کارخانه‌های مجازی: کلیدی برای تحقق دیجیتال‌سازی در صنعت

صنعتگران برجسته دنیا خود را برای رشد جادویی صنعت آماده می‌کنند. افزایش تولید خودروهای برقی، نیمه‌هادی‌ها و همچنین رشد تقاضا برای این محصولات، مهندسان را به این باور رسانده است که باید برای اهداف بلندپروازانه و انتقال تکنولوژی تولید به داخل جهت حفظ پایداری محیط‌زیست، سرمایه‌گذاری کنند.

این پروژه‌ها به دلیل فرایندهای برنامه‌ریزی پیچیده، نیاز به زیرساخت‌های فناوری سنتی، داده‌های وسیع و تیم‌های کارشناسی تفکیک‌شده دارد که اغلب در اولویت بودجه‌بندی و برنامه‌ریزی صنایع قرار نمی‌گیرند.

تولیدکنندگان برای غلبه بر این چالش‌ها، رویکرد دیجیتال‌سازی و مفهوم کارخانه‌های مجازی را جدی گرفته‌اند. کارخانه‌های مجازی با بهره‌گیری از فناوری‌هایی مانند مدل‌های دوقلو دیجیتال، اکوسیستم توصیف صحنه جهانی (OpenUSD) و هوش مصنوعی مولد (Gen AI)، امکانات جدیدی را از مرحله برنامه‌ریزی تا عملیات برای آن‌ها فراهم می‌کنند.

کارخانه مجازی چیست؟

کارخانه مجازی به زبان ساده، بازنمایی دیجیتالی با دقت فیزیکی بالا از کارخانه‌ای واقعی است. این مدل‌ها به تولیدکنندگان امکان می‌دهند تا بدون نیاز به نمونه اولیه فیزیکی یا کارخانه آزمایشی، فرایندهای تولید، منابع و عملیات خود را مدل‌سازی، شبیه‌سازی، تحلیل و بهینه‌سازی کنند.

کارخانه‌های مجازی منافع و امکانات فراوانی را برای تولیدکنندگان به همراه دارند، از مهم‌ترین این مزایا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ارتباطات تیمی آسان: کارخانه‌های مجازی به‌جای اتکای تیم‌ها به جلسات حضوری و برنامه‌ریزی برای هماهنگی پروژه، ارتباطات را ساده‌سازی می‌کنند و اطمینان می‌دهند که تصمیمات مهم درزمینهٔ طراحی و عملیات بر اساس به‌روزترین داده‌ها اتخاذ می‌شوند.
• برنامه‌ریزی مبتنی بر بستر: در طول طراحی، ساخت و راه‌اندازی تأسیسات، کارخانه‌های مجازی به ذی‌نفعان پروژه امکان می‌دهند تا طرح‌ها را در بستر کل تأسیسات و فرایند تولید تجسم کنند. تیم‌های برنامه‌ریزی و عملیات می‌توانند سازه‌های ساخته‌شده را به‌صورت لحظه‌ای با طرح‌های مجازی مقایسه و تأیید کنند و با شناسایی خطاها و اعمال بازخورد در مراحل اولیه بررسی، هزینه‌ها را کاهش دهند.
• طراحی‌های بهینه‌سازی‌شده تأسیسات: اتصال کارخانه‌های مجازی به شبیه‌سازی‌های فرایندها و رویدادهای گسسته، تیم‌ها را قادر می‌سازد تا طراحی‌های تأسیسات را برای تولید و جریان مواد، طراحی ارگونومیک کار، ایمنی و بهره‌وری کلی بهینه‌سازی کنند.
• عملیات هوشمند و بهینه‌سازی‌شده: تیم‌های عملیات می‌توانند کارخانه‌های مجازی خود را با داده‌های ارزشمند تولید از فناوری اینترنت اشیا در لبه شبکه ادغام کنند و از هوش مصنوعی برای پیشبرد بهینه‌سازی‌های بیشتر بهره ببرند.

عرصه‌ای برای آزمون و توسعه هوش مصنوعی و رباتیک

توسعه‌دهندگان رباتیک به استفاده بیشتر و روزافزون از کارخانه‌های مجازی برای آموزش و آزمایش هوش مصنوعی و سیستم‌های خودکار علاقه‌مند می‌شوند. این کارخانه‌ها کاربردهای گسترده‌ای دارند؛ به‌عنوان‌مثال، کارخانه‌های مجازی می‌توانند به توسعه‌دهندگان و تیم‌های تولید کمک کنند تا کارگران دیجیتال و ربات‌های متحرک خودمختار (AMR)، عوامل هوش مصنوعی مبتنی بر بینایی و حسگرها را برای ایجاد نقشه‌ای مرکزی از فعالیت کارکنان در سراسر تأسیسات شبیه‌سازی کنند.

توسعه‌دهندگان با ادغام داده‌های حاصل از جریان‌های شبیه‌سازی‌شده با ردیابی چند دوربینه، می‌توانند نقشه‌های فضایی تولید کنند. این کار، مسیرهای بهینه را برای ربات‌های متحرک خودمختار تعیین می‌کند.

همچنین توسعه‌دهندگان می‌توانند از این کارخانه‌های مجازی با دقت فیزیکی بالا برای آموزش و آزمایش عوامل هوش مصنوعی جهت مدیریت ناوگان ربات‌های خود استفاده کنند. این کار برای اطمینان از سازگاری ربات‌های مجهز به هوش مصنوعی با عدم قطعیت‌های دنیای واقعی و شناسایی پیکربندی‌های بهینه‌سازی‌شده برای همکاری انسان و ربات انجام می‌گیرد.

زیربنای مبتنی بر همکاری

ایجاد کارخانه‌های مجازی با دقت فیزیکی بالا در ابعاد بزرگ که دستیابی به این قابلیت‌های متحول‌کننده را امکان‌پذیرمی‌کند، به فراهم آوردن ابزارها، فرمت‌های داده و فناوری‌های متعددی برای هماهنگ‌سازی نمایش جنبه‌های دنیای واقعی در فضای دیجیتال نیازمند است.

استاندارد OpenUSD که در اصل به دست استودیو انیمیشن پیکسار ابداع شد، شامل مجموعه ابزارها و قابلیت‌هایی است که امکان توسعه همکاری داده‌ای را بین توسعه‌دهندگان و تولیدکنندگان برای دستیابی به اهداف دیجیتال‌سازی‌شان فراهم می‌کند.

توانایی اصلیOpenUSD مدل‌سازی انعطاف‌پذیر داده است. این استاندارد می‌تواند ورودی‌های سه‌بعدی را از نرم‌افزارهای منبع بپذیرد و آن‌ها را با داده‌های متنوعی ازجمله خروجی نرم‌افزارهای طراحی به کمک رایانه، حسگرهای زنده، اسناد و سوابق نگهداری از طریق یک خط لوله داده یکپارچه ترکیب کند. OpenUSD به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا این انواع داده را بین ابزارهای مختلف شبیه‌سازی و مدل‌های هوش مصنوعی به اشتراک بگذارند و بدین ترتیب، بینش‌هایی را برای تمام ذی‌نفعان پروژه فراهم آورد.

داده‌ها می‌توانند از کف کارخانه با مدل دوقلوی دیجیتال همگام‌سازی شوند و درنتیجه، بینش‌های لحظه‌ای را برای مدیران و تیم‌های کارخانه آشکار کنند. توسعه‌دهندگان با ایجاد راه‌حل‌های کارخانه‌های مجازی بر بستر OpenUSD می‌توانند همکاری را برای تیم‌های کارخانه بهبود بخشند و به آن‌ها اجازه دهند تا برنامه‌ها را بررسی کنند، فرصت‌های بهینه‌سازی را موردبحث قرار دهند و در زمان واقعی تصمیم بگیرند.

کاربردهای صنعتی کارخانه‌های مجازی

برای استفاده مناسب از پتانسیل کارخانه‌های مجازی، رهبران شرکت‌های بزرگ صنعتی ازجمله اتودسک، کانتیننتال، pegatron، راکول اتوماسیون، زیمنس و ویسترون در حال توسعه راه‌حل‌های کارخانه‌های مجازی هستند که با OpenUSD و nVIDIA Omniverse همکاری می‌کنند.

اومنی‌ورس  (Omniverse) پلتفرمی شامل رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (API) و کیت‌های توسعه نرم‌افزار (SDK) است که به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد نرم‌افزارهایی را بر پایه OpenUSD برای گردش کارهای پیچیده سه‌بعدی و دیجیتال‌سازی صنعتی بسازند.

شرکت FlexSim  از زیرمجموعه‌های اتودسک، با استفاده از OpenUSD به تیم‌های کارخانه خود کمک می‌کند تا فرایندهای دنیای واقعی را با مدل‌سازی شبیه‌سازی برای سیستم‌ها و عملیات پیچیده، تجزیه‌وتحلیل، تجسم‌سازی و بهینه‌سازی کنند.

نرم‌افزار شبیه‌سازی رویداد گسسته ‌FlexSim، رابط کاربری بصری درگ-اند-دراپ (کشیدن و رها کردن) برای ایجاد مدل‌های شبیه‌سازی سه‌بعدی، در نظر گرفتن تغییرات دنیای واقعی، اجرای سناریوهای «چه می‌شد اگر» و انجام تحلیل‌های عمیق فراهم می‌کند.

توسعه‌دهندگان در کانتیننتال، شرکت پیشرو فناوری خودروی آلمانContiVerse  را توسعه داده‌اند؛ نرم‌افزاری برای برنامه‌ریزی کارخانه و عملیات ساخت بر پایه OpenUSD و nVIDIA Omniverse. این نرم‌افزار به کانتیننتال کمک می‌کند تا با بهینه‌سازی چیدمان کارخانه‌ها و برنامه‌ریزی مشارکتی فرایندهای تولید، زمان رسیدن به بازار با بالقوه ۱۳ درصد کاهش دهد.

کانتیننتال همچنین با همکاری SoftServe، ارائه‌دهنده خدمات مشاوره فناوری اطلاعات و خدمات دیجیتال، نرم‌افزار Industrial Co-Pilot را توسعه داد. این نرم‌افزار بینش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی را با تجسم فراگیر ترکیب می‌کند تا راهنمایی لحظه‌ای و تحلیل‌های پیش‌بینی‌کننده را برای مهندسان به ارمغان آورد. انتظار می‌رود این امر باعث کاهش ۱۰ درصدی تلاش‌ها برای تعمیر و نگهداری و کاهش زمان توقف کار شود.

پگاترون (Pegatron) یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان گوشی‌های هوشمند و لوازم الکترونیکی مصرفی در جهان، در حال توسعه راه‌حل‌های کارخانه مجازی بر بستر OpenUSD است تا توسعه کارخانه‌های جدید را سرعت دهد، تغییرات را در سفارش به حداقل برساند، عملیات را بهینه‌سازی کند و توان عملیاتی خطوط تولید را در تأسیسات موجود به حداکثر برساند.

راکول اتوماسیون در حال ادغام رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی ابری nVIDIA Omniverse و OpenUSD با نرم‌افزار دوقلو دیجیتال Emulate3D خود است تا همکاری زنده، قابلیت همکاری اطلاعاتی و تجسم مبتنی بر فیزیک را به منظور طراحی، ساخت و بهره‌برداری از دوقلوهای دیجیتال مقیاس صنعتی سیستم‌های تولید برای تیم‌های تولید به ارمغان آورد.

زیمنس، شرکت پیشرو درزمینهٔ اتوماسیون، دیجیتال‌سازی و پایداری و عضو اتحادیه OpenUSD در حال به‌کارگیری رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی ابری Omniverse در پلتفرم Xcelerator خود است که با Teamcenter X، نرم‌افزار پیشرو در مدیریت چرخه عمر محصول مبتنی بر ابر، آغاز می‌شود. این امر به تیم‌ها کمک می‌کند تا قبل از ساخت فیزیکی محصولات، فرایندهای تولید و کارخانه‌های نسل بعدی را به‌صورت مجازی طراحی کنند، بسازند و آزمایش کنند.

ویسترون، از ارائه‌دهندگان پیشرو خدمات فناوری و تولیدکننده محصولات الکترونیکی در سطح جهان، به دیجیتال‌سازی کارخانه‌های جدید و موجود با OpenUSD مشغول است. این شرکت با توسعهٔ راه‌حل‌های کارخانه مجازی مبتنی بر nVIDIA Omniverse ، تیم‌های کارخانه خود را قادر می‌سازد تا برای اصلاح پیکربندی‌های چیدمان، بهینه‌سازی خطوط تست درون مدار و فناوری نصب سطحی و متحول کردن فرایند تست نهایی محصول، از راه دور همکاری کنند.

با این راه‌حل‌ها، ویسترون به افزایش ۵۱ درصدی بهره‌وری کارکنان و کاهش ۵۰ درصدی زمان فرآیند تولید دست یافته است. بهینه‌سازی چیدمان و پایش لحظه‌ای باعث کاهش ۴۰ درصدی نرخ خرابی شده است.

منبع: بلاگ انویدیا