Fertigung

Die BMW Group entwickelt eine individuell angepasste Anwendung auf NVIDIA Omniverse für Fabrikplaner

Ziel

Die BMW Group definiert die Planung und Optimierung von Automobilfabriken in der Produktion mit digitalen Zwillingen, die mit NVIDIA Omniverse™ und OpenUSD entwickelt wurden, neu. Jahre vor Produktionsbeginn arbeiten Fabrikplaner in virtuellen Fabriken, um Layouts, Robotik und Logistiksysteme für die Fertigung zu optimieren. Die virtuellen Fabriken von BMW umfassen eine Fläche von über 1 Million Quadratmetern – etwa 140 Fußballfeldern – und unterstützen Planer, die täglich Design- und Prozessänderungen vornehmen.

Kunde

BMW Group

Anwendungsfall

Simulation/Modellierung/Design

Produkte

NVIDIA Ominiverse Enterprise

Entwickler der BMW Group haben NVIDIA Omniverse genutzt, um digitale Zwillinge zu entwickeln, die die Fabrikplanung weltweit verändern.
Das BMW-Team nutzte OpenUSD und das Omniverse Kit SDK, um FactoryExplorer zu entwickeln – eine Plattform für digitale Zwillinge, die es Fabrikplanern ermöglicht, in Echtzeit zusammenzuarbeiten. Dies hilft Benutzern, das Layout und das Design von komplexen Fertigungssystemen zu optimieren und autonome Roboter- und Visions-KI-Anwendungen vor der Bereitstellung in der realen Welt zu entwickeln.

  • Prognostizierte Einsparungen von 30 % durch optimierte Fabrikplanung und hocheffiziente Prozesse
  • Reduzierung von Änderungsanweisungen und Kapitalinvestitionen
  • Echtzeit Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Teams und Fachgebieten
  • Verbesserte Stabilität bei Produkteinführungen

Entwicklung einer neuen Tool-Suite für softwaredefinierte Fabriken

Das virtuelle Werk von BMW in Debrecen zeigt die Leistungsfähigkeit und Flexibilität der Planung industrieller Fertigungsanlagen, die hautnah erlebt werden kann. Mit FactoryExplorer, einer Plattform, die mit Omniverse-Technologien entwickelt wurde, planen Logistik- und Produktionsplaner Fabriklayouts, Logistik und Prozesse in einem digitalen Zwilling der Fabrik. Dies ermöglicht es dem Team, Aufgaben wie die Visualisierung und Identifizierung der optimalen Platzierung für Roboter in beengten Räumen zu erledigen.

Ein Team von Fabrikplanern spielt eine Schlüsselrolle bei der Planung und dem Betrieb der Fabriken des Unternehmens weltweit. Ihre Berufe sind hochkomplex, da jeder Planer im Durchschnitt drei Änderungen pro Woche in über 30 Fabriken vornimmt. Selbst die geringsten Fehlkalkulationen oder Fehler können zu erheblichen realen Kosten führen. 

Mithilfe virtueller Umgebungen können sie Produktionsprozesse planen und optimieren, bevor sie reale Konstruktionen, Layout-Änderungen und Kapitalausgaben durchführen. Dieser Ansatz reduziert die Kosten und Produktionsausfallzeiten, die durch Änderungsaufträge und Neuoptimierungen von Prozessabläufen in bestehenden Anlagen verursacht werden, erheblich. Die Kosten für die Stilllegung einer Fabrik oder sogar von Teilen von Montagelinien können enorm sein.

Fabrikplaner verfügen über verschiedene Spezialisierungen und Fachkenntnisse im Bereich komplexer Software. Die Bereitstellung einer hochintuitiven Plattform, die ohne umfangreiche Anweisungen genutzt werden kann, war von größter Bedeutung. BMW hat unter Einsatz von Omniverse-Technologien ein anpassbares Benutzererlebnis für Planungsteams entwickelt, das es diesen ermöglicht, sich auf ihre relevanten Funktionen und die wichtigsten Aufgaben innerhalb der virtuellen Fabriken zu konzentrieren.

„Wenn wir für zwei Wochen den Betrieb pausieren, sind dies zwei Wochen, in denen wir überhaupt kein Geld verdienen. Und es sind zwei Wochen, in denen wir diese Zeit nicht zurückgewinnen können.  „Das Werk produziert jede Minute neue Fahrzeuge. Jede Minute, in der kein Auto gebaut wird, ist der Preis für ein verlorenes Auto.“

Ross Patrick Krambergar
BMW Group, Experte für virtuelle Produktion

Zusammenarbeit in Echtzeit in virtuellen Fabriken

Die Vernetzung mehrerer Teams, die an verschiedenen Bereichen und Elementen derselben Fabrik arbeiten, erforderte eine zentralisierte Plattform. Um dem Team eine ganzheitliche Planungslösung an die Hand zu geben, hat BMW den FactoryExplorer entwickelt, eine interne Metaverse-Anwendung.

Unzählige Planungsaspekte betreffen den Bau von Fabriken und ihre digitalen Zwillinge, einschließlich Gebäudestruktur, Fahrzeuge, Ausrüstung und Kinematik, Produkt- und Prozesskopplung, Logistik und menschliche Simulation. Jedes davon basiert auf einzigartigen Daten aus verschiedenen Quellsystemen wie Autodesk Revit, Bentley Microstation, ipolog und ema.

Die Entwicklung einer digitalen Zwillingsplattform mit Universal Scene Description (OpenUSD) ermöglicht es BMW, Daten aus diesen Softwareprogrammen zusammenzuführen, um neue Möglichkeiten für Planer zu erschließen. OpenUSD ist ein offenes und erweiterbares Ökosystem zur Beschreibung, Zusammenstellung, Simulation und Zusammenarbeit in 3D-Welten.

Im digitalen Zwilling können Planer Quelldateien wie CAD-Daten mit Gebäuden oder Layouts auswählen und zu strukturierten OpenUSD-Projekten zusammenfassen, die dann mit einem Klick im digitalen Zwilling veröffentlicht werden. Innerhalb der Anwendung können Planer die Gültigkeit von Dateien anpassen, Referenzdateien aktualisieren und sicherstellen, dass Projekte auf dem neuesten Stand sind. Das Ergebnis ist eine gut strukturierte, standardisierte Datenbank, die Fabrikplaner aller technischen Niveaus nutzen können.

„Dies ist transformativ: Wir können in einer virtuellen Welt vollständig entwerfen, entwickeln und testen.“

Milan Nedeljković
Member of the Board of Management, BMW Group

„Dies ist transformativ: Wir können in einer virtuellen Welt vollständig entwerfen, entwickeln und testen.“

Milan Nedeljković
Member of the Board of Management, BMW Group

Zusammenarbeit in Echtzeit in virtuellen Fabriken

Die Vernetzung mehrerer Teams, die an verschiedenen Bereichen und Elementen derselben Fabrik arbeiten, erforderte eine zentralisierte Plattform. Um dem Team eine ganzheitliche Planungslösung an die Hand zu geben, hat BMW den FactoryExplorer entwickelt, eine interne Metaverse-Anwendung.

Unzählige Planungsaspekte betreffen den Bau von Fabriken und ihre digitalen Zwillinge, einschließlich Gebäudestruktur, Fahrzeuge, Ausrüstung und Kinematik, Produkt- und Prozesskopplung, Logistik und menschliche Simulation. Jedes davon basiert auf einzigartigen Daten aus verschiedenen Quellsystemen wie Autodesk Revit, Bentley Microstation, ipolog und ema.

Die Entwicklung einer digitalen Zwillingsplattform mit Universal Scene Description (OpenUSD) ermöglicht es BMW, Daten aus diesen Softwareprogrammen zusammenzuführen, um neue Möglichkeiten für Planer zu erschließen. OpenUSD ist ein offenes und erweiterbares Ökosystem zur Beschreibung, Zusammenstellung, Simulation und Zusammenarbeit in 3D-Welten.

Im digitalen Zwilling können Planer Quelldateien wie CAD-Daten mit Gebäuden oder Layouts auswählen und zu strukturierten OpenUSD-Projekten zusammenfassen, die dann mit einem Klick im digitalen Zwilling veröffentlicht werden. Innerhalb der Anwendung können Planer die Gültigkeit von Dateien anpassen, Referenzdateien aktualisieren und sicherstellen, dass Projekte auf dem neuesten Stand sind. Das Ergebnis ist eine gut strukturierte, standardisierte Datenbank, die Fabrikplaner aller technischen Niveaus nutzen können.

Da die Daten automatisch in Universal Scene Description (USD) umgewandelt werden, können BMW-Nutzer sie auf ihrer digitalen Zwillingsplattform veröffentlichen und neben Daten aus anderen Quellen nutzen.

Neben der Echtzeit-Zusammenarbeit ermöglicht OpenUSD die zerstörungsfreie Zusammenstellung von Daten aus zahlreichen Quellen als individuelle Schichten. Verschiedene Benutzer können die Fabrik auf verschiedenen Schichten gleichzeitig ändern, und ihre Änderungen werden die Arbeit von Kollegen nicht beeinträchtigen. Die stärkere Ebene wird sich in der Zusammensetzung durchsetzen, die Daten der schwächeren Ebene bleiben jedoch zugänglich.

Die Factory Builder Plattform hat die Art und Weise verändert, wie die Teams von BMW an Projekten zusammenarbeiten, was zu einer verbesserten Produktivität, einer optimierten Kommunikation und einer größeren Flexibilität bei der Anpassung an sich wandelnde Marktanforderungen geführt hat. Anstatt sich an einem physischen Ort zu treffen, können die Teams jetzt innerhalb ihrer digitalen Fabrikzwillinge zusammenarbeiten.

Anpassung der industriellen Metaverse-Plattform von BMW mit einzigartigen Erweiterungen

Mit dem Omniverse Kit SDK konnten Entwickler bei BMW eine Plattform für digitale Zwillinge und Tools für ihre einzigartigen Planungsanforderungen entwickeln. Um die Plattform auf die spezifischen Anforderungen von Planungsteams zuzuschneiden, haben die Entwickler von BMW maßgeschneiderte Erweiterungen aus Omniverse-Bibliotheken entwickelt und integriert. Diese Erweiterungen bieten einzigartige Benutzererlebnisse und optimieren die Arbeitsabläufe in den Fabrikplanungsteams von BMW.

  • Eine Erweiterung zur Kollisionserkennung hilft Planern, potenzielle Kollisionen zwischen Ausrüstung, Gebäudekomponenten und Materialien zu identifizieren.
  • Eine Erweiterung für den Fabrikfilter ermöglicht es Benutzern auszuwählen, welche Nutzlasten oder Fabrikbereiche sie laden möchten.
  • Eine Erweiterung für den Fabrikstarter ermöglicht es Planern, Gebäude oder Fabriken zu verschiedenen Zeitpunkten zu starten.
  • Die Navigation und Waypoint Erweiterung erleichtert Planern das Manövrieren und die Interaktion mit der virtuellen Fabrikumgebung.
  • Eine Mess-Erweiterung hilft Planern bei der Bewertung, ob Roboter und Ausrüstung in ausgewiesene Räume passen.

BMW plant, kontinuierlich neue Erweiterungen und Funktionalitäten zu entwickeln, um die Anforderungen seiner Planungsteams zu erfüllen, während ihre virtuellen und realen Fabriken noch fortschrittlicher werden.

Neue Möglichkeiten mit generativer und agentischer KI

BMW ist bestrebt, seine Plattform für digitale Zwillinge mit fortschrittlichen generativen und handlungsfähigen KI-Funktionen zu erweitern. Durch die Einführung intelligenter KI-Assistenten wird BMW die Planungstools benutzerfreundlicher und besser auf die Bedürfnisse des Teams ausrichten. Diese neuen Funktionen werden dazu beitragen, Aufgaben zu automatisieren, Lösungen vorzuschlagen und Planern ermöglichen, neue Möglichkeiten zu erkennen und Probleme schneller zu lösen. Mit dem Wachstum der Plattform werden die BMW-Teams bei der Fabrikplanung über größere Flexibilität und Effizienz verfügen, wodurch vielfältigere Anwendungsfälle im gesamten Unternehmen unterstützt werden.

Neugestaltung der Qualitätskontrolle mit synthetischen Daten

Neben den Veränderungen, die sie in der Fabrikplanung vorantreiben, definiert BMW die Qualitätskontrolle neu, indem es KI in den Mittelpunkt seiner Produktionslinien stellt. Anstatt sich ausschließlich auf menschliche Prüfer zu verlassen, die Ermüdung und Inkonsistenzen unterliegen, hat BMW ein KI-gestütztes visuelles Inspektionssystem namens Presence Detection entwickelt, das Bilder von kritischen Komponenten in Echtzeit automatisch bewertet und Probleme für die Mitarbeiter kennzeichnet.

Das Training dieser visuellen Inspektionsmodelle erfordert große Mengen an Fehlerdaten, die schwer zu erfassen sind, insbesondere während der frühen Produktionsläufe, wo Fehler selten sind und Nacharbeiten kostspielig sind. Mit NVIDIA Omniverse Replicator und Isaac Sim hat das BMW-Team eine Pipeline für synthetische Daten entwickelt, die Tausende von fotorealistischen Trainingsbildern auf Knopfdruck generiert. BMW kann jetzt robuste KI-Modelle vor Produktionsbeginn trainieren, indem es Defekte und reale Szenarien virtuell simuliert.

Um diese Bemühungen weiter zu skalieren, nutzt BMW SORDI.ai (Synthetic Object Recognition Dataset for Industries) – eine zentrale Plattform, die Bilddaten für Anwendungsfälle verwaltet und Datenwissenschaftlern den sicheren Zugriff auf Datensätze und deren Wiederverwendung im gesamten Unternehmen erleichtert. Diese bahnbrechende Initiative zielt darauf ab, das KI-Training in der Produktion zu beschleunigen, indem sie den größten und realistischsten Open-Source-Datensatz für die industrielle Umgebung anbietet, der über 800.000 fotorealistische Bilder in 80 Kategorien umfasst. BMW nutzte NVIDIA DGX™-Systeme mit NVIDIA Hopper™-Architektur, um synthetische Datengenerierungsmodelle auf Basis von Deep Learning zu trainieren, die zur Entwicklung des SORDI-Datensatzes verwendet werden. Die Deep-Learning-Modelle führen Aufgaben wie Objekterkennung, Bildsegmentierung, Bildklassifizierung und 6D-Posenbestimmung aus. Schließlich werden die DGX-Systeme verwendet, um die trainierten Modelle zu bewerten und zu testen. Diese Verschmelzung von Simulation, KI und NVIDIA Accelerated Computing verwandelt die Inspektion von einem manuellen Prüfpunkt in einen intelligenten, skalierbaren Prozess, der sich mit jedem Produktionslauf weiterentwickelt.

Replicator und SORDI.ai halfen dem Team gemeinsam, die Qualitätskontrolle Wochen früher als geplant durchzuführen und gleichzeitig die Kosten und Komplexität der herkömmlichen Datenerfassung zu reduzieren.

Anpassung der industriellen Metaverse-Plattform von BMW mit einzigartigen Erweiterungen

Mit dem Omniverse Kit SDK konnten Entwickler bei BMW eine Plattform für digitale Zwillinge und Tools für ihre einzigartigen Planungsanforderungen entwickeln. Um die Plattform auf die spezifischen Anforderungen von Planungsteams zuzuschneiden, haben die Entwickler von BMW maßgeschneiderte Erweiterungen aus Omniverse-Bibliotheken entwickelt und integriert. Diese Erweiterungen bieten einzigartige Benutzererlebnisse und optimieren die Arbeitsabläufe in den Fabrikplanungsteams von BMW.

  • Eine Erweiterung zur Kollisionserkennung hilft Planern, potenzielle Kollisionen zwischen Ausrüstung, Gebäudekomponenten und Materialien zu identifizieren.
  • Eine Erweiterung für den Fabrikfilter ermöglicht es Benutzern auszuwählen, welche Nutzlasten oder Fabrikbereiche sie laden möchten.
  • Eine Erweiterung für den Fabrikstarter ermöglicht es Planern, Gebäude oder Fabriken zu verschiedenen Zeitpunkten zu starten.
  • Die Navigation und Waypoint Erweiterung erleichtert Planern das Manövrieren und die Interaktion mit der virtuellen Fabrikumgebung.
  • Eine Mess-Erweiterung hilft Planern bei der Bewertung, ob Roboter und Ausrüstung in ausgewiesene Räume passen.

BMW plant, kontinuierlich neue Erweiterungen und Funktionalitäten zu entwickeln, um die Anforderungen seiner Planungsteams zu erfüllen, während ihre virtuellen und realen Fabriken noch fortschrittlicher werden.

Neue Möglichkeiten mit generativer und agentischer KI

BMW ist bestrebt, seine Plattform für digitale Zwillinge mit fortschrittlichen generativen und handlungsfähigen KI-Funktionen zu erweitern. Durch die Einführung intelligenter KI-Assistenten wird BMW die Planungstools benutzerfreundlicher und besser auf die Bedürfnisse des Teams ausrichten. Diese neuen Funktionen werden dazu beitragen, Aufgaben zu automatisieren, Lösungen vorzuschlagen und Planern ermöglichen, neue Möglichkeiten zu erkennen und Probleme schneller zu lösen. Mit dem Wachstum der Plattform werden die BMW-Teams bei der Fabrikplanung über größere Flexibilität und Effizienz verfügen, wodurch vielfältigere Anwendungsfälle im gesamten Unternehmen unterstützt werden.

Erfahren Sie, wie NVIDIA Omniverse und NVIDIA KI-Plattform-Technologien Ihnen helfen können, Ihre eigenen industriellen digitalen Zwillinge zu entwickeln und Ihre Betriebsabläufe zu optimieren.