AI賦能工業(yè)，NVIDIA展示如何利用AI技術(shù)打造數(shù)字化流程及智能工廠

（文/程文智）如今的AI已經(jīng)在很多地方得到了應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用一直是AI想要攻克的堡壘，而AI如果想要能在工業(yè)制造業(yè)、醫(yī)療保健、零售等工業(yè)場(chǎng)景得到應(yīng)用，就需要將這些場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)字化，只有數(shù)字化之后，AI技術(shù)才能有用武之地。那么如何對(duì)這些場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)字化，并將AI技術(shù)導(dǎo)入其中呢？

在近期舉辦的COMPUTEX 2023上，NVIDIA展示了他們針對(duì)工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用的AI產(chǎn)品和解決方案，包括Omniverse、Metropolis，以及Isaac AMR。在NVIDIA創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛看來(lái)，用戶可以利用Omniverse來(lái)培訓(xùn)AI，然后利用其AI部署和邊緣部署系統(tǒng)Metropolis來(lái)部署AI。

他在分享中表示，全球制造業(yè)的價(jià)值有46萬(wàn)億美元，工廠數(shù)量超過(guò)1000萬(wàn)家，它們是工業(yè)數(shù)字化的重點(diǎn)，如果能夠以數(shù)字化的方式制造產(chǎn)品，那么生產(chǎn)產(chǎn)品的效率和質(zhì)量都會(huì)得到大幅提升。此次演講，黃仁勛展示了多家電子制造商如何利用NVIDIA技術(shù)打造數(shù)字化流程，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化智能工廠的愿景。

這些企業(yè)通過(guò)Omniverse和生成式AI 的API接口，以連接他們的設(shè)計(jì)和制造工具，從而構(gòu)建工廠數(shù)字孿生。他們還使用NVIDIA Isaac Sim模擬和測(cè)試機(jī)器人，并使用視覺(jué)AI框架NVIDIA Metropolis實(shí)現(xiàn)光學(xué)檢測(cè)的自動(dòng)化。

最新組件NVIDIA Metropolis for Factories可以創(chuàng)建定制化的質(zhì)控系統(tǒng)，為制造商帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。該組件正在幫助企業(yè)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的AI應(yīng)用。

使用AI提升工廠效率

黃仁勛在主題演講中提到，目前包括富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、和碩、廣達(dá)、西門子和緯創(chuàng)在內(nèi)的超過(guò)50家制造業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化供應(yīng)商，在使用Metropolis。Metropolis 是一個(gè)工廠自動(dòng)化工作流程的集合，它使工業(yè)技術(shù)公司和制造商能夠開(kāi)發(fā)、部署和管理具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的自定義質(zhì)量控制系統(tǒng)。

他拿和碩舉例說(shuō)，在Omniverse中，和碩首先構(gòu)建了工廠的數(shù)字孿生，將各種分散的三維和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)集整合在一起，為計(jì)劃員和供應(yīng)商提供實(shí)時(shí)的、綜合的工廠數(shù)據(jù)視圖。在基于云原生的數(shù)字孿生中，計(jì)劃員可以在實(shí)際部署變更之前通過(guò)虛擬環(huán)境優(yōu)化布局。

數(shù)字孿生還被用作和碩感知人工智能的訓(xùn)練平臺(tái)，他們使用基于Omniverse構(gòu)建的NVIDIA Isaac Sim來(lái)模擬和優(yōu)化移動(dòng)機(jī)器人群，這些機(jī)器人在工廠內(nèi)部運(yùn)輸材料，并在生產(chǎn)線上協(xié)助拾取和放置機(jī)器人臂。

在完全運(yùn)營(yíng)的工廠中，和碩部署了自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）設(shè)備，這些設(shè)備沿著生產(chǎn)線布置，可以降低成本并增加生產(chǎn)線的通行能力。NVIDIA Metropolis使得和碩能夠快速開(kāi)發(fā)和部署基于云原生的高精度AOI工作流程。Ambiurous Replicator生成了復(fù)雜和昂貴的PCBA缺陷的合成數(shù)據(jù)集，如劃痕、缺失或錯(cuò)位的元件等。然后，和碩將合成數(shù)據(jù)與NVIDIA預(yù)訓(xùn)練模型相結(jié)合，利用NVIDIA Tao進(jìn)行訓(xùn)練、調(diào)整和優(yōu)化，并使用NVIDIA DeepStream進(jìn)行實(shí)時(shí)推斷，從而實(shí)現(xiàn)了99.8%準(zhǔn)確率的AOI性能，并提高了4倍的吞吐量。

此外，富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在與Metropolis生態(tài)合作伙伴一起實(shí)現(xiàn)電路板質(zhì)控檢測(cè)點(diǎn)重要環(huán)節(jié)的自動(dòng)化；宜鼎在使用Metropolis實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線光學(xué)檢測(cè)流程的自動(dòng)化；緯創(chuàng)在使用 NVIDIA Omniverse 以及 Autodesk AutoCAD、Autodesk Revit 和 FlexSim 的輸入數(shù)據(jù)，為其自動(dòng)化接收線路和操作間構(gòu)建數(shù)字孿生；同時(shí)，緯創(chuàng)還使用 NVIDIA Metropolis 的 AI 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路板光學(xué)檢測(cè)的自動(dòng)化。

可以看到越來(lái)越多制造廠開(kāi)始采用AI技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)線吞吐量、降低成本，并提高生產(chǎn)質(zhì)量。

不斷壯大的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)支持 Metropolis

Metropolis 可以從企業(yè)工業(yè)邊緣部署到云端，龐大且不斷發(fā)展的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)正在幫助將其推向市場(chǎng)。據(jù)NVIDIA介紹，大批專業(yè)人士正在共同努力推動(dòng)這項(xiàng)工作的進(jìn)展，包括傳感器制造商、應(yīng)用合作伙伴、檢測(cè)設(shè)備制造商和集成合作伙伴。

比如，成像組件傳感器和系統(tǒng)領(lǐng)先制造商Basler與NVIDIA進(jìn)行合作，幫助開(kāi)發(fā)人員通過(guò)與NVIDIA DeepStream SDK更加緊密地集成以更快地構(gòu)建支持AI的檢測(cè)系統(tǒng)；Quantiphi 采用了Metropolis，正在與世界上最大的飲料生產(chǎn)商之一合作，通過(guò)GPU驅(qū)動(dòng)的視覺(jué)AI實(shí)現(xiàn)對(duì)滿載托盤的自動(dòng)檢查；Overview和研華都采用了NVIDIA Metropolis，并且正在合作構(gòu)建一個(gè)基于AI的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，以進(jìn)行工業(yè)檢測(cè)、產(chǎn)品計(jì)數(shù)和裝配驗(yàn)證；西門子和Data Monsters在基于Metropolis構(gòu)建工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)將Omniverse Replicator合成數(shù)據(jù)生成，NVIDIA TAO訓(xùn)練，DeepStream運(yùn)行時(shí)和西門子的NVIDIA Jetson驅(qū)動(dòng)的工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起。

Nvidia Isaac AMR助力智能工廠

工廠數(shù)字化是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，智能工廠中，機(jī)器人是不可或缺的存在，因此，NVIDIA還推出了一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)NVIDIA Isaac AMR，提供參考設(shè)計(jì)給希望構(gòu)建機(jī)器人的人使用。

據(jù)介紹，NVIDIA構(gòu)建了完整的機(jī)器人堆棧，從芯片到算法，包括先進(jìn)的感知、地圖構(gòu)建、定位和規(guī)劃，以及云端地圖系統(tǒng)。無(wú)論用戶想如何使用，NVIDIA都提供開(kāi)放的選擇，包括芯片、系統(tǒng)、軟件和算法。該機(jī)器人平臺(tái)不僅具備先進(jìn)的功能，還提供先進(jìn)的參考系統(tǒng)Nvidia Nova Orin。據(jù)悉，該數(shù)字化機(jī)器人堆棧已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可為機(jī)器人應(yīng)用提供支持。

為了提高生產(chǎn)效率和工人安全性，工廠和倉(cāng)庫(kù)開(kāi)始采用完全自主的自動(dòng)化系統(tǒng)AMR，替代手動(dòng)叉車和引導(dǎo)車輛。構(gòu)建AMR是有挑戰(zhàn)的，因?yàn)樗且粋€(gè)非常復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，類似于自動(dòng)駕駛汽車，只是它在特定的環(huán)境之中。而NVIDIA Isaac AMR可提供一體化的解決方案，用于部署完全自主的移動(dòng)機(jī)器人，該解決方案的核心是Nova Orin芯片，配備多個(gè)相機(jī)、LIDAR、雷達(dá)，以及其他先進(jìn)的傳感器和計(jì)算硬件，實(shí)現(xiàn)模擬中的映射自主性。借助云服務(wù)生成準(zhǔn)確而詳細(xì)的三維立體地圖，加速映射過(guò)程。這些地圖可以根據(jù)需要切割為適用于不同自主機(jī)器人使用的二維地圖。機(jī)器人通過(guò)激光雷達(dá)，或攝像頭實(shí)現(xiàn)可靠的自主到，適應(yīng)復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的環(huán)境。

Isaac任務(wù)控制利用合作庫(kù)優(yōu)化路徑規(guī)劃，提高運(yùn)營(yíng)效率。開(kāi)發(fā)人員可以利用Isaac Sim和Nvidia Omniverse在數(shù)字化的操作環(huán)境中創(chuàng)建逼真的數(shù)字孿生，使完全自主的機(jī)器人能夠在模擬環(huán)境中接受復(fù)雜任務(wù)的訓(xùn)練。在真實(shí)部署之前，所有操作都可以在Isaac Sim中進(jìn)行全面驗(yàn)證?？梢哉f(shuō)，Isaac AMR加速了企業(yè)向完全自主的遷移，降低了成本，并加快了下一代自主移動(dòng)機(jī)器人的部署。

由于Nova無(wú)法分辨真實(shí)環(huán)境和模擬環(huán)境，它以為自己處于真實(shí)環(huán)境中，因?yàn)樗袀鞲衅髡９ぷ?，物理?guī)律適用，能夠?qū)Ш胶投ㄎ弧；谶@個(gè)特性，開(kāi)發(fā)者可以在Isaac中設(shè)計(jì)、模擬和訓(xùn)練機(jī)器人，并將Isaac Sim這一軟件系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際機(jī)器人中。通過(guò)適應(yīng)和調(diào)整，機(jī)器人能夠執(zhí)行相同的任務(wù)。