Virtual Factory và cách chúng biến Số hóa Công nghiệp thành hiện thực

Để đáp ứng làn sóng chuyển đổi sang xe điện, nhu cầu bán dẫn ngày càng tăng, sản xuất tại chỗ và tham vọng đạt được sự bền vững cao hơn, các nhà sản xuất đang đầu tư vào việc phát triển các nhà máy mới, đồng thời tái thiết kế các cơ sở hiện có của họ.

Các dự án này thường vượt quá ngân sách và tiến độ do quy trình lập kế hoạch thủ công và phức tạp, cơ sở hạ tầng công nghệ cũ cũng như các công cụ, dữ liệu và nhóm làm việc không được kết nối chặt chẽ.

Các nhà máy ảo (Virtual Factory) và quá trình số hóa giải quyết những thách thức này, và các nhà sản xuất đang đón nhận chúng. Một Virtual Factory, được hỗ trợ bởi các công nghệ như digital twins, hệ sinh thái Universal Scene Description (OpenUSD) và Generative AI, có thể tạo ra các khả năng mới, từ lập kế hoạch cho đến vận hành.

Nhà máy ảo là gì?

Một Virtual Factory là một phiên bản số hóa chính xác về mặt vật lý của một nhà máy thực. Phiên bản số (digital twins) của những nhà máy này cho phép các nhà sản xuất lập mô hình, mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa quy trình sản xuất, nguồn lực và hoạt động của họ mà không cần đến nguyên mẫu vật lý hoặc nhà máy thí điểm.

Lợi ích của những nhà máy ảo

Nhà máy ảo mở ra nhiều lợi ích và khả năng cho các nhà sản xuất, bao gồm:

Chuẩn hoá giao tiếp: Thay vì các nhóm dựa vào các cuộc họp trực tiếp và tài liệu lập kế hoạch tĩnh để điều chỉnh dự án, các nhà máy ảo chuẩn hoá giao tiếp và đảm bảo rằng các quyết định vận hành và thiết kế quan trọng được thông tin bằng dữ liệu mới nhất.
Lập kế hoạch theo bối cảnh: Trong quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành cơ sở, các nhà máy ảo cho phép các bên liên quan của dự án trực quan hóa các thiết kế trong bối cảnh của toàn bộ cơ sở và quy trình sản xuất. Các nhóm lập kế hoạch và vận hành có thể so sánh và xác minh các cấu trúc đã xây dựng với thiết kế ảo trong thời gian thực và giảm chi phí bằng cách xác định lỗi và kết hợp phản hồi sớm trong quá trình xem xét.
Thiết kế cơ sở được tối ưu hóa: Việc kết nối các nhà máy ảo với việc mô phỏng các quy trình và sự kiện riêng biệt cho phép các nhóm tối ưu hóa thiết kế cơ sở cho sản xuất và nguyên liệu, thiết kế công việc tiện dụng, an toàn và sử dụng tổng thể.
Hoạt động thông minh và tối ưu hóa: Các nhóm vận hành có thể tích hợp các nhà máy ảo của họ với dữ liệu sản xuất có giá trị từ công nghệ Internet of Things ở biên và khai thác AI để thúc đẩy tối ưu hóa hơn nữa.

Nhà máy ảo: Nơi thử nghiệm AI và Robot

Các nhà phát triển robot đang ngày càng sử dụng các nhà máy ảo để đào tạo và thử nghiệm AI cũng như các hệ thống tự động chạy trong các nhà máy thực tế. Ví dụ, các nhà máy ảo có thể cho phép các nhà phát triển và nhóm sản xuất mô phỏng công nhân kỹ thuật số và robot di động tự động (AMR), các agent và cảm biến AI trực quan để tạo ra bản đồ tập trung về hoạt động của công nhân trong toàn bộ cơ sở. Bằng cách kết hợp dữ liệu từ các luồng camera mô phỏng với tính năng tracking nhiều camera, nhà phát triển có thể tạo bản đồ chiếm chỗ để cung cấp thông tin về các tuyến AMR tối ưu.

Các nhà phát triển cũng có thể sử dụng các nhà máy ảo chính xác về mặt vật lý này để đào tạo và thử nghiệm các agent AI có khả năng quản lý đội robot của họ, nhằm đảm bảo các robot có AI hỗ trợ có thể thích ứng với những điều không thể đoán trước trong thế giới thực và xác định các cấu hình hợp lý cho hoạt động cộng tác giữa con người và robot.

Nền tảng của một nhà máy ảo là gì?

Xây dựng các nhà máy ảo quy mô lớn, chính xác về mặt vật lý để mở ra những khả năng chuyển đổi này đòi hỏi phải tập hợp nhiều công cụ, định dạng dữ liệu và công nghệ để hài hòa việc thể hiện các khía cạnh của thế giới thực trong thế giới kỹ thuật số.

Ban đầu được phát minh bởi Pixar Animation Studios, OpenUSD bao gồm một tập hợp các công cụ và khả năng cho phép các nhà phát triển và nhà sản xuất có thể tương tác với dữ liệu yêu cầu để đạt được mục tiêu số hóa của họ.

Siêu năng lực cốt lõi của OpenUSD là mô hình hóa dữ liệu linh hoạt. Đầu vào 3D có thể được chấp nhận từ các ứng dụng nguồn và kết hợp với nhiều loại dữ liệu, bao gồm từ phần mềm thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính, cảm biến trực tiếp, tài liệu và hồ sơ bảo trì, thông qua một đường dẫn dữ liệu hợp nhất. OpenUSD cho phép các nhà phát triển chia sẻ các loại dữ liệu này trên các công cụ mô phỏng và mô hình AI khác nhau, cung cấp thông tin chi tiết cho tất cả các bên liên quan. Dữ liệu có thể được đồng bộ hóa từ nhà máy sang bản sao kỹ thuật số theo thời gian thực cho các nhóm làm việc và quản lý nhà máy.

Bằng cách phát triển các giải pháp nhà máy ảo trên OpenUSD, các nhà phát triển có thể tăng cường cộng tác giữa các nhóm nhà máy, cho phép họ xem xét kế hoạch, thảo luận về các cơ hội tối ưu hóa và đưa ra quyết định trong thời gian thực.

Để hỗ trợ và đẩy nhanh sự phát triển của hệ sinh thái OpenUSD, Pixar, Adobe, Apple, Autodesk và NVIDIA đã thành lập Alliance for OpenUSD, tổ chức đang xây dựng các tiêu chuẩn mở cho USD về đặc điểm kỹ thuật cốt lõi, vật liệu, hình học và hơn thế nữa.

Các ứng dụng công nghiệp đối với nhà máy ảo

Để khai thác tiềm năng của các nhà máy ảo, các công ty hàng đầu trong ngành bao gồm Autodesk, Continental, Pegatron, Rockwell Automation, Siemens và Wistron đang phát triển các giải pháp nhà máy ảo – tương tác với OpenUSD và NVIDIA Omniverse, một nền tảng giao diện lập trình ứng dụng (API) và bộ công cụ phát triển phần mềm cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng cho quy trình số hóa công nghiệp và 3D phức tạp dựa trên OpenUSD.

FlexSim, một công ty Autodesk, sử dụng OpenUSD để cho phép các nhóm nhà máy phân tích, trực quan và tối ưu hóa các quy trình trong thế giới thực bằng mô hình mô phỏng cho các hệ thống và hoạt động phức tạp. Phần mềm mô phỏng sự kiện rời rạc cung cấp giao diện kéo và thả trực quan để tạo mô hình mô phỏng 3D, tính đến sự biến đổi trong thế giới thực, chạy các kịch bản “what-if” và thực hiện các phân tích chuyên sâu.

Các nhà phát triển tại Continental, một công ty công nghệ ô tô hàng đầu của Đức, đã phát triển ContiVerse, một ứng dụng lập kế hoạch và vận hành sản xuất nhà máy trên OpenUSD và NVIDIA Omniverse. Ứng dụng này giúp Continental tối ưu hóa cách bố trí nhà máy và lập kế hoạch quy trình sản xuất một cách hợp lý, giúp giảm 13% thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Hợp tác với nhà cung cấp dịch vụ kỹ thuật số và tư vấn CNTT SoftServe, Continental cũng đã phát triển Industrial Co-Pilot, kết hợp những thông tin hữu ích với hình ảnh trực quan sống động để cung cấp hướng dẫn theo thời gian thực và phân tích dự đoán cho các kỹ sư. Điều này dự kiến sẽ giảm 10% nỗ lực bảo trì và thời gian ngừng hoạt động.

Pegatron, một trong những nhà sản xuất điện thoại thông minh và điện tử tiêu dùng lớn nhất thế giới, đang phát triển các giải pháp nhà máy ảo trên OpenUSD để đẩy nhanh sự phát triển của các nhà máy mới – cũng như giảm thiểu thay đổi đơn hàng, tối ưu hóa hoạt động và tối đa hóa năng suất của dây chuyền sản xuất tại các cơ sở hiện có.

Rockwell Automation đang tích hợp các NVIDIA Omniverse Cloud API và OpenUSD với phần mềm digital twin Emulate3D để mang lại cho các nhóm sản xuất khả năng tương tác dữ liệu, cộng tác trực tiếp và trực quan hóa dựa trên vật lý để thiết kế, xây dựng và vận hành các bản sao kỹ thuật số quy mô công nghiệp của hệ thống sản xuất.

Siemens, một công ty công nghệ hàng đầu về tự động hóa, số hóa và tính bền vững, đồng thời là thành viên của Alliance for OpenUSD, đang áp dụng Omniverse Cloud API trong Nền tảng Siemens Xcelerator của mình, bắt đầu với Teamcenter X, phần mềm quản lý vòng đời sản phẩm dựa trên đám mây hàng đầu trong ngành. Điều này sẽ giúp các nhóm thiết kế, xây dựng và thử nghiệm ảo các sản phẩm, quy trình sản xuất và nhà máy thế hệ tiếp theo trước khi chúng được xây dựng trong thế giới thực.

Wistron, nhà cung cấp dịch vụ công nghệ và nhà sản xuất thiết bị điện tử hàng đầu toàn cầu, đang số hóa các nhà máy mới và hiện có với OpenUSD. Bằng cách phát triển các giải pháp nhà máy ảo trên NVIDIA Omniverse, Wistron cho phép các nhóm nhà máy của mình cộng tác từ xa để tinh chỉnh cấu hình bố cục, tối ưu hóa công nghệ gắn trên bề mặt và dây chuyền thử nghiệm trong mạch cũng như chuyển đổi hoạt động thử nghiệm sản phẩm tại chỗ.

Với những giải pháp này, Wistron đã tăng hiệu suất của công nhân lên 51% và giảm 50% thời gian xử lý sản xuất. Tối ưu hóa bố cục và giám sát thời gian thực đã giảm 40% tỷ lệ lỗi. Và thời gian xây dựng nhà máy NVIDIA DGX mới của Wistron đã giảm một nửa, từ khoảng 5 tháng xuống chỉ còn 2 tháng rưỡi.

Tìm hiểu thêm về việc phát triển các giải pháp nhà máy ảo tiên tiến, có GenAI hỗ trợ tại trang Virtual Factory Use Case. Các nhà phát triển có thể bắt đầu với kiến trúc tham chiếu – cung cấp cái nhìn tổng quan về các thành phần và khả năng cần cân nhắc khi phát triển các giải pháp nhà máy ảo.

Bắt đầu với NVIDIA Omniverse bằng cách tải xuống giấy phép tiêu chuẩn miễn phí, truy cập tài nguyên OpenUSD và tìm hiểu cách Omniverse Enterprise có thể kết nối nhóm của bạn. Luôn cập nhật trên Instagram, Medium và X. Để biết thêm, hãy tham gia cộng đồng Omniverse trên diễn đàn, Discord, Twitch và YouTube.

NVIDIA blog

Nhất Tiến Chung (NTC) hiện là nhà cung cấp các giải pháp hạ tầng CNTT, Điện toán Hiệu năng cao (HPC) cho AI với kinh nghiệm kinh doanh phần cứng từ năm 2005. Chúng tôi là đối tác NPN cấp Elite (2022) chính thức của NVIDIA cho các hệ thống DGX (DGX A100, DGX Station A100) và hệ thống cụm siêu máy tính DGX SuperPOD với sức mạnh lưu trữ song song của DDN và kết nối mạng tốc độ cao từ hãng Mellanox (thuộc NVIDIA).

Bạn muốn trở thành đối tác bán hàng NVIDIA của NTC?

Đăng ký ngay

____
Bài viết liên quan

Anh Huy