2022-09-30
加速工業4.0！BMW、川崎重工在元宇宙模擬生產線運作，或助提升生產力！
元宇宙（Metaverse）是科技界的熱門議題，目前市場對元宇宙的討論多半聚焦於沉浸式遊戲與社交體驗，其實把它應用在工業生產層面，實際效用可能更大。近年愈來愈多製造業者開始布局「工業元宇宙」（Industrial Metaverse），將現實工廠中的研發、設計、製造等場景複製到虛擬世界，然後透過AI對生產過程進行模擬和預測，以提高生產效率、促進產品創新。有市調機構預測，基於工業元宇宙的智慧製造產業，到2025年全球市場規模上看5,400億美元！
工業元宇宙推動智慧製造發展
工業元宇宙之所以備受看好，主因在於元宇宙可以幫助解決製造業當前的挑戰。近年，先進國家的少子化現象愈益嚴重，令工廠缺工問題逐漸浮現；而且不少老師傅累積多年的經驗與知識，也急需用數碼方式保存下來，避免因青黃不接而出現知識斷層。
受到中美貿易戰、俄烏戰爭、通貨膨脹等環境因素衝擊，製造業營收增長放緩，業者亦要謀求新的技術方案，改善產品研發與生產流程，以減省成本。工業元宇宙透過虛實結合的人機協作互動，呈現更透明的量化管理模式，為優化工業生產效率和人員培訓帶來嶄新發展思路。
市調機構TrendForce指出，元宇宙可滿足模擬作業、遠端協作等工業需求，智慧製造（Smart Manufacturing）亦有望乘此熱潮而加速發展，預估到2025年全球市場規模有望突破5,400億美元（約4.21兆港元），2021至2025年複合增長率將高達15.35%。
相比起消費市場，元宇宙能夠搶先在工業領域大規模落地使用，不但因為工廠本身有場域封閉性，大型生產線的數碼化程度亦普遍較高，更因為工業4.0（第四次工業革命）的核心其實是虛實整合系統，讓製造業具備引入元宇宙技術的先天優勢。
促進產品創新，縮短測試時間
目前被業界視為工業4.0應用重點的「數碼分身」（Digital Twins），能以符合真實物理狀況的方式，在數碼環境中建構模擬實物的虛擬物件，成為塑造工業元宇宙雛形的關鍵技術。只要能夠將工廠所有運作數據整合到數碼虛擬平台，便可以透過數碼分身技術，在虛擬環境中搭建模擬現實工廠的立體數碼模型——「元工廠」（Metafactory）。
如此一來，在整個生產過程中，無需等到實際出了毛病再忙著搶修，而是可以在元工廠上模擬各種狀況，務求找出潛在問題，及早對症下藥。因此，工業元宇宙的出現，可為製造業帶來3大好處：一、促進產品創新，縮短生產時間；二、實現遠端維修，減少停機損失；三、提供高效而安全的虛擬訓練，降低實習風險。
在數碼分身的支援下，製造業者可在元宇宙內仿造出跟現實世界等比規格的實體產品，然後透過AI人工智能對產品進行模擬和預測，從而找出產品缺陷，再作出改良與創新。對車廠來說，如果可以在車輛生產前找到設計缺陷並加以修正，便有助減低車禍發生的機率，故此率先引入數碼分身技術的製造行業，正是汽車產業。
寶馬在元宇宙模擬生產線運作
德國寶馬集團（BMW）是第一家把整座工廠虛擬化的汽車製造商。該公司使用輝達（NVIDIA）的元宇宙技術平台《Omniverse》，花了６個月時間搭建出一座元工廠，模擬現實生產線的運作狀況。
BMW透過《NVIDIA Omniverse》平台在虛擬世界中建立了元工廠，並在其中進行改變生產線配置、工人動線、機器人與倉儲管理等實驗，以提高規劃流程的精度、速度和效率。（圖片來源：BMW官網）
BMW在元宇宙平台上建構了不同的元工廠模型，將員工、機械人、裝配零件、廠房內部結構等元素均輸入至模型，其運作會根據即時的現實數據進行模擬。廠方如想知道員工與機械人要怎樣配置，始能達成最高的生產效率，可以事先在元工廠中模擬不同配置下的生產情況，以找出最優化的配置組合。
假如要製造新車型，廠方也可以在元工廠檢查生產線運作，尋找現實生產線上可能會發生的錯誤，並予以修改。如基於實際的設計藍圖進行模擬，還可以計算出每件產品從投入原料至完成製作所需的時間，以及收到訂單後到運送給客戶所需的時間。
在BMW的汽車生產線上，人和機械人一起工作，但如何配置才可達成最高的生產效率？只要透過《NVIDIA Omniverse》平台進行模擬和預測，便可以找出答案。（圖片來源：BMW官網）
為求建構高像真度的元工廠，BMW自2020年11月起使用流動式3D激光掃描儀對旗下汽車工廠進行空間掃描，預計到2023年初便可以完成對所有廠房的掃描流程。（圖片來源：BMW官網）
BMW拍攝逾800,000張生產設備圖像，匯集成AI數據集，用於創建虛擬世界中的元工廠。（圖片來源：BMW官網）
參考元工廠的模擬分析，BMW對其現實生產線與原本設計圖作出30%的修改，不但促成了生產流程創新，更有效地縮短產品從概念到生產的投入時間。
BMW利用《NVIDIA Omniverse》集成廠房結構和生產設施數據，以及生產材料的項目和零件編號，搭建成元工廠，讓不同時區、不同地點的員工都可以訪問此虛擬空間，在需要時一起規劃和優化生產流程。（圖片來源：BMW官網）
實現遠端維修，減少停機損失
當元工廠搭配AR/VR頭戴裝置使用後，更可讓工廠內的技工可以突破現實空間限制，與總部的工程師進行遠程協作。以往，一旦生產設備發生故障，因為生產線本身的複雜性，動輒需要多個部門協同合作，聯手進行搶修。這樣既要耗用大量人力，又要花時間調動各部門人員，相當費時失事；有時候很難在短時間找到故障成因，令生產線被迫停擺，造成難以估計的經濟損失。
現在，只要技工戴上AR/VR裝置在廠房待命，在工廠以外的工程師就可以藉由遠端協作的方式，指導技工進行維修。以日本川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）為例，該公司在2022年5月導入微軟（Microsoft）的工業元宇宙方案，讓工廠員工穿戴微軟HoloLens頭戴裝置，幫助生產、維修和管理供應鏈。
川崎重工採用微軟的工業元宇宙方案，可讓身處不同地點人員透過虛擬化身進入元工廠，一起討論如何維修和管理供應鏈。（圖片來源：翻攝微軟官方YouTube影片）
微軟工業元宇宙方案建構在公用雲端平台「Microsoft Azure」上，讓企業用戶可按自身需要創建專屬的元工廠，並確保不管用電腦、手機、抑或平板電腦，都能流暢登入使用。（圖片來源：翻攝微軟官方YouTube影片）
在微軟《Azure Percept》邊緣運算系統與HoloLens相互結合下，戴上HoloLens員工眼中所看到的現實廠房環境，疊加了全息影像（Hologram），呈現生產設備的實時運作數據；如設備發生故障，更可以顯示問題所在。
當需要維修時，川崎重工不用派遣工程師親赴現場，只需讓廠房員工使用HoloLens與遠方的工程師連線交流；當工程師透過視訊畫面掌握問題癥結，便可用AR的視覺提示方式，指導現場員工完成維修。如此一來，工程師就無需舟車勞頓，遠赴廠房進行搶修；技工亦不用等待工程師抵達現場後，始可著手修理故障設備，有助加快維修速度。
工廠員工戴上HoloLens裝置後，便可跟遠端的工程師一起協作維修。當工程師掌握故障成因後，可以把維修指示輸入到穿戴裝置，讓現場員工知曉如何進行搶修。（圖片來源：微軟官網）
虛擬教學訓練，降低實習風險
過去，新進員工要學習如何操作生產設備，都要進入廠房進行實習，但有些工廠環境可能處於高溫、高壓、高噪音等危險狀態，讓培訓員工存有一定的潛在風險。如今，有了元工廠，新員工可以在虛擬環境中接受訓練，就算有任何犯錯，都不會造成生命危害或經濟損失。
在元工廠中，尚未熟練作業的新員工不僅可以練習高危險性的操作，還可以接受因原料成本過高、或必須穿著特殊裝備而難以實際演練的技術訓練。這樣可以避免訓練過程中可能發生的意外事故，又不用浪費高成本的生產原料，並可讓新員工在短時間內充分學習相關技能。
更重要的是，可以在元工廠內向新員工示範，生產線上有哪些重要環節，必需多加注意操作，並模擬錯誤操作的話，會產生甚麼不可逆轉的嚴重後果，讓他們知所警惕。
元宇宙兩大隱憂：資安與私隱
不過，建構如此巨大的工業虛擬世界，需要的數據量是非常龐大；尤其當人們在元工廠中自由移動時所留下的大量數碼足跡，將會讓更多數據曝露在數碼環境下，出現個人資料洩露、網絡釣魚攻擊等風險自然大增。
為求滿足身歷其境的沉浸式體驗需求，新型AR/VR裝置均內置感測器與攝影鏡頭，以偵測用戶的所有動作，從中分析歸納出用戶的生理狀況、心理狀況、年齡、性別等個人資訊。因此，一旦元宇宙平台發生資料外洩事故，帶來的私隱問題將會比過去的互聯網時代更加嚴重。
由是之故，各國政府對元宇宙平台收集個人資料、以及與第三方共享的方式，必須制定更明確的指引。同時，各大企業在開發元宇宙產品和服務時，必須積極思考個人私隱和資訊安全課題，從保護用戶私隱角度來建構元宇宙的基礎設施，務求共同創造一個可信任的元宇宙生態系統。
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