製造業

Siemens が産業用 AI オペレーティング システムを構築

目的

Siemens は、あらゆる業界や産業ワークフローで AI 主導のイノベーションを推進し、顧客がチップから AI ファクトリーに至るまで、複雑な製品やシステムを設計し、製造や量産段階にリアルタイムで適応できるようにします。

AI を現実世界に導入し、より迅速なイノベーションと継続的な最適化を可能にするために、Siemens は Siemens Teamcenter、Simcenter STAR-CCM+、Siemens Industrial Copilot などのサービス全体で NVIDIA の技術を統合しています。 同社は、シミュレーションやデジタル ツインに NVIDIA Omniverse™ ライブラリと NVIDIA® CUDA® 、AI 推論に NVIDIA NIM™ および NVIDIA NeMo™ マイクロサービス、アクセラレーテッド コンピューティングに NVIDIA DGX™ B200 および NVIDIA DGX™ H200 システム、フィジカル AI とロボティクスには NVIDIA® Jetson Thor™NVIDIA Isaac Sim™NVIDIA Isaac Lab™ を活用しています。

顧客

BMW Group
HD Hyundai
Maserati
PepsiCo

パートナー

Siemens

ユース ケース

シミュレーション / モデリング / デザイン

NVIDIA CUDA-X™ および Omniverse™ ライブラリと AI モデルとの統合によってもたらされる Siemens 製ソフトウェアの利点

効率の向上:

  • エンジニアリングと製造業で一般的に使用される、大規模で複雑かつ機能豊富なデータセットのフォトリアルな可視化。
  • 製品、プラント、ファクトリーの構築開始前からフル コンテキストで設計、シミュレーション、運用が可能。
  • 設備投資を 10% ~ 15% 削減。

意思決定の改善:

  • Teamcenter 内でフィードバックと変更を追跡し、グローバルチーム全体で調整を行い、設計レビューを高速化し、エラーやデータの不整合を減らします。

生産性の向上:

  • 産業用 Copilot を使用する労働者の事後対応のメンテナンス時間を 25% 短縮。
  • 生産性向上とダウンタイムの削減を実現。
  • スループットが 20% 向上し、設計サイクルを短縮。

製品設計から運用まで、イノベーションとコスト削減を加速

グローバル製造業は、深刻なスキルと労働力不足に直面しており、2030 年までに、8,500 万の雇用不足が予測されています。 自動車、航空宇宙、海洋開発などのメーカーも、イノベーションの高速化、コスト削減、製品の品質と持続可能性の確保において、高まるプレッシャーに直面しています。

同時に、産業デザイナーやエンジニアの専門家チームの生産性も、ワークフローとテクノロジの断片化により影響を受けています。 たとえば、レンダリング、コラボレーション、データ管理に個別のアプリケーションを使用すると、サイロ化やデータの矛盾が生じるため、共同設計とスタイリングの徹底的なレビューを実施することが困難になります。 大規模で複雑な製品やシステムの規模への対応に苦慮するような可視化ツールを使用することは、これらの課題を複雑化させ、設計レビューのボトルネック、チーム間の連携の不一致、高コストな物理プロトタイピングなどの原因となります。物理的に正確な環境で製品やシステムを視覚化できないため、チームが問題を早期に特定する能力が制限され、機能面とデザイン面の両方に影響が及びます。 総合的に見ると、これらのワークフローとテクノロジの制限は、市場投入までの時間を遅延させ、製品ライフサイクル全体に波及する可能性のあるエラーを招きます。

これらの課題に対処するために、Siemens と NVIDIA は協力して、世界設計、エンジニアリング、シミュレーションのエキスパートとそのワークフローに最新の AI、シミュレーションとデジタル ツイン テクノロジを導入しています。

デジタル ツインと物理ベースのシミュレーションによる製品開発の加速

Siemens、NVIDIA、BMW は、高度な計算流体力学 (CFD) ソフトウェアと高速 AI インフラストラクチャを使用して、自動車の空気力学シミュレーションを加速するために協力しています。

空気力学シミュレーションは、車両形状の最適化、設計と効率のバランス調整、性能目標の達成を確保するために不可欠です。 BMW は毎日多くの空気力学シミュレーションを実行しており、それぞれが最大 1 億個のセル (空気と車両の表面を表す小さな 3D ブロック) をシミュレーションしています。CFD ソフトウェアは従来 CPU 上で動作してきましたが、GPU アクセラレーテッド シミュレーションは、より低コストでより迅速なパフォーマンスを実現します。 

Siemens の Simcenter STAR-CCM+ CFD ソフトウェアが、CPU と GPU の両方でネイティブに実行されるようになり、GPU による高速化を可能にしながら、ハードウェアに関係なく一貫した結果を確保しています。 最新の NVIDIA B200 GPU ノードで 4 億 5,800 万セル定常状態空力解析ケースを実行した場合、パフォーマンスは 1 万基以上の CPU コアに相当します。

GPU 上でこの規模の CFD シミュレーションを実行すると、エネルギー消費とインフラストラクチャ コストも削減できます。 NVIDIA DGX™ B200H200 などの新世代のアクセラレーテッド システムではさらにパフォーマンスの向上が可能で、より高いメモリ帯域幅を特徴とし、高速なシミュレーションを実現しています。

さらに、NVIDIA Omniverse ライブラリと生成 AI 機能を Simcenter STAR-CCM+ に統合することで、物理ベースのデジタル ツインがより現実的なものになります。 これらの統合は、Siemens Xcelerator Platform 内の Omniverse ライブラリの広範な統合の一環であり、エンジニアは、物理的な建設を始める前に、CFD ワークフローで AI を活用し、次世代製品、製造プロセス、工場を仮想的に設計、構築、テストできるようになります。

たとえば、Maserati は、Omniverse アプリケーション プログラミング インターフェイスを搭載した Siemens のソリューションを活用し、車体周囲の空気の流れをインタラクティブに可視化し、製造プロセスを改善しています。

Siemens と Maserati

デジタル ツインとの連携により、どこからでもリアルタイムなコラボレーションが可能に

製品開発のイノベーションと開発サイクルを高速化するために、Siemens は Teamcenter Digital Reality Viewer を開発しました。同社は、NVIDIA Omniverse のリアルタイム レイ トレーシングと GPU アクセラレーテッド レンダリングを Teamcenter に直接統合し、Teamcenter で管理される複数の CAD データのマテリアル リスト (BOM) を活用したシームレスかつフォトリアルな可視化を可能にしました。 このクラウド ベースのレンダリング サービスは、Teamcenter のウェブ クライアントに直接組み込まれ、すべてのユーザーがブラウザーで即座にフォトリアルなデジタル ツインを利用できるようになります。

安全な Siemens Xcelerator Cloud Service 環境でホストされ、一元化されたクラウドベースの GPU クラスターによって強化されているため、顧客は、Teamcenter Digital Reality Viewer の高性能な可視化機能をオンデマンドで利用できます。これらの機能を実現するハードウェアやソフトウェアの管理負担を伴う必要はありません。

Teamcenter のコラボレーション ツールを使用すると、関係者は設計をリアルタイムでレビュー、注釈付け、イテレーションの共同作業が可能になります。すべてのフィードバックと変更は Teamcenter で追跡され、完全なトレーサビリティを確保します。ユーザーはまた、複数の仮想環境での製品の外観の検証や、実世界の照明シミュレーション、組み立て、材料、仕上げの詳細なビジュアル分析を実行できます。

ファクトリー規模の設計とシミュレーション

Siemens の Digital Twin Composer により、開発チームは製品、プラント、ファクトリー等を構築する前からフル コンテキストで設計、シミュレーション、運用を実行できます。 Digital Twin Composer は、Siemens Xcelerator のポートフォリオ全体から 2D および 3D デジタル ツイン データを統合し、NVIDIA Omniverse ライブラリを活用した、管理下の安全なフォトリアルなシーンでリアルタイムの運用情報と融合します。これにより、製品、プロセス、施設のライフサイクル全体を網羅する 1 つのライブ モデルを構築します。

PepsiCo は早期導入企業であり、Siemens や NVIDIA と協力して、米国の一部の製造施設や倉庫施設をエンドツーエンドの工場運用とサプライ チェーンのシミュレーションを可能にする高精度の 3D デジタル ツインに変換しています。 

Digital Twin Composer とコンピューター ビジョンを活用することで、PepsiCo のチームは、あらゆる機械、コンベア、パレット ルート、オペレーター パスを物理レベルの精度で再構築できます。また、システムの変更をシミュレーションを重ねて洗練できるという AI エージェントの利点を活用し、物理的な変更が行われる前に最大 90% の潜在的な問題を特定しています。 これにより、初期デプロイでのスループットがすでに推定 20% 向上し、ほぼ 100% の設計検証による設計サイクルの高速化が実現したほか、生産能力の余剰を明確にし、物理的なアップグレードの実施前に仮想環境で投資を検証できるようにすることで、資本支出を 10% ~ 15% 削減しました。

「NVIDIA Omniverse の統合により、Siemens は製造効率と生産性の向上を実現しています。これらの恩恵は、製品開発と設計の時間の大幅短縮という面で顧客にもたらされます。デジタル ツインで実世界の動作を再現することで、顧客は結論の導出、製品設計の最適化、市場投入までの時間短縮が可能になります。」

Enzo Krka 氏
Siemens、シニア製品マネージャー

現場作業員を支援する産業用 Copilot アシスタント

Industrial Copilot は工場の現場で稼働する AI アシスタントで、作業員の効率化や生産性の向上やスキル習得を支援します。Copilot は、静的な情報リポジトリ (マニュアル、メンテナンス文書) および動的なデータ ソース (機械コントローラー、ERP システム) の両方と統合し、包括的な知識エコシステムを構築します。作業員は動画フィードを通じて、生産の最適化、機械故障のトラブル解決、製造上の問題報告などで Copilot を活用することができます。

作業員は、自然言語や音声を通じて Copilot とやり取りするため、作業現場で使いやすくなっています。Copilot は、テキスト、画像、時系列データなどのマルチモーダル入力をサポートしています。メンテナンス エンジニアが機械の故障に直面した際には、問題のある部品の画像を撮影することで、Copilot が画像を分析して問題を特定し、解決のための手順を提供することができます。 

Siemens Industrial Copilot は、機密情報である生産データが工場の現場から決して流出しないようオンプレミスで展開されます。最適化されたエッジ バージョンのクラウド モデル、特殊なタスク向けに採用された小規模言語モデル (SLM)、NVIDIA NIM マイクロサービスが最適化された推論を可能にします。 ハードウェアの制約とパフォーマンス要件のバランスを調整することで、Copilots は、NVIDIA のハードウェアとソフトウェアを搭載したエッジ環境の産業用 PC で動作します。 

Copilot は、VLMLLMNeMo マイクロサービスなどの動画検索/要約 (VSS) 向け AI Blueprint 内のコンポーネントを融合して構築されました。 Siemens は、初期のパイロットでは生産性が 30% 向上し、最大で 50% に達する可能性があると報告しています。

Siemens Factory Automation の仮想制御および産業用 AI の責任者である Matthias Loskyll 氏が、NVIDIA AI Podcast に登場し、業界が転換点に達した際に Siemens と NVIDIA の協力が製造業を再構築する方法について語りました。

ファクトリー フロアにフィジカル AI を導入

Siemens と NVIDIA の次のフロンティアは、フィジカル AI です。つまり、認識、推論、行動する自律型ロボットやファクトリーです。 Siemens のエアランゲン電子工場で行われた画期的なパイロットでは、NVIDIA フィジカル AI スタックを基盤に構築された HMND 01 Alpha ヒューマノイド ロボットが、人間の従業員と並んで自律型の物流タスクを遂行するためにデプロイされました。

パイロット試験の結果、本番環境に対応したヒューマノイド ロボティクスの能力は、1 時間あたり 60 回のコンテナー運搬、8 時間以上の継続的な稼働時間、自律型ピックアンドプレース作業の成功率 90% 以上 であると実証されました。ロボットの機能は、オンボード推論用の NVIDIA Jetson Thor によって強化されており、NVIDIA Isaac SimNVIDIA Isaac Lab でトレーニングとシミュレーションが行われ、プロトタイプ開発にかかる時間を通常の 18 ~ 24 か月からわずか 7 か月に短縮しました。Siemens は、Siemens Xcelerator ポートフォリオを通じて、デジタル ツイン、AI 対応の認識、統合制御および PLC とロボット インターフェイス、フリート管理、産業用通信ネットワーク、高性能ドライブに及ぶ重要な統合レイヤーを提供しており、ヒューマノイド ロボットが既存の機械や人間の作業員と効率的に運用できるデジタル バックボーンを形成しています。

エアランゲンでのパイロット プロジェクトは、フィジカル AI がデモから実際の産業環境で測定された再現可能なパフォーマンスへと移行する転換点となることを示唆しています。

効率とイノベーションの新基準

Siemens は、AI、デジタル ツイン テクノロジ、およびアクセラレーテッド AI インフラストラクチャを統合することで、エンジニアリングと製造を再定義しています。 Siemens Teamcenter、Simcenter STAR-CCM+、Siemens Industrial Copilot など、プラットフォーム全体で NVIDIA ライブラリ、モデル、フレームワークを統合し、Siemens は製品開発の高速化、業務最適化、従業員のスキル向上といった側面から製造業者を支援します。現在、フィジカル AI を工場フロアで運用する中で、Siemens と NVIDIA はそのビジョンを設計やシミュレーションから自律運用へと拡張し、効率性とイノベーションの新たな業界標準を確立しています。

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