haben ContiVerse entwickelt, eine Anwendung für die Planung von Fabriken und Produktionsabläufen auf Basis von OpenUSD und NVIDIA Omniverse. Die Anwendung hilft Continental bei der Optimierung von Fabrik-Layouts und der kollaborativen Planung von Produktionsprozessen, was zu einer erwarteten Verkürzung der Markteinführungszeit um 13 % führt. In Zusammenarbeit mit dem IT-Beratungs- und Digitaldienstleister SoftServe hat Continental außerdem den Industrial Co-Pilot entwickelt, der KI-gesteuerte Erkenntnisse mit immersiver Visualisierung kombiniert, um Ingenieuren Anleitungen und vorausschauende Analysen in Echtzeit zu liefern. Es wird erwartet, dass dies den Wartungsaufwand und die Ausfallzeiten um 10 % reduziert. Pegatron, einer der weltweit größten Hersteller von Smartphones und Unterhaltungselektronik, entwickelt auf OpenUSD Lösungen für virtuelle Fabriken, um die Entwicklung neuer Fabriken zu beschleunigen sowie Änderungsaufträge zu minimieren, den Betrieb zu optimieren und den Durchsatz von Produktionslinien in bestehenden Anlagen zu maximieren. Rockwell Automation integriert NVIDIA Omniverse Cloud-APIs und OpenUSD in seine digitale Zwillingssoftware Emulate3D, um Fertigungsteams Dateninteroperabilität, Live-Zusammenarbeit und physikalisch basierte Visualisierung für die Entwicklung, den Aufbau und den Betrieb von digitalen Zwillingen von Produktionssystemen im industriellen Maßstab zu ermöglichen. Siemens, ein führendes Technologieunternehmen für Automatisierung, Digitalisierung und Nachhaltigkeit und Mitglied der Alliance for OpenUSD, übernimmt die Omniverse Cloud-APIs in seine Siemens Xcelerator-Plattform, beginnend mit Teamcenter X, der branchenführenden Cloud-basierten Product-Lifecycle-Management-Software. Dies wird Teams dabei helfen, Produkte, Fertigungsprozesse und Fabriken der nächsten Generation virtuell zu entwerfen, zu bauen und zu testen, bevor sie in der realen Welt gebaut werden. Wistron, ein weltweit führender Technologiedienstleister und Elektronikhersteller, digitalisiert mit OpenUSD neue und bestehende Fabriken. Durch die Entwicklung von Lösungen für virtuelle Fabriken auf NVIDIA Omniverse ermöglicht Wistron seinen Fabrikteams die Remote-Zusammenarbeit, um Layout-Konfigurationen zu verfeinern, die Oberflächenmontagetechnologie und In-Circuit-Testlinien zu optimieren und die Produkt-auf-Dock-Tests zu verändern. Mit diesen Lösungen konnte Wistron die Effizienz der Mitarbeiter um 51 % steigern und die Produktionszeiten um 50 % reduzieren. Layout-Optimierung und Echtzeit-Überwachung haben die Fehlerquote um 40 % gesenkt. Und die Bauzeit der neuen NVIDIA DGX-Fabrik von Wistron wurde von etwa fünf Monaten auf nur zweieinhalb Monate halbiert. Erfahren Sie mehr über die Entwicklung fortschrittlicher, generativer KI-gestützter Lösungen für virtuelle Fabriken auf der Seite Anwendungsfälle für virtuelle Fabriken. Entwickler können mit einer Referenzarchitektur beginnen, die einen Überblick über die Komponenten und Funktionen bietet, die bei der Entwicklung von Virtual-Factory-Lösungen zu berücksichtigen sind. Laden Sie die kostenlose Standardlizenz für NVIDIA Omniverse herunter, greifen Sie auf OpenUSD-Ressourcen zu, und erfahren Sie, wie Omniverse Enterprise Ihr Team vernetzen kann. Bleiben Sie auf Instagram, Medium und X auf dem Laufenden. Weitere Informationen finden Sie in der Omniverse-Community in den Foren, auf dem Discord-Server, auf Twitch und den YouTube-Kanälen. Das Bildmaterial wurde mit freundlicher Genehmigung von Siemens zur Verfügung gestellt.