西门子如何加速落地 “工业元宇宙”？
- 2024/7/27 8:48:39 13517
- 来源：西门子工业业务领域
【仪表网 企业动态】在工业界，“元宇宙”不再是个虚幻的概念，而是能解决实际问题的技术与理念。
近年来，“元宇宙”一词从盛极一时到逐渐冷却，大众开始对它所描述的“所有人都在一个完全在线的虚拟世界里互动、创造和体验生活”的场景产生怀疑，看似科幻，但找不到可以复制的商业模式。
然而，消费市场的遇冷，并不意味着这个概念是伪命题。事实上，“元宇宙”这一概念，以及它所包含的技术与解决方案，已经在智能制造、能源管理、交通网络等诸多泛工业领域的实际场景落地，为企业、产业和社会创造价值。
这股技术浪潮的标志性领导者就是全球领先的科技公司——西门子。
何为“工业元宇宙”？
“元宇宙”这个词出自1992年出版的赛博朋克科幻小说代表作《雪崩》，而在后来的近三十年间却鲜被提及。直到2021年，它如龙卷风一般突然席卷公众视野，从资本的追捧到互联网巨头纷纷入局，“元宇宙”概念炙手可热。但时至今日，它仍在不断发展、演变，不同参与者以自己的方式持续丰富着它的含义。“元宇宙”所描述的场景极具想象力，一个由数字技术打造的高度沉浸式虚拟化的数字世界。
如何将“想象力”变成“生产力”？这或许是在概念辨析之外更值得关注的问题。
近年来，随着相关数字技术的快速发展，“元宇宙”也从概念走向产业，从“虚火”走向“实火”。而当“元宇宙”所描绘的场景投射在充满专业性和复杂性的工业领域之后，它就产生了全新的应用价值，创造出无限可能。
作为“元宇宙”的一个分支，“工业元宇宙”包含对机器、工厂、城市等高度复杂系统的映射和模拟，从而为现实世界中的难题提供最优解，推动产业的数字化、智能化发展进入全新阶段。西门子在做的，正是加速“工业元宇宙”相关创新与应用。
AI、数字孪生等技术的快速发展让工业元宇宙加速创新，加速可持续发展，加速新科技普及的价值不断释放。
——博乐仁(Roland Busch)
西门子股份公司董事会主席
总裁兼首席执行官
在西门子看来，“工业元宇宙”将改变人们的生产与生活方式，改变未来商业模式。其核心是融合现实世界与数字世界，数字孪生和人工智能等技术的发展和结合为其提供了重要的技术支撑。在这一方面，西门子已经开展了广泛且深入的创新实践。
贯穿全生命周期的数字孪生
工业界对于数字孪生这一概念并不陌生，它可以理解为物理实体的“虚拟副本”，是“工业元宇宙”的重要组成部分。
值得强调的是，数字孪生包括价值链全生命周期产生的所有数据、模型等信息，其独特价值在于双向映射、实时连接和动态交互。简单来说，数字孪生不仅“长得像”，行为也同样逼真。这使得数字孪生能够对实际场景中的物理对象实现准确的验证和预测，从而达到决策优化的目的。
西门子致力于该技术的研究与应用已有30年，覆盖企业的全业务流程和产品的全生命周期。从产品到工厂，从电网到整座城市，甚至是跳动的心脏，皆可孪生。
数字孪生技术正在彻底改变产品设计的方式和效率，从传统的手工制图和样机制作演变成了高度数字化的过程。
西门子是红牛F1车队的长期合作伙伴。F1赛车对速度和性能的极致追求，在研发设计上也展现得淋漓尽致，数字孪生技术从中大有可为。比如，它让碳纤维部件等原本依靠手工操作的关键部件的研发流程更加精准且标准化，实现设计生产“一遍过”。
在数字世界里完成设计、调试与优化，减少了在现实世界中反复验证与测试所消耗的资源及时间。这些节省下来的时间返还给设计端，让团队能够专注于赛车的设计迭代，实现性能突破。
有时候，时间和成本的节约对于工业领域来说意味着能否把握商机。如今，一体化压铸技术以其显著的降本、轻量化及提高生产效率的优势，掀起车身制造的新趋势。
全球领先的铝车轮制造商中信戴卡希望快速切入这个市场，在西门子数字孪生技术的助力下，其“7500T一体化压铸机”的研发制造周期缩短了约50%。
通过搭建数字孪生模型，团队能够模拟仿真压射、机电液耦合等关键工艺和设备运行工况。如此一来，在任何部件投入生产制造之前，数字孪生都能以可控成本辅助团队完成复杂的论证，并对后续的设计优化进行指导。
同时，设计工程师还可以通过增强现实技术将虚拟的设备模型和实时数据叠加到真实场景中，可视化、沉浸式地体验“工业元宇宙”。
在设计优化之外，基于SIMICAS设备远程运维平台，数字孪生和增强现实技术的加持还让远程监控、故障诊断和智能运维成为可能，贯穿高压压铸机的设计、制造、运维全生命周期实现更高的效率、更可靠的性能，提升市场竞争力。
不仅是产品，全生命周期的实时交互对于像工厂这样需要长期运营的复杂系统工程也至关重要。
西门子数控(南京)有限公司被称为西门子全球首座原生数字化工厂，是数字孪生技术应用的典范。这座工厂在实际破土动工之前，西门子就已全方位应用自己的数字化技术，预先在虚拟世界打造出工厂的数字孪生，涵盖需求分析、布局设计 、生产流程仿真以及虚拟调试等环节，从而提前发现并处理潜在问题。
比如，在一次虚拟检测中，团队发现一台喷漆设备没通风设施不当。在现实世界中解决这一问题非常麻烦，并且会延误工期，而在虚拟世界中，仅需拖拽几下就可以修复。
工厂投产后，数字孪生继续在优化运营和管理方面发挥关键作用，为生产提供实时可靠的数据支撑，实现产能提升近2倍、产品上市时间缩短20%，物流流转效率提升50%，柔性生产能力提升30%。
基于数字孪生技术的“工业元宇宙”为各方提供了协作空间，并通过沉浸式体验和实时交互加速释放产业发展潜能。
面向未来，西门子将继续推进数字孪生相关解决方案的研发创新，把工业场景中的协同共创推向新的高度，让不同的部门、不同的学科，甚至是不同的企业，都可以在“工业元宇宙”当中，以数字孪生为基础，进行更加深度的交流合作，共同解决产业发展中的难题。
更懂工业的人工智能
如果说数字孪生为构建工业元宇宙提供了必要的技术基础，那么工业人工智能则是融合现实世界与数字世界的重要杠杆。
穿梭在虚实两端的工业元宇宙，必然产出海量数据。一座高自动化的工厂，每个月会产出超过2000TB的数据，相当于50万部电影。在边缘设备和人工智能的加持下，这些数据才可以被有效利用，转化成可用的知识、可执行的洞察，为企业持续优化产品设计和制造流程提供可靠的决策依据。
西门子致力于研发和运用更懂工业的人工智能，将技术与专业领域知识相结合，转化为行之有效的解决方案，推动工业人工智能从概念验证阶段迈向实际应用落地。相关解决方案已经在不同垂直行业的实际生产环境中发挥作用，让工艺控制、设备运维、能碳管理等工作更加智能高效。
以食品加工为例，为了让消费者吃到营养、健康的食品，提高产品质量稳定性、一致性至关重要。但由于原料品质、工艺参数的变化，以及季节天气等外部因素的影响，传统制造工艺面临诸多挑战。比如，在淀粉生产中，水分控制是一个多变量、非线性、大时滞的复杂过程，不仅直接影响成品品质，还关乎能耗与运营成本，而这一环节还主要依赖人工经验。
西门子携手中国一家食品加工企业开创性地将人工智能增强控制引入相关工艺控制系统，以精准的动态调控，实现食品制造的提质增效。
在能碳管理方面，大数据与人工智能也正在赋能可持续发展。西门子携手合作伙伴，支持建设北京首个“光储直柔”零碳营业厅：环球供电服务中心营业厅，打造“交直流互济+光储直柔+柔性策略”的解决方案构架。
作为整个方案的核心，西门子Smart ECX智慧能碳管理平台，物联网、云计算等先进技术，并把人工智能模型引入微电网，通过分析天气模式、电网数据和能耗趋势，进行准确预测和预判断，使得平台既能应对光伏发电的随机波动性，还可以实现节能降碳、需量调节，在盘互交错的“光储充”系统间统筹兼顾。
近来火热的生成式人工智能、大语言模型，也已经开始作为一种全新的工具进入工业领域，重塑产品、流程、客户体验。目前常见的应用场景包括利用自然语言输入自动生成代码，以及与工业软件结合实现3D模型的快速设计生成。
2023年，西门子与微软宣布深化合作关系，将合作推出一款人工智能辅助工具，旨在加强人机协作并提高生产率。
在2024年汉诺威工业博览会期间，西门子展示了首款用于工业环境中工程设计的生成式人工智能产品：西门子Industrial Copilot，将工业生成式人工智能正式引入车间，让自动化变得简单。
这款生成式人工智能助手现已与TIA博途打通，能够帮助工程团队为可编程逻辑控制器(PLC)生成基础的虚拟化任务和代码，并自动处理重复性任务，从而纾解技术人才短缺，提高工业生产效率。
此外，西门子携手亚马逊云科技(AWS)，将 Mendix低代码开发平台和Amazon Bedrock相连接，用户只需点击几下就可轻松构建和扩展生成式人工智能应用，加速生成式人工智能在工业软件中的普及。
今年三月，西门子宣布进一步深化与英伟达的合作，将西门子Xcelerator与英伟达Omniverse Cloud APIs相连接，依托生成式人工智能技术，驱动的数字孪生技术的应用，持续构建工业元宇宙。
船舶制造巨头HD现代致力于研发氨动力和氢动力船舶，过程极其复杂，包含超过700万个离散零部件。
西门子与英伟达的这一全新解决方案帮助HD现代实现船舶数字孪生的可视化，并与之进行有效互动。而生成式人工智能则大幅加快对真实感渲染细节进行设置和调整的速度，以往需要花费数天的任务现在可在短短几小时内完成，大大节约了时间和成本。
这些例证说明，生成式人工智能作为一股新兴力量，为工业创新注入了新动能。
那么，星星之火如何形成燎原之势？规模化应用是当下工业人工智能所面临的发展瓶颈。
在工业领域数据积累中，时序数据(Time Series Data)占据重要地位。西门子在技术上借鉴语言和视觉大模型的思路，开发训练“工业时序数据基础模型”，基于来自制造、楼宇、交通等领域的330亿高质量时序数据，实现趋势预测、异常检测等多种应用，以“基础模型+智能应用”的新范式，加速工业人工智能的通用化和规模化发展。
加速“工业元宇宙”价值创造
数字孪生、人工智能等前沿技术之间的紧密互动，以及与专业领域知识的深度融合，让我们看到“工业元宇宙”应用前景广阔，潜力巨大。
西门子认为，“工业元宇宙”是加速数字化、可持续发展的必由之路，是我们应对诸多时代挑战的必然选择。而同互联网一样，“工业元宇宙”需要各方协力打造，需要所有人群策群力，借助平台和生态的力量获取价值共创的加速度。西门子Xcelerator开放式数字商业平台可以从中发挥重要作用。
西门子Xcelerator平台业务组合具有开放性、互操作性、灵活性和即服务 (as a service) 的特点，数字孪生、人工智能等前沿技术融入其中，以更便捷的技术获取方式赋能不同行业、不同规模的企业加速数字化转型，实现可持续发展目标。
此外，西门子Xcelerator还构建起不断发展的合作伙伴生态体系，面向包括行业专家、开发者在内的所有人开放，促进多方互动，加速“工业元宇宙”价值创造。
在工业界，人们清醒地看，也脚踏实地做，紧扣应用场景，让“元宇宙”由虚向实。通过深度融合现实世界与数字世界的技术，以及创新的数字化平台业务，西门子赋能客户推动产业和市场变革，塑造我们想要生活的世界，以科技，共创每一天！
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