製造業

BMW Group が NVIDIA Omniverse で工場プランナー向けのカスタム アプリケーションを開発

目的

BMW Group は、NVIDIA Omniverse™ と OpenUSD で構築されたデジタル ツインにより、生産環境における自動車工場の計画と最適化を再定義しています。 工場プランナーは、製造開始の数年前から仮想工場でレイアウト、ロボティクス、物流システムを最適化しています。BMW の仮想工場は 100 万平方メートル以上 (サッカー場およそ 140 面分) に及び、設計やプロセス変更を行うプランナーが日常的に利用しています。

顧客

BMW Group

ユース ケース

シミュレーション/モデリング/デザイン

製品

NVIDIA Ominiverse Enterprise

BMW Group の開発者は NVIDIA Omniverse を活用してデジタルツインを構築し、世界中で工場計画を変革しています。
BMW のチームは、OpenUSD と Omniverse Kit SDK を使用して、工場プランナーがリアルタイムで協力できるデジタルツイン プラットフォームである FactoryExplorer を開発しました。これにより、ユーザーは複雑な製造システムのレイアウトと設計を最適化し、実世界に展開する前に自律型ロボットとビジョン AI アプリケーションを開発できるようになります。

  • 最適化された工場計画と非常に効率的なプロセスによる、30% のコスト削減の見込み
  • 変更指示の減少と資本投資の削減
  • さまざまなチームや専門分野に及ぶリアルタイムの協力
  • 製品リリースの安定性向上

ソフトウェア デファインド ファクトリー向けの新しいツールスイートの構築

BMW の仮想デブレツェン工場では、産業用製造工場の計画におけるパワーと俊敏性を実際に体験できます。Omniverse 技術を活用して構築されたプラットフォームである FactoryExplorer を使用して、物流および生産のプランナーは、工場のデジタルツインにおける工場レイアウト、物流、プロセスを計画します。これにより、チームは制約のある空間におけるロボットの最適な配置を可視化したり特定したりするなどのタスクを実行できます。

工場プランナーのチームは、各国の同社工場の計画と運用において重要な役割を果たしています。その仕事は非常に複雑で、各プランナーは 30 以上の工場で週平均 3 回の変更を実施しています。わずかな計算ミスや誤りでも、実世界では深刻な損害を引き起こす可能性があります。

仮想環境を使用することで、実際の建設、レイアウト変更、資本支出に踏み切る前に、生産プロセスを計画して最適化できます。このアプローチにより、既存施設における変更指示書やプロセス再最適化で生じるコストと生産ダウンタイムを大幅に削減できます。工場の閉鎖や組立ラインの一部を停止すると、莫大なコストが生じることがあります。

工場プランナーは複雑なソフトウェアに関する専門知識と経験のレベルが多岐にわたっています。詳細な説明がなくとも利用可能な、直感的で使いやすいプラットフォームを提供することが最重要事項でした。BMW は Omniverse の技術を活用し、計画チームが仮想工場内で自分に関連する機能や最重要タスクに集中できるようにするカスタマイズ可能なユーザー体験を生み出しました。

「2 週間停止した場合、その期間は一切収益が得られないということです。しかも、その 2 週間は取り戻すことができません」「この工場では 1 分ごとに新しい車両を生産しているため、1 分間を生産ラインが止まると 1 台分の収益が失われます」

Ross Patrick Krambergar
:
BMW Group 仮想生産エキスパート

仮想工場におけるリアルタイムの連携

同じ工場の異なるエリアや要素で作業する複数のチームを連携させるには、一元化されたプラットフォームが必要でした。 チームに包括的な計画ソリューションを提供するために、BMW は内部で利用するメタバース用アプリケーション FactoryExplorer を開発しました。

工場の建設とそのデジタルツインの構築には、建物の構造、車両、設備と運動力学、製品とプロセスの連携、物流、ヒューマン シミュレーションなど、数多くの計画要素が含まれています。これらはそれぞれ、Autodesk Revit、Bentley Microstation、ipolog、ema など、多様なソース システムから取得した固有のデータに依存しています。

Universal Scene Description (OpenUSD) を使用してデジタルツイン プラットフォームを構築することで、BMW はこれらのソフトウェア ツールからのデータを統合し、プランナーの新たな可能性を切り開きます。OpenUSD は、3D ワールド内で記述、構成、シミュレーション、コラボレーションを行うための拡張性に優れたオープン エコシステムです。

デジタルツインでは、プランナーは建物やレイアウトを含む CAD データなどのソース ファイルを選択し、構造化された OpenUSD プロジェクトに集約できます。これらは、ワンクリックでデジタルツインに公開できます。アプリケーション内から、プランナーはファイルの有効性の調整、参照ファイルの更新、プロジェクトの最新の状態への維持ができます。その結果、あらゆる技術レベルの工場プランナーに利用可能な、適切に構造化された標準化データベースが生まれます。

「これは変革的です。設計、構築、テストを完全に仮想世界で行えるようになります」

BMW Group 取締役会役員
:
Milan Nedeljković

「これは変革的です。設計、構築、テストを完全に仮想世界で行えるようになります」

BMW Group 取締役会役員
:
Milan Nedeljković

仮想工場におけるリアルタイムの連携

同じ工場の異なるエリアや要素で作業する複数のチームを連携させるには、一元化されたプラットフォームが必要でした。 チームに包括的な計画ソリューションを提供するために、BMW は内部で利用するメタバース用アプリケーション FactoryExplorer を開発しました。

工場の建設とそのデジタルツインの構築には、建物の構造、車両、設備と運動力学、製品とプロセスの連携、物流、ヒューマン シミュレーションなど、数多くの計画要素が含まれています。これらはそれぞれ、Autodesk Revit、Bentley Microstation、ipolog、ema など、多様なソース システムから取得した固有のデータに依存しています。

Universal Scene Description (OpenUSD) を使用してデジタルツイン プラットフォームを構築することで、BMW はこれらのソフトウェア ツールからのデータを統合し、プランナーの新たな可能性を切り開きます。OpenUSD は、3D ワールド内で記述、構成、シミュレーション、コラボレーションを行うための拡張性に優れたオープン エコシステムです。

デジタルツインでは、プランナーは建物やレイアウトを含む CAD データなどのソース ファイルを選択し、構造化された OpenUSD プロジェクトに集約できます。これらは、ワンクリックでデジタルツインに公開できます。アプリケーション内から、プランナーはファイルの有効性の調整、参照ファイルの更新、プロジェクトの最新の状態への維持ができます。その結果、あらゆる技術レベルの工場プランナーに利用可能な、適切に構造化された標準化データベースが生まれます。

データが自動的に USD に変換されるため、BMW ユーザーはそれをデジタルツイン プラットフォームに公開し、他のソースのデータと組み合わせて利用できます。

OpenUSD は、リアルタイムのコラボレーションを可能にするのに加えて、多数のソースから取得したデータを個々のレイヤーとして非破壊的に統合できます。複数の異なるユーザーが、同時に異なるレイヤーの工場を変更でき、その編集内容が同僚の作業に影響を及ぼすことはありません。 強いレイヤーが構成上では優位になりますが、弱いレイヤーのデータにも引き続きアクセス可能です。

Factory Builder プラットフォームは、BMW の複数のチームがプロジェクトに取り組む方法を変革し、生産性の向上、コミュニケーションの効率化、変化する市場ニーズへの対応における俊敏性の向上を実現しました。物理的な場所でミーティングを開く代わりに、チームは工場のデジタルツイン内でコラボレーションできるようになりました。

独自の拡張機能による BMW の産業用メタバース プラットフォームのカスタマイズ

Omniverse Kit SDK を活用し、BMW の開発者は独自の計画ニーズに対応したデジタルツイン プラットフォームとツールを構築することができました。 計画チームの特定のニーズに合わせてプラットフォームをカスタマイズするために、BMW の開発者は Omniverse ライブラリのカスタム拡張機能を開発して統合しました。 これらの拡張機能は、BMW の工場計画チーム全体において独自性に溢れたユーザー体験を提供し、ワークフローを効率化します。

  • 衝突検出拡張機能は、プランナーが機器、建物コンポーネント、マテリアル間の衝突の可能性を特定するのに役立ちます。
  • ファクトリーフィルター拡張機能では、どのペイロードやファクトリー領域を読み込むかをユーザーが選択できます。
  • ファクトリーランチャー拡張機能を使用すると、プランナーは多様な設定時間で建物や工場を立ち上げることができます。
  • Navigation および Waypoint の拡張機能では、プランナーが仮想工場環境内を移動し、操作することが容易になります。
  • 測定拡張機能は、プランナーがロボットや機器が指定された空間に収まるかどうかを評価するのに役立ちます。

BMW は、仮想工場と現実の工場がさらに高度化する中で、計画チームのニーズを満たすために新しい拡張機能と機能性を継続的に開発していく予定です。

生成 AI およびエージェント型 AI の新たな可能性

BMW は、高度な生成 AI およびエージェント型 AI 機能を備えた、デジタルツイン プラットフォームの拡張に尽力しています。インテリジェントな AI アシスタントを導入することで、BMW は計画ツールの使いやすさを向上し、チームのニーズに迅速に対応できるようにします。これらの新機能は、タスクの自動化、解決策の提案、プランナーによる新たな機会の特定、問題の迅速な解決を支援し、実行できるようにします。プラットフォームが拡大するに伴って、BMW のチームは工場計画における柔軟性と効率性を向上させ、組織全体でより幅広いユースケースをサポートできるようになります。

合成データを活用した品質管理の再定義

工場計画で推進されている変革だけでなく、BMW は AI を生産ラインの中核に据えることで品質管理の新たな定義を提案しています。疲労や一貫性の欠如が生じやすい検査員のみに依存するのではなく、BMW は AI を活用した目視検査システム「Presence Detection」を開発しました。このシステムは、重要な部品の画像をリアルタイムで自動評価し、問題点を検出した場合に作業者に通知して対応を促します。

これらの目視検査モデルのトレーニングには大量の欠陥データが必要ですが、特に初期の生産段階では欠陥がまれで再加工コストが高いため、データの収集が困難です。NVIDIA Omniverse ReplicatorIsaac Sim を活用して、BMW のチームはボタンを 1 回クリックするだけで数千枚のフォトリアルなトレーニング画像を生成する、合成データ パイプラインを構築しました。BMW は、生産を開始する前に欠陥や現実のシナリオを仮想的にシミュレーションすることで、堅牢な AI モデルを訓練できるようになりました。

この取り組みをさらに広げるため、BMW は SORDI.ai (Synthetic Object Recognition Dataset for Industries) を活用しています。これは、多様なユースケース全体で画像データを管理する中央プラットフォームであり、データ サイエンティストが会社全体でデータセットに安全にアクセスし、再利用できるよう支援します。この画期的な取り組みでは、産業環境向けに最大規模かつ最もリアルなオープンソース データセットを提供することで、生産環境における AI トレーニングの高速化を目指しています。これは 80 カテゴリにわたる 80 万以上のフォトリアルな画像で構成されています。BMW は、NVIDIA Hopper™ アーキテクチャを搭載した NVIDIA DGX™ システムを活用して、SORDI データセットの開発に使用されるディープラーニング ベースの合成データ生成モデルをトレーニングしました。ディープラーニング モデルは、物体検出、画像のセグメント化、画像分類、6D 姿勢推定などのタスクを実行します。最後に、DGX システムはトレーニング済みモデルの検証とテストに使用されます。このようなシミュレーション、AI、NVIDIA アクセラレーテッド コンピューティングの融合は、検査を単なる手動チェックポイントから、生産工程ごとに進化していくスマートでスケーラブルなプロセスへと変革しています。

Replicator と SORDI.ai の組み合わせは、チームが予定より数週間早い品質管理を可能にし、従来のデータ収集のコストと複雑さを軽減しました。

独自の拡張機能による BMW の産業用メタバース プラットフォームのカスタマイズ

Omniverse Kit SDK を活用し、BMW の開発者は独自の計画ニーズに対応したデジタルツイン プラットフォームとツールを構築することができました。 計画チームの特定のニーズに合わせてプラットフォームをカスタマイズするために、BMW の開発者は Omniverse ライブラリのカスタム拡張機能を開発して統合しました。 これらの拡張機能は、BMW の工場計画チーム全体において独自性に溢れたユーザー体験を提供し、ワークフローを効率化します。

  • 衝突検出拡張機能は、プランナーが機器、建物コンポーネント、マテリアル間の衝突の可能性を特定するのに役立ちます。
  • ファクトリーフィルター拡張機能では、どのペイロードやファクトリー領域を読み込むかをユーザーが選択できます。
  • ファクトリーランチャー拡張機能を使用すると、プランナーは多様な設定時間で建物や工場を立ち上げることができます。
  • Navigation および Waypoint の拡張機能では、プランナーが仮想工場環境内を移動し、操作することが容易になります。
  • 測定拡張機能は、プランナーがロボットや機器が指定された空間に収まるかどうかを評価するのに役立ちます。

BMW は、仮想工場と現実の工場がさらに高度化する中で、計画チームのニーズを満たすために新しい拡張機能と機能性を継続的に開発していく予定です。

生成 AI およびエージェント型 AI の新たな可能性

BMW は、高度な生成 AI およびエージェント型 AI 機能を備えた、デジタルツイン プラットフォームの拡張に尽力しています。インテリジェントな AI アシスタントを導入することで、BMW は計画ツールの使いやすさを向上し、チームのニーズに迅速に対応できるようにします。これらの新機能は、タスクの自動化、解決策の提案、プランナーによる新たな機会の特定、問題の迅速な解決を支援し、実行できるようにします。プラットフォームが拡大するに伴って、BMW のチームは工場計画における柔軟性と効率性を向上させ、組織全体でより幅広いユースケースをサポートできるようになります。

NVIDIA Omniverse と NVIDIA AI プラットフォームテクノロジが、独自の産業デジタルツインの構築と業務の変革にどのように役立つのかをご覧ください。