進(jìn)軍智能制造領(lǐng)域，英偉達(dá)這次瞄準(zhǔn)了機(jī)器人和數(shù)字孿生

（文/程文智）盡管工業(yè)4.0的概念提出已有多年，但實(shí)際上真正實(shí)現(xiàn)這一概念的工廠并不多。大多數(shù)工廠仍處于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和柔性化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中。在未來(lái)3到5年，甚至更長(zhǎng)時(shí)間里，工廠的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型將成為主要趨勢(shì)，智能化和柔性化將是未來(lái)發(fā)展的方向。

工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能制造實(shí)現(xiàn)雖然看起來(lái)很有前景，但實(shí)際實(shí)踐中，卻面臨著諸多挑戰(zhàn)，成本高昂、技術(shù)復(fù)雜、信息孤島、及對(duì)技術(shù)供應(yīng)商的高度依賴(lài)，是很多工廠在轉(zhuǎn)型的過(guò)程中所面臨的困惑。而且這個(gè)數(shù)字不是一個(gè)小數(shù)目，據(jù)NVIDIA創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛在不久前的COMPUTEX 2023上的主題演講中指出，全球有超過(guò)1000萬(wàn)家運(yùn)營(yíng)中的工廠，總價(jià)值量超過(guò)46萬(wàn)億美元，這些工廠都是數(shù)字化的重點(diǎn)。

那么，有沒(méi)有一種更好的方法來(lái)幫助這1000多萬(wàn)家工廠順利實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化智能工廠呢？NVIDIA（英偉達(dá)）基于其全棧計(jì)算（full stack computing）基礎(chǔ)的軟硬一體化解決方案或許是個(gè)不錯(cuò)的選擇。也就是說(shuō)，NVIDIA提供的不僅僅是芯片，而是一整套的計(jì)算堆棧，包括其GPU、DPU、HPC、NVIDIA AI，以及NVIDIA Omniverse等軟硬件。

Omniverse助力工廠數(shù)字化

通過(guò)NVIDIA強(qiáng)大的GPU和DPU技術(shù)，智能工廠能夠獲得高性能的計(jì)算能力和靈活的數(shù)據(jù)處理能力。GPU在圖像處理和深度學(xué)習(xí)方面具有出色的性能，為智能工廠的視覺(jué)檢測(cè)和圖像識(shí)別等任務(wù)提供可靠支持。而DPU作為數(shù)據(jù)處理單元，為工廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和邊緣計(jì)算提供高效解決方案。這些技術(shù)的應(yīng)用使得智能工廠能夠更快速、準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)，并以更智能化的方式進(jìn)行決策和優(yōu)化。

NVIDIA Omniverse是在構(gòu)建智能工廠的數(shù)字孿生模型方面的首選工具。作為一個(gè)工業(yè)數(shù)字化平臺(tái)，Omniverse旨在搭建數(shù)字化和物理實(shí)體之間的橋梁，使各個(gè)行業(yè)能夠以數(shù)字方式設(shè)計(jì)、構(gòu)建、運(yùn)營(yíng)和優(yōu)化實(shí)體產(chǎn)品和工廠。利用Omniverse，不同部門(mén)和合作伙伴可以在一個(gè)共享的虛擬環(huán)境中協(xié)同工作，加速數(shù)字孿生模型的創(chuàng)建和優(yōu)化過(guò)程。通過(guò)Omniverse，制造商可以在虛擬環(huán)境中以數(shù)字方式構(gòu)建工廠，并在真正的實(shí)體工廠建成之前，以數(shù)字方式整合，優(yōu)化工廠的所有機(jī)械設(shè)備，從而加快工廠建設(shè)速度，持續(xù)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，并最大限度地提高生產(chǎn)線(xiàn)效率，同時(shí)降低成本。

據(jù)公開(kāi)資料顯示，許多知名汽車(chē)制造商，如寶馬、奔馳、沃爾沃、通用和豐田，以及電子產(chǎn)品制造商，如富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、宣鼎、和碩、廣達(dá)和緯創(chuàng)等，都在使用NVIDIA Omniverse來(lái)優(yōu)化其工作間和裝配線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)，并降低生產(chǎn)成本。

舉例來(lái)說(shuō)，奔馳和捷豹路虎的工程師在Omniverse中使用Drive Sim驗(yàn)證主動(dòng)安全系統(tǒng)并模擬駕駛場(chǎng)景；Lotus使用Omniverse，以虛擬方式組裝焊接站；豐田使用Omniverse構(gòu)建自己工廠的數(shù)字孿生；寶馬利用Omniverse中的Isaac Sim生成合成數(shù)據(jù)和場(chǎng)景訓(xùn)練工廠機(jī)器人，同時(shí)用其規(guī)劃全球近三十家工廠的運(yùn)營(yíng)等等。這些案例顯示出，NVIDIA Omniverse在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的目標(biāo)方面的成功應(yīng)用。

將AI引入工廠，提升工廠效率

NVIDIA不僅提供強(qiáng)大的計(jì)算技術(shù)，還提供Omniverse工具和生成式AI的API接口，以便工廠能夠連接其設(shè)計(jì)和制造工具，從而構(gòu)建工廠數(shù)字孿生。利用NVIDIA的Isaac Sim，工廠可以模擬和測(cè)試機(jī)器人的工作效果。此外，利用NVIDIA的視覺(jué)AI框架Metropolis，工廠可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)檢測(cè)的自動(dòng)化。

據(jù)了解，全球工廠每年在質(zhì)控方面的開(kāi)支超過(guò)6萬(wàn)億美元，幾乎每條產(chǎn)品線(xiàn)上都采用了缺陷檢測(cè)手段，然而，由于需求量大，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)無(wú)法滿(mǎn)足需求。盡管一些工廠已經(jīng)采用了自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）系統(tǒng)幫助進(jìn)行缺陷檢測(cè)，但這些系統(tǒng)往往存在誤檢率較高的問(wèn)題，需要進(jìn)行二次人工檢測(cè)，從而導(dǎo)致額外的成本開(kāi)銷(xiāo)。

通過(guò)使用NVIDIA的技術(shù)和工具，工廠可以提高缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率。生成式AI的API接口可以幫助工廠實(shí)現(xiàn)智能化的圖像分析和識(shí)別，從而減少誤檢率，并降低人工干預(yù)的需求。

Metropolis則是一個(gè)工廠自動(dòng)化工作流程的集合，旨在為AOI系統(tǒng)等應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供先進(jìn)的AI平臺(tái)和工作流程。在不久前的COMPUTEX 2023上，NVIDIA展示了其在工廠中的應(yīng)用，幫助工廠，或制造商開(kāi)發(fā)、部署和管理具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的定制化質(zhì)量控制系統(tǒng)。據(jù)悉，富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、和碩、廣達(dá)、西門(mén)子和緯創(chuàng)等超過(guò)50家制造業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化供應(yīng)商，已經(jīng)在使用Metropolis來(lái)優(yōu)化他們的產(chǎn)線(xiàn)，以提高生產(chǎn)效率，降低成本。

其中，富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在與Metropolis生態(tài)合作伙伴合作，致力于實(shí)現(xiàn)電路板質(zhì)控檢測(cè)的自動(dòng)化。宜鼎則使用Metropolis來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)光學(xué)檢測(cè)流程的自動(dòng)化。另外，和碩通過(guò)采用Metropolis，能夠從小型數(shù)據(jù)集開(kāi)始快速更新缺陷檢測(cè)模型，從而使其AOI系統(tǒng)的準(zhǔn)確率提高至99.8%。同時(shí)，緯創(chuàng)也利用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。這些合作案例展示了Metropolis在工廠自動(dòng)化和光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用和成果。

進(jìn)軍機(jī)器人領(lǐng)域

在AI興起之前，NVIDIA就已經(jīng)在機(jī)器人開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行了探索。然而，當(dāng)時(shí)的機(jī)器人智能化程度相對(duì)較低，難以商業(yè)化應(yīng)用。隨著AI的發(fā)展，機(jī)器人在智能化方面取得了重大突破。一方面，AI大模型和多模態(tài)技術(shù)的出現(xiàn)使得機(jī)器人具備了自然語(yǔ)言交互和自動(dòng)化決策能力，大幅提升了智能化水平，并增強(qiáng)了用戶(hù)體驗(yàn)。另一方面，工程師可以通過(guò)AI進(jìn)行機(jī)器人肢體的模擬訓(xùn)練，降低了開(kāi)發(fā)成本。因此，機(jī)器人領(lǐng)域再次成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

在COMPUTEX 2023上，NVIDIA展示了全新的自主移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)NVIDIA Isaac AMR（Autonomous Mobile Robot），可供第三方進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。這是NVIDIA在2018年發(fā)布的自主機(jī)器人平臺(tái)Isaac的升級(jí)版。與以往的Isaac平臺(tái)主要面向室外低速配送機(jī)器人不同，NVIDIA Isaac AMR提供了更多功能和特性。

據(jù)了解，新發(fā)布的NVIDIA Isaac AMR主要基于Nova Orin參考架構(gòu)構(gòu)建，配備多個(gè)相機(jī)、LIDAR、雷達(dá)和其他先進(jìn)的傳感器和計(jì)算硬件，實(shí)現(xiàn)模擬中的映射自主性，并具備完整的一體化軟硬件。

具體來(lái)看，NVIDIA Isaac AMR具有以下三個(gè)主要特點(diǎn)：
一是模擬，它提供用于仿真的虛擬空間，使開(kāi)發(fā)者能夠在虛擬環(huán)境中測(cè)試和優(yōu)化機(jī)器人的行為和功能；
二是映射，它具備實(shí)時(shí)地圖創(chuàng)建能力，能夠根據(jù)環(huán)境感知數(shù)據(jù)，創(chuàng)建精確的地圖，幫助機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和路徑規(guī)劃；
三是自主，它具備獨(dú)立運(yùn)行的能力，能夠在現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行自主導(dǎo)航和任務(wù)執(zhí)行，無(wú)需外部人工干預(yù)。

同時(shí)，第三方企業(yè)和開(kāi)發(fā)者可以基于Isaac AMR進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，根據(jù)自身需求開(kāi)發(fā)定制化應(yīng)用。

借助AI技術(shù)的快速發(fā)展，Isaac AMR功能得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，它包括邊緣到云的軟件服務(wù)、計(jì)算，以及一套參考傳感器和機(jī)器人硬件。也就是說(shuō)，NVIDIA構(gòu)建了完整的機(jī)器人堆棧，涵蓋了從芯片到算法，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(hù)的使用需求如何，NVIDIA提供了開(kāi)放的選擇，包括芯片、系統(tǒng)、軟件和算法。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)用提供全面支持。

之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，是因?yàn)镮saac AMR加入了一個(gè)類(lèi)似云端的概念，機(jī)器人能通過(guò)連接DeepMap的云服務(wù)，通過(guò)多模態(tài)導(dǎo)航及NVIDIA cuOpt軟件的云端車(chē)隊(duì)優(yōu)化功能，從而加速大型環(huán)境的測(cè)繪與語(yǔ)義理解，賦予機(jī)器人自主性，提高機(jī)器人的運(yùn)行效率。

同時(shí)，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。可以說(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)器人的部署速度。

在應(yīng)用方面，有了AI加持的自主移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍將更加廣泛，比如可以用來(lái)開(kāi)發(fā)物流機(jī)器人，應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)、分揀中心，以及運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)景，執(zhí)行貨物轉(zhuǎn)移、搬運(yùn)等任務(wù)，以替代手動(dòng)叉車(chē)和引導(dǎo)車(chē)輛。據(jù)ABI Research 預(yù)測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的出貨量將從2023年的25.1萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)至 2028 年的 160 萬(wàn)臺(tái)，預(yù)計(jì)收入將從126億美元增至645億美元。

結(jié)語(yǔ)

從NVIDIA在智能工廠方面的投入，及與多家頭部工廠的合作，利用其數(shù)字化流程打造的全數(shù)字化智能工廠效果來(lái)看，NVIDIA在智能工廠領(lǐng)域的表現(xiàn)和未來(lái)發(fā)展前景還是很值得期待的。首先，NVIDIA憑借其全面計(jì)算架構(gòu)和強(qiáng)大的計(jì)算能力，為智能工廠提供了全面的技術(shù)支持，助力制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。其次，NVIDIA的開(kāi)放平臺(tái)和合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)為智能工廠的連接和集成提供了便利，促進(jìn)了智能工廠的協(xié)同和創(chuàng)新。最后，NVIDIA在智能工廠應(yīng)用方面的成功案例證明了其技術(shù)的可靠性和實(shí)用性，為其他制造企業(yè)提供了有益的借鑒和啟示。

然而，隨著智能工廠的不斷發(fā)展，也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范等方面的問(wèn)題需要得到有效解決。此外，智能工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要全員參與和持續(xù)的培訓(xùn)，這也對(duì)企業(yè)的文化和組織能力提出了新的要求。

綜上所述，NVIDIA在智能工廠領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)新能力，并在全球范圍內(nèi)推動(dòng)智能工廠的發(fā)展。隨著智能工廠的普及和成熟，相信NVIDIA將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動(dòng)智能工廠實(shí)現(xiàn)更高水平的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)。