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BMW 靠「虛擬工廠」改善生產效率 美國國防工業靠 AR 改善火箭缺失…製造業正在用「元宇宙」改變世界!

BMW 靠「虛擬工廠」改善生產效率 美國國防工業靠 AR 改善火箭缺失…製造業正在用「元宇宙」改變世界!

【我們想讓你知道】

BMW 是第一個打算將整座工廠虛擬化的汽車公司。在全球 31 座 BMW 工廠中工作的數千位工程師、開發人員與管理者,未來將能在虛擬工廠中進行即時的協力合作,並且設計、規劃複雜的製造系統,並模擬多種不同的情況…究竟元宇宙還會如何改變我們的生活模式?過繼大廠都在做些什麼?

文 / 李丞桓


汽車大廠建造了虛擬工廠

藉由 Omniverse 平台,可以用虛擬的方式建構不同的生產模型,並將員工、機器人、建築物、裝配零件等所有的工廠要素都納入考量,再衡量其生產效率。若要建造新廠房或製造新車款時,也可以事先在虛擬工廠檢查生產流程,找出現實情況中可能會發生的錯誤,並予以解決。以實際的設計藍圖進行模擬時,還能夠預先計算每單位產品的生產時間、從投入原料至完成產品所需的時間,以及接受訂單後到配送給消費者所需的時間。

在生產過程中,人力與機器人如何配置才能讓生產效率最高,也可以事先確認。某位在 BMW 負責生產的經理表示:「 Omniverse 能夠模擬整座工廠的所有元素,在縮短計畫時間的同時,也改善了作業彈性與精密度,最終能讓效率提升 30 % 。Omniverse 是樹立協力平台標準的遊戲規則改變者( game changer )。」虛擬工廠的模擬可縮短作業人員的動線或是縮減零件組裝的時間,藉此提高生產力。隨著可模擬的範圍擴大至整個生產過程,生產效率也會大幅提升。

BMW 也運用元宇宙的虛擬工廠建構符合自身需求的大規模生產環境。未來在 BMW 的工廠中,人類與機器人會互相合作,工程師也能在共享的虛擬空間中一起同步工作,整個工廠的運作都會根據即時的資料數據進行模擬。元宇宙將能連結各個團隊,並透過虛擬的方式設計、規劃並營運未來的工廠。全新的製造方式將就此誕生。

bmw

▲出處:GTC 21, NVIDIA Omniverse, “Designing, Optimizing and Operating the Factory of the Future”

用 AR 提早佈局元宇宙

BMW 在將整個工廠虛擬化之前,已經局部採用了元宇宙環境。BMW 的慕尼黑廠將 AR app 安裝在平板電腦上,以進行各種零件檢查。這款 app 是與弗勞恩霍夫協會電腦圖學研究所( Fraunhofer Institute for Computer Graphics )共同開發,可在汽車投入量產之前,先取得可用於調整車輛設計或製程的重要資訊。車體組裝作業員透過放在腳架上的平板電腦,可以在數秒內檢查沖壓作業完成後的車體,包括各種孔洞位置、汽車外觀輪廓等 50 個項目。過去只能透過肉眼或是輸送帶上裝設的鏡頭來檢測異狀,但採用 AR app 之後,只需要數秒便能判斷製品是否正常。

虛擬工廠

▲出處:每日經濟(2019.4.19),「BMW,在生產系統引進AR、VR 設備」

元宇宙對於製造業的教育訓練也很有幫助。運用 XR 技術的生產訓練,有助於在工作環境危險或是不易進行技術教育的狀況下,有效率地傳授製造技術。結合 XR 的生產訓練主要適用於尚未熟練作業的初學者,可演練高危險性的操作,或是因為原料費用過高、實際作業不便或必須穿戴特殊裝備而難以進行技術學習的情況。如此一來,既可以防止技術教育過程中可能發生的安全事故,也不用浪費高額原料費用,就能夠提供適宜的實習教育環境,讓初學者在短時間內充分學習相關技術。

多家車廠跟進「虛擬」工廠

賓士則運用了虛擬裝配( virtual assembly )技術。感應器辨識到作業人員手持零件進行組裝的動作時,畫面中的虛擬化身也會進行相同的動作。透過一個一個地組裝零件,作業人員無須實際製造汽車,就可以虛擬體驗移動化身以完成汽車的組裝過程。此外,讓熟練的組裝技術人員進行虛擬體驗後,採納他們的意見,便能用最有效率的方式進行教育訓練。

中國的電動汽車製造商法拉第未來( Faraday Future )曾因為過度投資等問題陷入危機,最近想要東山再起,也藉著元宇宙提升了競爭力。2014 年 4 月成立的新創企業法拉第未來,在世界最大的 IT 貿易展覽會「 CES 2017」開幕前兩天發表了最高時速可達到 320 公里、1,000 馬力的電動汽車。法拉第未來能在短時間內研發出電動汽車的秘訣,便是以 VR 取代實際的原型車進行駕駛測車。透過模擬的結果找出瑕疵、提升性能,就能大幅降低獲得最佳技術能力所需的時間。儘管短時間內要研發出概念車幾乎是不可能的事,但是運用 VR 卻只花了 18 個月。

現代汽車( Hyundai )也利用元宇宙召開設計會議。在全球各地工作的設計師們透過各自的虛擬化身,到虛擬空間中的現代汽車 VR 開發空間上班,並參與新車設計會議。大家互相說明想法,透過手部動作修改頭燈等不同部件的樣貌,並確認顏色與材質的選擇是否搭調。他們也可以調整部件的大小並改變位置,還可以在想要的時間與空間中陳列新設計的車款,不受任何時空限制。現代汽車在引進 VR 之前,這些東西都必須透過手繪、製作設計黏土模型,或是製作實際大小的模型才能進行說明。

2019 年 10 月所公開的氫燃料專用重卡概念車 Neptune 的創新設計,便是透過 VR 所誕生的產品,而現在則應用在現代汽車所有開發中的車種。就設計工作的特性來看,一般的視訊會議在傳達資訊或是溝通方面仍有所限制。現代汽車預估,若能將「虛擬開發流程」全面導入研發過程,每年將能降低 20 % 的新車開發時間以及 15 % 的開發成本。

汽車廠

▲出處:https://news.hmgjournal.com/

製造業的元宇宙轉型

許多領域的製造業公司都關注著元宇宙。歐洲最大的飛機製造商空中巴士( Airbus )便將微軟的「 HoloLens2 」頭戴式裝置運用在飛機設計與製造的過程。將說明書、圖表等數位資訊以虛擬方式一併呈現後,製造時間可減少為1/3 。AR技術也可以用來檢查民航機的組裝狀態。若將大型民航機的配管、配線長度相加,總長可達 500 公里。為了正確連接這麼多的管線,必須用到 6 萬多個連接器,只要有一個部分弄錯,就有可能發生重大事故。空中巴士利用 AR 技術來檢查連接器是否裝設正確,過去需要花費3週的時間,現在只需要 3 天就能完成。

空中巴士

▲出處:微軟官方網站

洛克希德.馬丁( Lockheed Martin )是美國最大的國防工業廠商,它也在火星探測船這一類太空船的設計與製作過程中,運用 HoloLens 這類 AR 技術來提高生產效率。在組裝美國國家航空暨太空總署( NASA )飛往火星的獵戶座( Orion )太空船時,藉由 AR 技術的應用,鑽孔過程可以從 8 小時降至 45 分鐘,安裝面板的時間也從 6 週縮短至 2 週。現在,作業人員不再需要拿著數千頁的製作手冊,只要透過 AR 眼鏡就可以立即瀏覽所需內容並進行作業。

美國國防 虛擬

▲出處:The Wall Street Journal(2018.8.1), “Lockheed Martin Deploys Augmented Reality for Spacecraft Manufacturing”

奇異 GE

▲出處:www.ge.com, GE Report(2017.5.25),“Looking Smart: Augmented Reality Is Seeing Real Results In Industry”

奇異公司( GE )則以AR技術結合遠端檢修與數位說明書,在生產、組裝、維修、保養維護、物流管理等不同領域全都運用 AR 。在奇異的再生能源工廠中,作業人員配戴 AR 眼鏡,進行風力發電用渦輪的遠端組裝作業。作業人員看到的現場狀況會直播給位於他處的專家,專家便能像是在現場一般掌握狀況,並給予正確的指示。作業人員也能觀看教育訓練影片或是透過語音向專家尋求協助。

作業人員還可以參考 AR 的數位說明書進行組裝。在採用 AR 眼鏡之前,作業人員必須先暫停作業,才能查看說明書或聯繫專家,請他們確認零件組裝的狀況。現在藉由 AR 技術,不需要暫停便能輕鬆查看眼前的數位說明書。

AR

▲出處:ThyssenKrupp

分析顯示,相較過去的傳統作業方式,運用AR 可以使生產效率提高約 34 % 。德國的電梯製造商「蒂森克虜伯」( Thyssen Krupp )為了革除無效率的電梯維修與管理,運用了 AR ,藉此適時確認各個電梯的 3D 平面圖與使用紀錄等眾多資訊,作業過程中也可藉由共享的方式進行遠端合作。服務維護管理的速度因為結合 AR 技術而加快了 4 倍。

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本文摘自《元宇宙:全面即懂metaverse的第一本書》,作者:李丞桓、出版社:三采文化
( 圖:shutterstock,非本人僅供參考 / 責任編輯:chou)

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