彷彿這已經不夠具有挑戰性，還有另一項挑戰必須克服：隨著「新世代車型」的投產，BMW 還計劃落實 iFACTORY 生產概念中的眾多其他元素。

BMW 的數位化生產策略建立在三大支柱之上：資料科學、人工智慧與虛擬化。
圖片來源：BMW集團

BMW 希望透過 iFACTORY 策略，在汽車生產領域開闢新道路。該策略著重於全面的數位化、生產效率的提升以及永續發展。

數位化策略建立在三個核心支柱上，這三者緊密相連：

1. 資料科學（Data Science）
   每一個智慧決策的基礎應該是精確且全面的數據。在這方面，BMW 非常重視來自不同來源的數據收集與整合，以便獲得生產過程的全貌。
2. 人工智慧（Künstliche Intelligenz, KI）
   人工智慧被用來分析過程、識別模式並提升效率。儘管人工智慧已經在許多生產過程中應用，尤其是在品質控制方面，BMW 仍然看到了未來更多應用領域的巨大潛力。
3. 虛擬化（Virtualisierung）
   透過數位孿生（Digital Twins）來進行工廠與過程的規劃、模擬與優化，BMW 在實際進行改動之前，先在虛擬環境中進行測試。

這一轉型的核心是虛擬工廠，即真實或未來生產環境的數位分身。它徹底改變了 BMW 規劃、優化與營運工廠的方式。

BMW 的十二座汽車工廠已透過 NavVIS 的 3D 掃描技術，進行了全方位的數位化建模。
圖片來源：BMW集團

但在達到這一步之前，首先必須記錄現狀。在慕尼黑新創公司 NavVis 的協助下，BMW 使用 3D 掃描儀對旗下十二座汽車工廠進行了掃描。這些掃描生成高解析度的全景影像以及精準的點雲資料。

這些掃描資料構成了 BMW 工廠的數位足跡，並成為虛擬工廠模型的基礎。由於 3D 掃描耗時較長，BMW 正在自動化掃描流程，例如透過無人機或將掃描技術整合至物流車輛中來實現。

該願景是即時優化和控制生產。為此，BMW 希望進一步發展虛擬工廠，整合營運數據。該集團旨在將工廠的實際數據與規劃數據結合，從而實現對生產的全面觀察。

因此，不僅使用規劃數據，還會將關於物件的元數據進行聯結，例如能耗、重量或成本等。

BMW 集團生產部門創新、虛擬工廠和虛擬調試主管尤爾根·維特曼（Jürgen Wittmann）已開始利用數位孿生技術規劃慕尼黑主工廠新等級車型的生產建設。他對虛擬工廠或數位孿生的優勢有著明確的看法：「我可以隨時與需要的同事—包括外部合作夥伴、規劃師、維護人員或建築師—進行協作會議，討論各種議題。我們也可以立刻在線上嘗試找到解決方案，因為得益於數位孿生，我們準確了解當前狀況，並能立刻看到變化會帶來的影響。」

這些掃描所獲得的數據，首先被應用於網頁工具「BMW FactoryViewer」，目前每月已有約 3,500 名員工積極使用。BMW FactoryViewer 提供類似室內版本的街景圖的功能，使員工能夠在虛擬空間中自由遊覽工廠。使用者還可以透過內建的小地圖，就像使用 Google 地圖一樣進行定位與導航。

透過 BMW FactoryViewer，員工可以查看生產設施的室內街景視圖。
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為了能快速存取例如正在改建中的特定區域，員工可以在 FactoryViewer 中設定 POI（重點位置，Points of Interest）。此外，這個工具還能進行面積與距離的測量，這對於規劃作業特別有幫助。

另一項功能是在 BMW FactoryViewer 中比較不同工廠，藉此識別出最佳實踐（Best Practices）。同樣實用的還有「裁剪並下載」的功能，能從點雲資料中擷取出相關區域，並以 E57 格式（一種用於 3D 點雲的工業標準）傳送給外部合作夥伴。

然而，僅憑這些工廠的虛擬模型來進行模擬、優化與規劃，只完成了通往 iFactory 的一半工作。同樣重要的是，要將來自不同專業領域的資訊整合起來，例如建築、設備規劃或物流等。換句話說，必須將來自各種規劃領域的資料匯總，才能實現一個統一且全面的規劃流程。

為此，BMW 部分依賴於 NVIDIA 的 Omniverse 平台。該平台使得能夠將來自不同來源的規劃數據整合並在統一的 3D 環境中進行可視化。在這其中，USD 格式扮演著核心角色。

Omniverse中的組裝線虛擬視圖
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Universal Scene Description (USD) 是來自電影業的一種格式。USD 允許不同行業的文件格式在不丟失資訊的情況下進行導入與處理。這一點由 BMW 集團的虛擬工廠專家 Matthias Mayr 詳細說明：「USD 是一種通用的 3D 格式，我們可以將所有常見的 3D 資料轉換為此格式。例如，來自建築師的數據——柱子位於哪裡？水管、燃氣管道或電力線路又在哪裡？」
Mayr 解釋道：「從幾何學角度來看，這些都是當我想要整合資料時可能遇到的干擾因素。但有了 Omniverse，我可以精確地看到設備的位置及其所需空間，並且不會與這些干擾因素發生衝突。儘管這些設備是使用另一種數位工具創建的。」

組裝作業模擬
圖片來源：BMW集團

最終，BMW 集團的生產規劃師在 Omniverse 中將來自不同來源的規劃數據整合到一個完整的 3D 環境中。員工可以通過基於網頁的應用程式訪問這些規劃數據。
這樣，規劃師可以在虛擬環境中自由導航、對模型進行切割或檢查不同的規劃方案。此外，還可以設置路徑點（Waypoints），以便在討論中突出規劃中的特定要點。

然而，BMW 集團虛擬工廠的潛力還遠不止於此。在虛擬環境中，可以進行碰撞檢查，及早發現規劃錯誤。為此，可以模擬運動過程，例如，提前排除像機械手臂這樣的可動部件之間的碰撞。

機器手臂芭蕾舞：它們能順利協作而不會互相干擾嗎？
圖片來源：BMW集團

然而，這個模擬並不限於機器手臂的運動過程。人員和時間資源也可以在虛擬環境中進行模擬和優化。通過這種方式，可以為特定工作定義標準時間，並在模擬中應用這些時間，以優化工作流程。這其中也不會忽略人體工學方面的考量。

同樣，借助數位孿生在元宇宙中的應用，也將縮短規劃時間。例如，車身經過烤漆生產線的模擬，現在可以在一到兩週內完成，而過去這樣的過程需要長達十二週的時間。
儘管這些成果目前已經令人印象深刻，但對於 BMW 來說，這只是邁向理想 iFACTORY 的第一步。BMW 集團的虛擬工廠將持續發展。接下來，還將整合營運數據，以便即時優化和控制生產。這樣，虛擬工廠與數位孿生不僅是規劃工具，還成為創新和協作的平台。這展示了數位化如何塑造未來的生產方式。

作者： Jürgen Hill
未來技術首席報導員

Jürgen Hill 是 COMPUTERWOCHE 的未來技術首席報導員。這位擁有學士學位的新聞學和計算機科學專業人士，現在的工作重點是關注當前的 IT 趨勢，如人工智能（AI）、量子計算、數位孿生、物聯網（IoT）、數位化等。此外，他在通訊領域擁有多年的經驗，涵蓋了所有相關領域（包括電信、移動通信、局域網和廣域網等）。

文章來源：https://www.cio.de/article/3954645/wie-bmw-die-automobilproduktion-digitalisiert.html