罗克韦尔自动化 Emulate3D® 集成 NVIDIA Omniverse™，实现工业级数字孪生规模化

【背景】

工业数字孪生不仅是技术的革新，更是生产逻辑的重构。在 GPU(图形处理单元) 算力与渲染技术飞速发展的推动下，现代数字仿真平台能够整合多元生态资源，对产品的造型设计、生产工艺及业务流程等进行全方位仿真优化。作为工业数字孪生的关键载体，此类平台通过建模工具在数字空间构建精准的物理对象模型，并利用实时 IoT(物联网) 数据驱动其动态运转。最终，实现数据与模型的深度集成，赋予平台强大的综合决策能力，并推动全业务流程的闭环优化与持续改进，快速迭代出整体与细节兼备的卓越解决方案。

Emulate3D® 作为罗克韦尔自动化工业仿真和数字孪生平台，专注于高逼真度工业动画、模拟、控制、交互的数字化模拟，支持数字化敏捷设计的各个阶段。Emulate3D® 的数字化设计方式大幅度提高了设计的效率和精确度，缩短设计时间，帮助企业以低成本高效率提升项目的成功率。

【挑战】

工业级数字孪生规模化落地的核心挑战

工业数字孪生正经历价值重构，它不再是单点设备的虚拟镜像，而是覆盖工厂全要素的决策中枢。当数字孪生从单台设备扩展到整座工厂，新的挑战也随之浮现：

01 自动化工业系统复杂性带来的算力瓶颈

要构建整个工厂级的数字孪生，需要整合生产线上所有设备的数字孪生体模型。Emulate3D® 作为搭载 physics 物理特性的平台，其高保真的物理特性，加上数以百万计的移动部件、高速运转的机械部件的复杂组成，使得单一系统节点若想完整建模并运行整套仿真流程，都面临着严峻的算力挑战。

02 跨团队协作断层

规模化构建数字孪生平台需根据逻辑分工不同，在多个系统中完成不同部件的仿真。这也意味着跨部门团队或跨公司供应商的协作必须整合责任领域，方能构建全局视图。因此，平台需要提供多部门配合快速构建多元素的产品可视化场景。

03 渲染质量的提升

Emulate3D® 作为仿真拓展能力的佼佼者，可以针对很多行业客户给出解决方案。与此同时，各方对软件的要求也就更高了。仿真平台在完成物理级精确的仿真基础上，还需要高质量的可视化渲染能力。无论是提高客户实际使用过程中的沉浸式体验，还是用于项目评审或企业营销宣传，都要求仿真平台能提供更高质量的实时画面输出与更直观的仿真细节。

【解决方案】

Emulate3D® 集成 NVIDIA Omniverse™仿真升维

为应对上述挑战，罗克韦尔通过集成 NVIDIA Omniverse™ 扩展了 Emulate3D® 平台功能。NVIDIA Omniverse™ 是一个包含 API(应用程序编程接口)、SDK(软件开发工具包) 和服务的平台，使开发者能够将 OpenUSD、NVIDIA RTX™ 渲染技术和生成式物理 AI(人工智能) 集成到工业和机器人用例的现有软件工具和仿真工作流中。

罗克韦尔通过开发 USD Data Exchange 工具，自 Emulate3D® 2024 版本起即可接入 NVIDIA Omniverse™ 平台，从而扩展方案的完整性并增强用户体验。

NVIDIA Omniverse™ 基于 OpenUSD 的数据生态链，结合其核心数据协同引擎 Omniverse Nucleus，能够灵活支持跨职能、跨地域团队高效协作，快速构建仿真系统的数字场景。借助 USD Data Exchange，Emulate3D® 仿真场景可以无缝导入 Omniverse™。不仅如此，Nucleus 还可以支持多个 Emulate3D® 工作流并行接入与实时渲染。Emulate3D® 可以针对不同的模块和逻辑对仿真任务进行分解，连接不同的 PCL(点云库) 单元，并在不同的系统中执行相应任务的仿真。然后，将这些分布式的仿真数据统一汇聚到 Omniverse™ 系统中进行完整工作流的集成仿真与渲染。最终，得以实现从工厂建筑、地理位置、灯光照明、产线部署等多方面完成大规模高保真数字场景，快速构建出极具真实感的虚拟工厂。

Emulate3D® 工业数字孪生超规模扩展架构

NVIDIA Omniverse™ 使用基于 NVIDIA RTX™ 渲染技术和基于物理的 MDL(测量检测限) 材质来呈现渲染场景的真实感，不仅可以渲染出高质量的视频用于产品推广与客户演示，还支持在实时渲染的场景里进行交互体验。

此外，Omniverse™ 还集成了 NVIDIA DLSS (Deep Learning Super Sampling，深度学习超级采样)技术。开启 DLSS 功能之后，渲染帧数可显著提升，甚至实现翻倍。DLSS 由 NVIDIA RTX™ GPU 上的专用 AI 处理器(Tensor Core)驱动，是一个经过持续改进的深度学习神经网络，能够在显著提高帧数的同时，生成精美且清晰的实时渲染图像。

针对大型场景，Omniverse™ 支持多 GPU 加速渲染。这一特性目前为众多渲染引擎所欠缺，使其在保证高真实感呈现的同时，有效扩展了仿真渲染的算力。

【总结】

随着工业 4.0 不断推进，行业对数字化转型持续深入，这对工业仿真、数字孪生以及产品全生命周期的数字化管理都提出了更高的要求和更复杂的挑战。

罗克韦尔自动化(中国)有限公司 Emulate3D 商务经理张劼鹏表示：“NVIDIA 基于多年在图形领域的技术研发，一直在不断地推出新的数字可视化技术，这些技术也一直在各个行业的可视化领域生根、发芽、开花。很开心罗克韦尔 Emulate3D 模拟仿真数字化平台也能和 NVIDIA Omniverse 数字可视化技术相结合，让数字孪生的生态更加丰富，渲染画面更逼真，给用户带来更友好的观感体验，为行业客户提供更多服务和价值。”

（转载自：丽台科技）