當(dāng)很多制造商在面臨數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切需求時，要處理的第一個問題就是如何改造配備著各類機(jī)械設(shè)備的老舊工廠，這些工廠往往缺乏現(xiàn)代機(jī)器所集成的物聯(lián)網(wǎng)、AI 等先進(jìn)能力，那么，它們的轉(zhuǎn)型應(yīng)該從何處著手？

要打造一座具有自動化水平、能夠應(yīng)對多變市場環(huán)境的工廠，首要任務(wù)是制定規(guī)劃。依托完善的規(guī)劃，制造商能更輕松地將自動化功能融入生產(chǎn)線。為確保新舊系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，制造商需要借助全面數(shù)字孿生的仿真能力，不僅有助于實(shí)現(xiàn)無縫銜接，避免繁瑣操作，還支持多種節(jié)約資源的測試方法，為車間帶來靈活、具韌性的運(yùn)營模式。

從小處著手，靈活啟動

全面數(shù)字孿生是產(chǎn)品全生命周期（從設(shè)計、生產(chǎn)到性能監(jiān)測）的虛擬映射。它確保所有利益相關(guān)方之間實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)連續(xù)性，支持跨領(lǐng)域協(xié)作、可追溯性與閉環(huán)反饋。

生產(chǎn)數(shù)字孿生是全面數(shù)字孿生的核心組成部分，也是棕地工廠開啟數(shù)字化轉(zhuǎn)型的理想切入點(diǎn)。借助生產(chǎn)數(shù)字孿生的仿真能力，制造商可在虛擬環(huán)境中直觀看到現(xiàn)代化自動化技術(shù)帶來的顯著成效，進(jìn)而判斷哪些技術(shù)可在不嚴(yán)重干擾現(xiàn)有流程的前提下引入，或在進(jìn)行大額投資前明確技術(shù)方向。

機(jī)器人技術(shù)是企業(yè)提升生產(chǎn)效率的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。對于不希望對工廠進(jìn)行全面改造的制造商而言，協(xié)作機(jī)器人（cobots）則是更優(yōu)選擇，這類機(jī)器人可在生產(chǎn)過程中為人工操作提供輔助。協(xié)作機(jī)器人是手動操作與自動化操作之間的銜接橋梁，能融入棕地工廠環(huán)境，通過缺陷檢測、數(shù)據(jù)采集與減少失誤，提升生產(chǎn)流程的效率與盈利能力；同時借助可擴(kuò)展解決方案與便捷的重新編程功能，提升工廠靈活性與適應(yīng)性。

工程師操作協(xié)作機(jī)器人，提升人機(jī)協(xié)作效率。（圖片來源：西門子）

通過虛擬調(diào)試降低成本

接下來要解決如何在現(xiàn)有工廠中以最優(yōu)方式引入機(jī)器人與協(xié)作機(jī)器人。在將協(xié)作機(jī)器人、新設(shè)備或新流程融入傳統(tǒng)車間前，測試這些流程的可行性與適配位置至關(guān)重要。工廠數(shù)字孿生能構(gòu)建工廠的精準(zhǔn)實(shí)時虛擬映射，且便于各團(tuán)隊(duì)、各專業(yè)領(lǐng)域的員工理解與使用。依托對潛在改造方案的高保真虛擬呈現(xiàn)，工程師與設(shè)計師可對原型系統(tǒng)及生產(chǎn)線進(jìn)行探索與驗(yàn)證，確保其既能提升生產(chǎn)效率，又能保障車間員工的操作安全。

虛擬調(diào)試與機(jī)器人離線編程可大幅減少在現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境中部署最新自動化流程所需的時間與精力。數(shù)字孿生能夠幫助制造商在虛擬環(huán)境中做出科學(xué)決策，再投入資源進(jìn)行實(shí)體建設(shè)。企業(yè)可快速對潛在新系統(tǒng)進(jìn)行多次試運(yùn)行，無需從生產(chǎn)運(yùn)營中抽調(diào)實(shí)際設(shè)備；此外，仿真驗(yàn)證有時可在數(shù)天內(nèi)完成，助力企業(yè)快速搭建更優(yōu)化、更靈活的系統(tǒng)。

當(dāng)生產(chǎn)線投入運(yùn)行后，數(shù)字孿生還能整合工廠運(yùn)營產(chǎn)生的實(shí)時數(shù)據(jù)。工廠可借助這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時仿真、預(yù)測與性能優(yōu)化，提前預(yù)判設(shè)備故障風(fēng)險。這樣一來，企業(yè)便能在關(guān)鍵故障發(fā)生前完成維護(hù)，避免高昂的停機(jī)成本。

在虛擬課堂中快速培訓(xùn)機(jī)器人

當(dāng)數(shù)字孿生與人工智能協(xié)同工作時，還可通過工業(yè)元宇宙加速機(jī)器人的培訓(xùn)與編程。工業(yè)元宇宙的仿真功能，能夠幫助制造商構(gòu)建與實(shí)體工廠、生產(chǎn)線完全一致的沉浸式場景。在這樣的“虛擬課堂”中，機(jī)器人能在數(shù)小時內(nèi)完成任務(wù)練習(xí)、應(yīng)對常見挑戰(zhàn)并培養(yǎng)問題解決能力 —— 而這一過程在傳統(tǒng)模式下可能需要數(shù)月甚至數(shù)年。

車間工人通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加速機(jī)器人培訓(xùn)。（圖片來源：Poobest / Adobe Stock)

在實(shí)體環(huán)境中，工程師會受時間與物理?xiàng)l件限制；而在仿真環(huán)境中，這些限制不復(fù)存在，機(jī)器人甚至能學(xué)習(xí)應(yīng)對未預(yù)見的問題。此外，由于虛擬課堂完全基于數(shù)字構(gòu)建，搭建培訓(xùn)場景的速度更快、成本效益更高，遠(yuǎn)優(yōu)于在實(shí)體環(huán)境中部署。

虛擬課堂不僅能降低風(fēng)險與運(yùn)營成本，還能為機(jī)器人賦能，使其具備生產(chǎn)未來產(chǎn)品的能力。數(shù)字孿生與工業(yè)元宇宙能大幅縮短自動化系統(tǒng)的部署時間；同時，人工智能驅(qū)動工具的高適應(yīng)性，可幫助生產(chǎn)線提升多功能性，以響應(yīng)市場需求變化。

引入人工智能，加速邁向未來

當(dāng)數(shù)字孿生與工廠深度融合后，人工智能可進(jìn)一步助推工廠運(yùn)營升級。例如 AI Expert Toolbox 這類解決方案，既能服務(wù)于 AI 構(gòu)建者，也能滿足 AI 使用者的需求。AI 構(gòu)建者具備搭建 AI 模型的專業(yè)知識，而 AI Expert Toolbox 可支持他們在符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中，將這些模型部署到車間并投入運(yùn)行。

將人工智能與數(shù)字孿生結(jié)合，企業(yè)已開發(fā)出提升機(jī)器人多功能性的技術(shù)方案。例如 SIMATIC Robot Pick AI，可將標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人改造為功能復(fù)雜、反應(yīng)敏捷的智能設(shè)備。該技術(shù)整合了人工智能與數(shù)字孿生能力：通過合成數(shù)據(jù)訓(xùn)練與計算機(jī)視覺技術(shù)，“Pick AI”能讓機(jī)器人以超過 98%的準(zhǔn)確率處理各類不可預(yù)測任務(wù)。

在計算機(jī)視覺等人工智能技術(shù)的驅(qū)動下，工業(yè)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)更高程度的自主運(yùn)行。（圖片來源：西門子）

依托數(shù)字孿生與人工智能的仿真能力，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)無縫且易于實(shí)施的自動化流程，在大幅減少實(shí)體原型的需求下，顯著提升效率與生產(chǎn)力，讓創(chuàng)新可以更快、更可靠的落地。