虛擬工廠是什麼，以及它們如何使工業數位化成為現實

為了應對轉移至電動車、半導體需求的增加、製造業外包以及更遠大的永續性目標，製造商開始投資開發新工廠及重新設計現有的設施。

這些專案往往會因為複雜的手動規劃流程、舊有的技術基礎架構、分離的工具、資料和團隊，而超出預算與時程。

製造商正在採用虛擬工廠和數位化克服這些挑戰。搭載數位孿生、通用場景描述 (OpenUSD) 生態系統、生成式 AI 等技術的虛擬工廠，可以從規劃到營運實現新的可能性。

虛擬工廠是什麼？

虛擬工廠是真實工廠的物理準確表示。工廠的數位孿生讓製造商可以針對生產流程、資源和作業進行建模、模擬、分析和最佳化，而不需要實體原型或先導工廠。

虛擬工廠的好處

虛擬工廠為製造商帶來了許多效益和可能性，包括：

簡化溝通：團隊不再仰賴面對面會議和靜態規劃文件協調專案，虛擬工廠簡化了溝通，並確保依據最新的資料進行關鍵設計和營運決策。
脈絡化規劃：在設施的設計、施工和試運轉過程中，虛擬工廠讓專案利害關係人可以在整個設施和生產流程的脈絡下，將設計視覺化。規劃和營運團隊可以即時比較和驗證建造的結構與虛擬設計，並在審核過程的早期找出錯誤及納入意見，以降低成本。
最佳化工廠設計：團隊可以將虛擬工廠與流程和離散事件的模擬連結，以最佳化設施在生產和物料流程、人體工學工作設計、安全性和整體利用方面的設計。
智慧最佳化營運：營運團隊可以將虛擬工廠與來自邊緣物聯網技術的寶貴生產資料整合，並利用 AI 推動進一步的最佳化。

虛擬工廠：AI 和機器人的試驗場

越來越多機器人開發人員使用虛擬工廠，訓練和測試在實體工廠中運作的 AI 和自主系統。例如，虛擬工廠讓開發人員和製造團隊可以模擬數位工作者和自主移動機器人 (AMR)、視覺 AI 代理程式與感測器，建立集中式地圖，呈現整體設施中之工作人員的活動。開發人員可以將來自模擬攝影機串流的資料與多攝影機追蹤融合，產生佔據地圖，以告知最佳 AMR 路線。

開發人員也可以使用物理準確的虛擬工廠，訓練和測試可以管理機器人機隊的 AI 代理程式，以確保 AI 機器人適應真實世界的不可預測性，以及找出適合人機協作的簡化配置。

虛擬工廠的基礎是什麼

建立大規模、物理準確的虛擬工廠以開創轉型的可能性，需要匯集許多工具、資料格式和技術，以協調真實世界層面在數位世界中的表示。

最初由 Pixar Animation Studios 發明的 OpenUSD，包含各種工具和功能，為開發人員和製造商提供達成數位化目標需要的資料互通性。

OpenUSD 之核心超能力是靈活的資料建模。從來源應用程式接受 3D 輸入，並透過統一的資料管道與各種資料結合，包括來自電腦輔助設計軟體、即時感測器、文件和維護紀錄的資料。OpenUSD 讓開發人員可以跨不同的模擬工具和 AI 模型，共用這些資料類型，為所有利害關係人提供洞見。從廠區將資料同步至數位孿生，為工廠主管和團隊呈現即時洞見。

開發人員可以在 OpenUSD 上開發虛擬工廠解決方案，以加強工廠團隊的協作，讓他們檢閱平面圖、討論最佳化機會以及即時做出決策。

為了支援和加快 OpenUSD 生態系統的發展，Pixar、Adobe、Apple、Autodesk 與 NVIDIA 組成 OpenUSD 聯盟，為 USD 建立核心規格、材質、幾何等方面的開放標準。

虛擬工廠的產業使用案例

為了發揮虛擬工廠的潛力，Autodesk、Continental、和碩聯合科技、Rockwell Automation、Siemens、緯創資通等業界龍頭，正在開發與 OpenUSD 和 NVIDIA Omniverse 互通的虛擬工廠解決方案，NVIDIA Omniverse 是應用程式設計介面 (API) 和軟體開發套件的平台，讓開發人員可以針對以 OpenUSD 為基礎的複雜 3D 和工業數位化工作流程建立應用程式。

Autodesk 旗下公司 FlexSim 使用 OpenUSD，讓工廠團隊可以透過複雜系統和作業的模擬建模，分析、視覺化和最佳化真實世界的流程。離散事件模擬軟體提供了直覺化拖放式介面，以建立 3D 模擬模型、考量真實世界變化、執行「假設」情境，並進行深入分析。

頂尖的德國汽車技術公司 Continental 的開發人員開發出 ContiVerse，一款以 OpenUSD 和 NVIDIA Omniverse 為基礎的工廠規劃和製造業務應用程式。此應用程式可以協助 Continental 最佳化工廠配置，並協作規劃生產流程，預計可以將上市時間縮短 13%。

Continental 也與 IT 諮詢和數位服務供應商 SoftServe 合作開發出 Industrial Co-Pilot，將 AI 驅動洞見與沉浸式視覺化結合，為工程師提供即時指引和預測分析。預計可以將維護工作和停機時間減少 10%。

和碩聯合科技是全球最大的智慧型手機和消費性電子產品製造商之一，正在 OpenUSD 上開發虛擬工廠解決方案，以加速開發新工廠以及最小化變更命令、最佳化營運，並最大化現有設施的生產線產出。

Rockwell Automation 將 NVIDIA Omniverse Cloud API 和 OpenUSD 與其 Emulate3D 數位孿生軟體整合，為製造團隊帶來資料互通性、即時協作、以物理為基礎的視覺化，以設計、建立和操作生產系統的工業規模數位孿生。

Siemens 是頂尖的自動化、數位化和永續發展科技公司，且為 OpenUSD 聯盟的成員，其在 Siemens Xcelerator 平台中採用 Omniverse Cloud API，並從領先業界的雲端產品生命週期管理軟體 Teamcenter X 開始。將可以協助團隊以虛擬方式設計、建立和測試次世代產品、製程與工廠，然後在實體世界中建造。

緯創資通是頂尖的全球技術服務供應商和電子產品製造商，其利用 OpenUSD 將新工廠和現有的工廠數位化。緯創資通在 NVIDIA Omniverse 上開發虛擬工廠解決方案，讓工廠團隊可以遠端協作，以改進布局配置、最佳化表面黏著技術和電路內測試線，並徹底改變產品測試。

緯創資通透過這些解決方案，將工作人員的效率提高 51%，將生產流程時間縮短 50%。最佳化配置和即時監控，使不良率降低 40%。緯創新的 NVIDIA DGX 工廠之施工時間也縮減了一半，從大約五個月縮短至僅需要兩個半月。