元宇宙(Metaverse)在近幾年引爆熱潮,隨著概念持續發展,元宇宙應用也從最一開始的個人社交生活進入到商業、工業領域。元宇宙的根本目標是將網際網路從原本 2D 影像擴展至 3D 連結虛擬世界,而能夠導入各種物理參數、模擬 3D 現實場景的數位雙生(Digital Twin)自然成為實現元宇宙的關鍵技術。

全球人工智慧與加速運算領導大廠 NVIDIA 多年來大力部署全球AI生態系,並自 2019 年開始推出 Omniverse 展開推廣元宇宙於各產業的應用。

自 2021 年開啟與 BMW 合作,今年 NVIDIA 又攜手與深耕數位工業的國際大廠西門子合作,正式宣布 Omniverse 與工業應用的結合進軍工業元宇宙。今年在 NVIDIA GTC 大會中,NVIDIA 更強調不只要軟硬整合,更要將生態系擴大,並開始思考中小企業能如何加入這樣的趨勢,協助這些中小企業提升工業自動化水準來擴大整體生態系。

但究竟該如何導入?數位雙生又能解決什麼問題? TechOrange 科技報橘於 10/5 舉辦的「2023 AIoT 智慧製造生態系論壇」 中.NVIDIA 資深資料科學家劉冠良也特別對這兩點進行了解答。

如何導入數位雙生?NVIDIA 以 5 步驟實現工廠元宇宙

劉冠良指出,數位雙生與 AI 技術息息相關,在發展上也與導入 AI 時的流程相當類似。首先第一步就是要設定應用情境,針對希望利用工業元宇宙解決的問題進行思考。第二步,則是評估資料與環境,考量哪些資料與相關內容必須納入。接下來才是建立跨領域團隊、小範圍導入以及進行最終成果的反饋優化。

圖片說明:數位雙生與 AI 技術息息相關,在發展上也與導入 AI 時的流程相當類似。NVIDIA 以 5 個步驟,讓工廠實現元宇宙。(圖片來源:NVIDIA)

在設定應用情境上,由於數位雙生場景包羅萬象,劉冠良建議,企業不要一開始就野心太大,可以先思考最優先想解決的問題是什麼,專注在小範圍導入數位雙生技術後再慢慢擴大版圖。「即使是 BMW 運用 NVIDIA Omniverse 打造的虛擬工廠,也可以看到其中包含許多像協作設備的數位雙生小項目,最後才逐漸整合為大型系統協作。」

考量到工業元宇宙數據涉及的領域遠比 AI 更為廣泛,團隊的跨領域建置變得更為重要。而資料收集上也會面臨同樣的問題,包含 CAE、CAD 及設計材料與模擬效果的相關資料,都必須匯至系統中並順暢協作,才能打造符合應用需求的虛擬孿生場景,而 Omniverse 的開放特性就正好能發揮作用。

NVIDIA Omniverse 開放平台,讓製造工廠超進化!

Omniverse 是 NVIDIA 基於通用場景描述(Universal Scene Description,USD)框架打造的開放平台,其模組化且靈活的設計,能協助企業整合不同部門的 3D 協作及模擬軟體數據,擺脫資訊孤島的困境。

劉冠良指出,不只常見設計軟體的整合,或是導入模擬軟體 Ansys 等既有工具的模擬結果,Omniverse 的開放性讓客戶更可以根據需求將客製化工具結合到平台,使模擬更加符合真實物理情境,協助企業進行 AI 模型的資料收集標註。

除了整合既有數據,要想在商業應用上起到實際作用 ,數位雙生還必須具備高擬真場景呈現,讓所有效應都必須符合物理描述定義才能帶來價值。而 NVIDIA Omniverse 上提供的 USD、物理仿真引擎 PhysX 和材質定義語言(Material Definition Language,MDL)支援皆能有效協助達成這項目標。

以西門子與 NVIDIA 合作建立的離岸風電場數位雙生模型為例,在 Omniverse 平台與 NVIDIA 各種工具助力下,運用導入的數據精準模擬風電場內複雜的交互作用,進行更精準的設備及發電效率評估。

劉冠良指出, Omniverse 平台設計的原則,就是希望讓不同組織、企業可以因應需求去建立 3D 協作平台,把不同資料匯入同一個場景中,「就像過去發展 AI 應用時一樣,每個人心中的數位雙生都不盡相同」。而 Omniverse 開放的特性及整合不同數據打造擬真環境的能力,將能協助客戶查看最初接觸數位雙生所設想的應用情境,同時回饋更多數據來提供改善評估。