德國弗勞恩霍夫研究機(jī)構(gòu)（Fraunhofer Research）正在利用英偉達(dá)（Nvidia）的仿真技術(shù)設(shè)計(jì)未來的自主移動(dòng)機(jī)器人，大大推進(jìn)自主移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)水平。

這個(gè)位于德國的研究小組的O3dyn平臺(tái)旨在創(chuàng)建和測(cè)試用于制造的自主移動(dòng)機(jī)器人。

這一切是如何開始的

約瑟夫-弗勞恩霍夫是19世紀(jì)的光學(xué)先驅(qū)，他將科學(xué)研究與工業(yè)應(yīng)用結(jié)合起來。時(shí)至今日，德國的弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)--歐洲最大的研發(fā)組織--正將目光投向關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，從人工智能到網(wǎng)絡(luò)安全再到醫(yī)學(xué)。

其弗勞恩霍夫IML部門的目標(biāo)是推動(dòng)物流和機(jī)器人技術(shù)的邊界。德國研究人員正在利用Nvidia Isaac Sim，通過模擬在機(jī)器人設(shè)計(jì)方面取得進(jìn)展。像許多人一樣，包括寶馬、亞馬遜和西門子，弗勞恩霍夫IML依靠Nvidia Omniverse。它利用Nvidia Omniverse在物流履行和制造方面的應(yīng)用研究中取得進(jìn)展。

弗勞恩霍夫的最新創(chuàng)新，被稱為O3dyn，使用Nvidia模擬和機(jī)器人技術(shù)來創(chuàng)建一個(gè)室內(nèi)-室外自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）。它的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)從自動(dòng)導(dǎo)引車到快速移動(dòng)的AMR的跳躍，這些AMR甚至還沒有在市場(chǎng)上出現(xiàn)。這種自動(dòng)化水平的進(jìn)步有望在物流加速方面有一個(gè)巨大的提升。

弗勞恩霍夫IML部門的機(jī)器人和人工智能研究員Julian Eber說："我們正在研究如何在物流場(chǎng)景中盡可能快、盡可能安全地進(jìn)行。”

從MP3到AMR

弗勞恩霍夫IML的母體組織位于國家中心附近的多特蒙德，擁有超過3萬名員工，參與了數(shù)百個(gè)研究項(xiàng)目。在20世紀(jì)90年代，它負(fù)責(zé)開發(fā)MP3文件格式，這導(dǎo)致了數(shù)字音樂革命。為了讓自動(dòng)導(dǎo)引車沿著與光盤相同的道路前進(jìn)，弗勞恩霍夫在2013年推出了一個(gè)突破性的機(jī)器人，現(xiàn)在被寶馬公司在其裝配廠和其他地方廣泛使用。

這種機(jī)器人被稱為STR，是工業(yè)制造的主力。它用于為生產(chǎn)線移動(dòng)貨物。弗勞恩霍夫IML的人工智能工作有利于STR和這個(gè)機(jī)器人平臺(tái)的其他更新，如O3dyn。弗勞恩霍夫IML的目標(biāo)是創(chuàng)造提供新技術(shù)狀態(tài)的AMR。O3dyn依靠Nvidia Jetson邊緣人工智能和機(jī)器人平臺(tái)的眾多攝像頭和傳感器輸入來幫助導(dǎo)航。

推進(jìn)速度和靈活性，它能夠以每小時(shí)30英里的速度前進(jìn)，并有人工智能輔助的車輪，可用于任何方向的移動(dòng)，以操縱緊張的情況。

弗勞恩霍夫IML公司的人工智能和自主系統(tǒng)負(fù)責(zé)人索倫-克納說："全方位的動(dòng)態(tài)是非常獨(dú)特的，據(jù)我們所知，市場(chǎng)上沒有這樣的東西?！?/p>

弗勞恩霍夫IML公司在Nvidia GTC上偷看了其在這個(gè)托盤移動(dòng)機(jī)器人上的最新發(fā)展。

將模擬與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來

通過使用Isaac Sim，F(xiàn)raunhofer IML的最新研究致力于通過縮小模擬與現(xiàn)實(shí)的差距，在模擬中開發(fā)和驗(yàn)證這些AMR。研究人員依靠Isaac Sim對(duì)其高動(dòng)態(tài)自主移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行虛擬開發(fā)，在逼真的、物理上準(zhǔn)確的三維世界中鍛煉機(jī)器人。

這使弗勞恩霍夫能夠?qū)⑵錂C(jī)器人的5400多個(gè)部件從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中導(dǎo)入虛擬環(huán)境中。然后，它可以用Omniverse PhysX的物理精確規(guī)格來裝備它們。

其結(jié)果是，虛擬機(jī)器人版本可以在模擬中像現(xiàn)實(shí)世界中的物理機(jī)器人一樣迅速移動(dòng)。利用虛擬環(huán)境，弗勞恩霍夫可以加速開發(fā)，安全地提高現(xiàn)實(shí)世界部署的準(zhǔn)確性，并更快地?cái)U(kuò)大規(guī)模。盡量減少模擬與現(xiàn)實(shí)的差距，使模擬成為機(jī)器人的數(shù)字現(xiàn)實(shí)。這是弗勞恩霍夫所說的基于模擬的人工智能概念。

為了更快地取得成果，弗勞恩霍夫正在將AMR仿真模型發(fā)布為開放源碼，以便開發(fā)者可以進(jìn)行改進(jìn)。

Kerner說："這對(duì)物流的未來很重要。我們希望有盡可能多的人在模擬中從事這類動(dòng)態(tài)機(jī)器人的定位、導(dǎo)航和人工智能工作。"

德國弗勞恩霍夫制造工程與自動(dòng)化研究所( Fraunhofer IPA)是Fraunhofer-Gesellschaft最大的研究機(jī)構(gòu)之一，成立于1959年，擁有近1000名員工。我們的領(lǐng)先和未來主題包括電池生產(chǎn)，通過生物智能，數(shù)字化轉(zhuǎn)型，節(jié)儉的制造系統(tǒng)，用于生產(chǎn)的人工智能和具有彈性的價(jià)值創(chuàng)造的增值。

Fraunhofer IPA的研發(fā)工作重點(diǎn)是與制造業(yè)相關(guān)的組織和技術(shù)問題。我們開發(fā)，測(cè)試和實(shí)施方法，組件和設(shè)備，直至完整的機(jī)器和生產(chǎn)線。Fraunhofer IPA的15個(gè)專業(yè)部門涵蓋了制造工程的整個(gè)領(lǐng)域。他們由六個(gè)業(yè)務(wù)部門協(xié)調(diào)，并與以下行業(yè)的工業(yè)企業(yè)跨學(xué)科合作：汽車，機(jī)械和設(shè)備，電子和微系統(tǒng)，能源，醫(yī)療工程和生物技術(shù)以及過程工業(yè)。

未來是我們的產(chǎn)品：可持續(xù)，個(gè)性化和智能

我們的研發(fā)工作致力于經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)可持續(xù)性和個(gè)性化產(chǎn)品。這基于兩個(gè)戰(zhàn)略基石：大規(guī)?？沙掷m(xù)性（旨在最大程度地減少資源消耗，同時(shí)使生活水平最大化）和大規(guī)模個(gè)性化，我們希望將大規(guī)模生產(chǎn)的成本優(yōu)勢(shì)（規(guī)模經(jīng)濟(jì)）與相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合具有靈活性（范圍經(jīng)濟(jì)）。我們的目標(biāo)是使批量生產(chǎn)1的個(gè)性化產(chǎn)品與批量生產(chǎn)產(chǎn)品的價(jià)格相同。

S-TEC將公司與研究和政治聯(lián)系起來

S-TEC由弗勞恩霍夫大學(xué)，斯圖加特大學(xué)和巴登-符騰堡州政府共同創(chuàng)立，旨在推進(jìn)面向未來的研究主題并將其迅速推向市場(chǎng)。燈塔研究，校園產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目和初創(chuàng)企業(yè)以及培訓(xùn)課程和繼續(xù)教育計(jì)劃在校園內(nèi)進(jìn)行。S-TEC通過斯圖加特高度多樣化的研究環(huán)境為公司聯(lián)網(wǎng)。

從數(shù)字到生物的轉(zhuǎn)變

數(shù)字化價(jià)值鏈之后會(huì)發(fā)生什么？如今，F(xiàn)raunhofer IPA已經(jīng)在生物智能增值系統(tǒng)的開發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。未來，生物轉(zhuǎn)化將把自然與技術(shù)融合在一起，即生物圈和技術(shù)圈。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)三年半的發(fā)展歷程中的優(yōu)化，原理，過程和有機(jī)體正逐漸進(jìn)入工業(yè)價(jià)值鏈。得益于生物工程和信息技術(shù)方面的創(chuàng)新，現(xiàn)在可以將其培育并整合到眾多工業(yè)過程中。這使價(jià)值鏈更有效，更高效，更可持續(xù)-造福人類，尤其是環(huán)境。

歷史

故事要追溯到卡爾·馬丁·多萊扎萊克(Carl Martin Dolezalek)擁有的一家私立機(jī)構(gòu)，他于1955 年在斯圖加特大學(xué)創(chuàng)立了工業(yè)制造和工廠管理研究所(IFF)。

1958 年 12 月，在巴登符騰堡州經(jīng)濟(jì)部的建議下，Dolezalek聯(lián)系了慕尼黑的弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)，以便使大學(xué)研究更加實(shí)用，同時(shí)能夠與工業(yè)界更緊密地合作。與慕尼黑應(yīng)用研究學(xué)會(huì)的合作始于 1959 年 7 月 1 日的行政協(xié)助。這一天被視為生產(chǎn)工程與自動(dòng)化研究所 IPA 的成立日期。1971 年 IPA 完全并入弗勞恩霍夫?qū)W會(huì)，并已從那時(shí)起被稱為 Fraunhofer 生產(chǎn)工程和自動(dòng)化研究所 IPA。

Dolezalek退休后，Hans-JürgenWarnecke于 1971 年 1 月接管了 IPA 和 IFF。1970 年代，Warnecke 將該研究所擴(kuò)展為弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)最重要和最大的個(gè)體研究所。在隨后的幾年里，個(gè)別部門被外包以創(chuàng)建更多的弗勞恩霍夫研究所。弗勞恩霍夫生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)計(jì)技術(shù)研究所IPK于 1978 年從 1976 年成立的 IPA 柏林部門中誕生。

越來越多的硬件項(xiàng)目導(dǎo)致 1980 年在斯圖加特成立了弗勞恩霍夫技術(shù)開發(fā)集團(tuán) TEG。一年后，即 1981 年，弗勞恩霍夫工業(yè)工程與組織IAO研究所從 IPA 工業(yè)工程系中脫穎而出。

Warnecke 的繼任者是 1993 年的Rolf Dieter Schraft。從 1995 年到 2014 年，IPA 的負(fù)責(zé)人總是有兩名研究所所長(zhǎng)。Schraft于 1993 年至 2007 年擔(dān)任該職位，Engelbert Westk?mper從 1995 年至 2011 年擔(dān)任。AlexanderVerl于 2007 年取代 Schraft 并擔(dān)任該職位至 2014 年。此后，Thomas Bauernhansl于 2011 年與 Verl 一起接管了研究所的管理工作。 Fraunhofer IPA 的負(fù)責(zé)人。Alexander Sauer 于2020 年 1 月 1 日加入Fraunhofer IPA 的管理團(tuán)隊(duì)。

研究與開發(fā)

Fraunhofer IPA 研究生產(chǎn)組織(1)、表面技術(shù)(2)、自動(dòng)化(3) 和工藝技術(shù)(4) 等領(lǐng)域。這些總體主題由 15 個(gè)專業(yè)部門處理。Fraunhofer IPA 以所謂的矩陣結(jié)構(gòu)組織其與工業(yè)的接近度，具有六個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域：汽車 (1)、機(jī)械和設(shè)備工程 (2)、電子和微系統(tǒng)技術(shù)（3）、能源（4）、醫(yī)療和生物技術(shù)（5）和加工工業(yè)（6）。業(yè)務(wù)領(lǐng)域充當(dāng)行業(yè)的聯(lián)系人，并在 Fraunhofer IPA 的所有部門中處理各自的研發(fā)需求，這是必要的。這種跨學(xué)科深度的網(wǎng)絡(luò)旨在確保技術(shù)發(fā)展用于各個(gè)行業(yè)，并從新發(fā)展中受益。例如，3D 打印用于假肢的醫(yī)療技術(shù)，用于輕型結(jié)構(gòu)的車輛或飛機(jī)結(jié)構(gòu)。研究領(lǐng)域的多樣性及其組織結(jié)構(gòu)凸顯了弗勞恩霍夫 IPA 的異類研究和開發(fā)范圍。

業(yè)務(wù)領(lǐng)域

汽車

“汽車”業(yè)務(wù)領(lǐng)域針對(duì)汽車（供應(yīng)商）行業(yè)。它結(jié)合了行業(yè)的要求和各個(gè)專業(yè)部門的能力。例如，在輕型結(jié)構(gòu)和電動(dòng)汽車領(lǐng)域開展研究工作。

機(jī)械和設(shè)備工程

“機(jī)械和設(shè)備工程”業(yè)務(wù)領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)器、設(shè)備或組件開發(fā)單獨(dú)的流程和程序，并在生產(chǎn)技術(shù)方面實(shí)施它們。該產(chǎn)品組合還包括設(shè)計(jì)和優(yōu)化工廠和生產(chǎn)組織。

電子和微系統(tǒng)技術(shù)

大量創(chuàng)新的高科技產(chǎn)品只有借助電子系統(tǒng)和微系統(tǒng)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)?！半娮雍臀⑾到y(tǒng)技術(shù)”業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供從基礎(chǔ)到生產(chǎn)技術(shù)最終應(yīng)用的支持，并且經(jīng)常推動(dòng)新型組件的制造。

能源

“能源”業(yè)務(wù)領(lǐng)域針對(duì)電能存儲(chǔ)、能源效率、太陽能和風(fēng)能等主題實(shí)施可持續(xù)生產(chǎn)和自動(dòng)化解決方案。由于該領(lǐng)域捆綁了各個(gè)專業(yè)部門的核心能力，因此可以為能源轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)提供創(chuàng)新和跨學(xué)科的發(fā)展。重點(diǎn)是制造企業(yè)。

醫(yī)學(xué)和生物工程

“醫(yī)療和生物技術(shù)”部門處理醫(yī)療技術(shù)、生物技術(shù)和制藥以及診所的診斷和干預(yù)三個(gè)主要主題。重點(diǎn)是質(zhì)量和法規(guī)事務(wù)、生命科學(xué)行業(yè)的純度以及生產(chǎn)和流程優(yōu)化等領(lǐng)域?？鐚W(xué)科團(tuán)隊(duì)擁有開發(fā)跨行業(yè)解決方案的最佳先決條件。

過程工業(yè)

“流程工業(yè)”業(yè)務(wù)領(lǐng)域涉及直接連續(xù)執(zhí)行的生產(chǎn)步驟。與普通貨運(yùn)行業(yè)相比，這里使用流動(dòng)而不是固體材料。重點(diǎn)是化工行業(yè)。子領(lǐng)域包括表面技術(shù)和清潔技術(shù)。對(duì)于 IPA 科學(xué)家來說，重要的是不僅要解決大公司的問題，還要解決具有“流程工業(yè)”業(yè)務(wù)領(lǐng)域的中小型企業(yè)的問題。

部門

15 個(gè)專業(yè)部門研究生產(chǎn)組織、表面技術(shù)、自動(dòng)化和工藝技術(shù)等領(lǐng)域。

可持續(xù)生產(chǎn)和質(zhì)量

“可持續(xù)生產(chǎn)和質(zhì)量”部門調(diào)查公司如何可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。重點(diǎn)是開發(fā)和優(yōu)化資源節(jié)約型和節(jié)能型生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品或技術(shù)。工業(yè)和研究項(xiàng)目涉及整個(gè)產(chǎn)品生命周期，但也涉及特定的產(chǎn)品生命階段。

工業(yè)能源系統(tǒng)

該部門負(fù)責(zé)識(shí)別生產(chǎn)設(shè)施中的效率和靈活性潛力，并為運(yùn)營(yíng)能源管理系統(tǒng)開發(fā)量身定制的概念。

工廠規(guī)劃和生產(chǎn)管理

“工廠規(guī)劃和生產(chǎn)管理”部門的服務(wù)范圍從工廠場(chǎng)地的規(guī)劃到生產(chǎn)的戰(zhàn)略調(diào)整及其在運(yùn)營(yíng)過程中的優(yōu)化，再到基于價(jià)值的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及相關(guān)的制造和裝配過程。

企業(yè)戰(zhàn)略與發(fā)展

該部門成立于 2019 年 1 月，其核心任務(wù)是全面了解公司。除了制定戰(zhàn)略計(jì)劃，例如數(shù)字公司轉(zhuǎn)型，重點(diǎn)是創(chuàng)新商業(yè)模式、商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和智能組織等主題的有條不紊的進(jìn)一步發(fā)展。

DigITools - 生產(chǎn)中的數(shù)字工具

DigITools 能力中心的研發(fā)重點(diǎn)是數(shù)字化生產(chǎn)的 IT 架構(gòu)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)以及實(shí)施方法。她支持公司開發(fā)數(shù)字工具并將其集成到生產(chǎn)中。除了為計(jì)算機(jī)和通信基礎(chǔ)設(shè)施的各個(gè)方面提供咨詢和開發(fā)解決方案外，服務(wù)還包括數(shù)字化和集成解決方案，例如用于系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成的制造服務(wù)總線 (MSB)。

機(jī)器人和輔助系統(tǒng)

“機(jī)器人和輔助系統(tǒng)”部門為工業(yè)應(yīng)用和服務(wù)行業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)器人和自動(dòng)化解決方案。關(guān)鍵技術(shù)在創(chuàng)新工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和智能機(jī)器中開發(fā)和應(yīng)用。服務(wù)組合包括市場(chǎng)和可行性研究、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、原型開發(fā)和優(yōu)化等。

潔凈室制造

“純微生產(chǎn)”部門處理與小型化和污染關(guān)鍵生產(chǎn)過程相關(guān)的生產(chǎn)相關(guān)問題。工作領(lǐng)域從概念階段延伸到實(shí)施，再到系統(tǒng)或整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施的調(diào)試。這包括純度技術(shù)、精密組裝和應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字印刷技術(shù)以及設(shè)計(jì)和控制領(lǐng)域的研發(fā)服務(wù)。