三維移動掃描技術，打造虛擬“賽博”工廠丨創新場景

一臺僅3.6公斤，60cm長的設備，通過優秀的人體工學設計，實現舒適的使用體驗，通過簡單的在室內行走，就能形成打造數字孿生工廠的“初始數據”——距離“數字孿生”概念自2012年NASA提出已經過去十餘年，如今實現三維數據採集的手段已經愈發先進，也正走出“樣板展示”的侷限。

從傳統工廠到數字工廠

數字孿生是充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命週期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視爲一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。

硬件設備和軟件技術共同影響着數字孿生技術的發展，尤其是在傳統制造業側，在NavVis CRO Finn Boysen看來，利用數字孿生技術，在工廠的廠房和產線沒有建造之前，就完成數字化模型。從而在虛擬的賽博空間中對工廠進行仿真和模擬，並將真實參數傳給實際的工廠建設，在國際上已經成爲製造業企業建設工廠過程中，不可或缺的一個步驟。

傳統制造業工廠，通過數字孿生技術可以實現數字化轉型，同時實現降本增效的目的，但在利用數字孿生建設數字工廠的過程中，企業面臨着諸多問題。

首先，如何能夠高效率的採集和輸出高質量的三維空間數據，即如何高效的將物理世界數字化，同時數字化之後的數據質量和精度能滿足業務應用需求。

“因爲所有的數字孿生，都是從將物理世界數字化開始的，即打造一個數字底座。如果這一過程所需的時間太長，或者雖然時間短但獲取的數據質量不高，對於後期進行數字孿生建設會有很大的影響。”NavVis大中華區執行總裁李自明告訴鈦媒體APP，“這也是爲什麼目前的數字孿生大多是作爲樣板展示，真正在業務實踐中應用的並不常見。”

其次，如何更便捷、有效的訪問和管理三維空間數據也是企業在建設數字孿生工廠過程中面臨的一大挑戰。

三維空間數據量極大，需要消耗大量的算力進行處理和管理，在這個過程中，顯然雲計算是最好的解決方案，“爲了能夠讓更多的用戶可以訪問和使用這些數據，最佳方案是實現基於瀏覽器的輕量化訪問，這樣只要客戶會使用瀏覽器，就可以訪問和管理數據，而不需要安裝和學習專用軟件知識。”李自明進一步指出。

三維移動掃描技術是底層支撐

三維移動掃描技術的出現，能夠很好的解決上述痛點，讓數字工廠建設變成了可能。回看掃描行業，由最早的數字化全站儀掃描，到傳統架站式激光掃描儀，這些儀器一方面自身佔地面積較大，在寬闊的室外空間尚有發揮餘地，但在相對狹窄的室內空間，就顯得捉襟見肘；另一方面，現有的小型手持掃描儀器在數據精度方面也有很大的提升空間，數字工廠建設，室內掃描過程中對於數據精度的要求極高，現有的小型手持掃描儀器顯然不能滿足發展需求。

移動激光掃描在逐步取代傳統的架站式掃描TLS，以前TLS是用戶進行項目作業的主要工具，“未來移動激光掃描設備將會成爲主要工具，我們預計95%以上的應用場景均可採用激動激光掃描。”李自明告訴鈦媒體APP。

得益於激光雷達產品技術的發展，三維掃描的產品尺寸越來越小，重量越來越輕，這就讓這些產品可以在更爲狹小的空間內使用，同時還能提供更爲精準的數據。不僅於此，隨着技術的發展，產品的平均價格也會越來越低，因此會有更多的用戶可以有機會使用這些先進的技術。

與此同時，因爲三維空間數據是海量數據，需要巨大的算力進行處理，人工智能AI技術和雲計算技術會被越來越廣泛的應用，在李自明看來，通過AI和雲計算，未來可以做到對三維空間數據進行自動識別和分類等先進的功能。

而隨着技術的發展，未來對於三維數據的訪問也將變得更容易，“未來三維空間數據的訪問和使用將會更加輕量化，不再需要專業知識和軟件，”李自明指出，“例如NavVis IVION三維空間數據管理平臺，是基於瀏覽器模式，通過瀏覽器就可以輕鬆訪問和管理海量的三維空間數據。”

基於此，NavVis提出了全新的手持移動激光掃描系統設計理念，並且因爲小巧的體積，可以在更爲狹小的空間開展作業，同時更方便工作人員攜帶。

在數據精度方面，NavVis MLX是一款可以達到毫米級數據精度的手持移動掃描設備。同時，通過軟件算法，實現在僅有一臺激光雷達傳感器的條件下能達到5mm的數據精度。

同時還應用了點雲技術，通過點雲來還原現場圖片，對270°的圖片進行反向填充，實現360度全景圖片。

數字孿生，讓建築降本、降碳

以一個70平方米的室內空間爲例，傳統的架站式激光掃描儀需要架設10~11個掃描點，消耗30分鐘時間，且還存在很多沒有掃描到的盲點；

通過三維移動掃描技術，同樣的空間條件下，僅需5分鐘就能完成掃描，且沒有掃描盲點，數據精度更高。

在寶馬的應用案例中，通過數字孿生技術，寶馬的製造工廠實現了再在虛擬環境會議中解決臨時任務，在點雲模型的基礎上，重新建立3D圖紙，進行建模，通過數字孿生工廠進行廠區分析，以及工廠長期規劃，在車間內進行虛擬測量和標記，通過虛擬化環境實現遠程支持，以及生產中斷或維護方案的數字化準備工作等目標。

據瞭解，目前寶馬工廠已有超過900萬平方米的廠區通過數字孿生技術，上線了虛擬化工廠，公司內部超過25000名公司員工註冊了數字孿生平臺賬號。

通過全球工廠遠程訪問技術，減少了50%的差旅費用，提高了20%規劃效率，並通過可信的、與現實一直的數據文檔，降低了工廠變更成本5%~10%。（本文首發於鈦媒體APP，作者｜張申宇，編輯丨蓋虹達）