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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

360期2022年3月號

出版日期:2022/03/18

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數位雙生、遠距協作應用最夯

撰文/林玉圓

儘管元宇宙欲達成的虛擬互動體驗仍近乎科幻場景,但在工業應用上卻已取得真實進展。隨著數位雙生技術日益成熟,元宇宙的沉浸式體驗,對製造業及供應鏈管理效能提升極具價值;而工業場域因數位化程度高、場域封閉,基礎建設條件更佳,元宇宙已先在工業應用上發熱發光。

元宇宙在消費應用尚未全面爆發,工業應用已經先行;集邦科技(TrendForce)預估,工業元宇宙將帶動全球智慧製造大幅成長,2025年市場規模可望突破5,400億美元,2021至2025年平均複合成長率為15.35%。

事實上,工業元宇宙的應用已存在多年,例如工業4.0提出的「數位雙生」(Digital Twin)概念,打造實體工廠的虛擬分身,用於新產品開發、預防性維修、布建新產線前的優化模擬等,相關案例不勝枚舉:包括西門子的數位雙生平台協助機械業改善零件損耗、波音公司打造客機的「模擬分身」來驗證新引擎效能、疫情期間半導體設備業者透過混合實境(MR)技術,協助客戶遠端裝機,還能遠端排除障礙⋯產業已累積不少元宇宙經驗。

架構完整工業 元宇宙仍需創新研發

更近期的案例則包括,韓國現代汽車於今年1月宣布與遊戲引擎公司Unity合作,共同開發元宇宙工廠的應用平台,是工業界向遊戲產業取經的典範;BMW以輝達的Omniverse模擬平台,打造出全數位的虛擬工廠,從研發到生產都可以先模擬,估計可提升30%生產規畫的效率;百威英博集團(AB InBev)為釀酒廠及供應鏈開發了完整的數位模型,甚至建立虛擬的「數位人員」來測試工作流程是否合乎人體工學,規畫最具效率的配置。

工業元宇宙的前景看好,不過,要架構出完整的工業元宇宙仍需更多的創新研發,例如5G、Wi-Fi 6等先進通訊技術;機器視覺、3D建模、人機互動系統等軟體能量;協作機器人、無人巡檢機、混合實境裝置等硬體;此外,工業元宇宙讓企業有更多資料曝露在數位環境下,因此對資安要求更為嚴格,進一步將帶動工業級資安技術的發展。

國內針對工業元宇宙的研發仍在積極進行中,工研院於2022年工具機展中也發表相關成果,其中以「AR加工助手」及「零信任智慧機上盒」(ZT SMB)最受囑目。

AR加工助手 宛如專家親臨

工程師遠端協作,是元宇宙最快實現的應用之一。受到疫情衝擊,國內機械廠商的交機驗收成了一大難題,人員無法前往客戶端確保機台運作正常,並進行教育訓練。工研院開發的「AR加工助手」,透過擴增實境(AR)可視化,讓現場人員透過平板或AR穿戴裝置,取得機台的數位資料,即時尋求遠端專家的協助。

工研院智慧機械科技中心組長羅佐良指出,「AR加工助手」真正達到遠距協同工程,讓機台虛擬影像與現場實體畫面疊合,同時提供相關資訊,在「雲端」快速運算分析後,透過5G通訊串流到「地端」,資訊傳輸順暢不延遲。目前已有國內工具機廠導入電腦數值控制(CNC)設備,讓遠端客戶能與臺灣原廠同步串流資訊;另有面板大廠導入組裝線,做為教育訓練之用,新進人員在現場操作機台時,也可在「AR加工助手」上看到每個工作細節的相關數據,例如工件夾取角度、加工軸的負載及溫度等,教育訓練成效大大加分。

零信任智慧機上盒 為資安層層把關

無論通訊網路如何發達,資安問題始終是魔道鬥法,相生相剋。現在進入元宇宙時代,人們工作、生活與網路更密不可分,資安認證將更形重要。工研院取得美國專利公司授權「資安零信任(ZT)機制」,並將其導入既有資安機上盒,形成防護匣道,使用者進入工廠的任一設備或單位,都須層層把關,每次都要重新認證。

羅佐良表示,現行資安防護架構是在內外網之間做出區隔,缺點是只要通過虛擬私有網路(VPN)認證進入內網,即暢通無阻,換言之,一旦員工帳密遭竊,即出現資安破口。工研院的「安全聯網零信任智慧機上盒」,扮演內網的資安匣道口,建構多重認證的元宇宙資安環境。企業可依據自身需求,彈性規畫寬鬆至嚴謹的資安政策,例如每個廠房僅設置一個匣道口,這適合僅收集單純生產數據的環境;若須整合感測資料,傳輸速率較高,即可在每部機台上設置零信任機上盒。採用零信任智慧機上盒,存取任何資料均須認證且留下紀錄,可增加駭客的破解門檻,減少營業秘密損害。

工業元宇宙未來要進一步發展,除軟硬體及維運成本外,供應鏈夥伴接受度、廠商間的數位落差等障礙也有待克服,好消息是隨著疫後彈性生產與分散製造趨勢,將驅動更多新服務與新解決方案,工業元宇宙勢必將為製造業,樹立全新里程碑。

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