西門子數(shù)字孿生解決方案推動水下農(nóng)業(yè)發(fā)展

●   西門子的 Xcelerator 解決方案組合助力尼莫花園創(chuàng)建可持續(xù)的水下生物圈數(shù)字孿生，大幅加快設(shè)計迭代和測試速度。

●   西門子企業(yè)級產(chǎn)品創(chuàng)新工具幫助小型專業(yè)團(tuán)隊實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

●   通過將 MindSphere 驅(qū)動的機(jī)器學(xué)習(xí)算法部署到工業(yè)邊緣計算設(shè)備上，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和流程自動化，并向設(shè)計部門提供反饋。

西門子數(shù)字化工業(yè)軟件近日宣布，專注于研究可持續(xù)水下農(nóng)作物種植的初創(chuàng)企業(yè)-——尼莫花園（Nemo’s Garden）目前已部署西門子 Xcelerator 解決方案組合，借以縮短其創(chuàng)新周期，并快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化。

尼莫花園由意大利潛水設(shè)備制造商 Ocean Reef 集團(tuán)的總裁 Sergio Gamberini 與其子 Luca Gamberini 于2021年聯(lián)合創(chuàng)立。尼莫花園的工程師、潛水員和科研人員團(tuán)隊孜孜以求，力證在水下種植草本植物、水果和蔬菜的可行性。尼莫花園的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新在于其打造的“水下生物圈”，這是一種非常特別的水下溫室，能夠有效利用海洋的有利環(huán)境條件，如溫度穩(wěn)定性、蒸發(fā)式淡水生成、二氧化碳吸收、充足的氧氣以及天然的蟲害屏障等，創(chuàng)造適合農(nóng)作物種植的理想環(huán)境。

尼莫花園的團(tuán)隊不僅在其原型生態(tài)圈中成功收獲了多種農(nóng)作物，還發(fā)現(xiàn)在此環(huán)境下培育的農(nóng)作物營養(yǎng)成分比采用傳統(tǒng)種植法培育的農(nóng)作物更高。尼莫花園亟需克服的下一難題就是將原型轉(zhuǎn)變成可在全球范圍內(nèi)部署的解決方案。

嚴(yán)酷的寒冬、短暫的夏季以及初始海底使用條件的種種限制，導(dǎo)致尼莫花園不得不將農(nóng)作物的生長周期控制在一年以內(nèi)，這就意味著每年他們僅有一個創(chuàng)新周期。生長周期內(nèi)會發(fā)生大量的設(shè)計變更、冗長的物理測試和高度依賴人工的監(jiān)測流程，這促使尼莫花園團(tuán)隊開始尋求加速創(chuàng)新和擴(kuò)大經(jīng)營規(guī)模的方法。于是，尼莫花園向 TekSea 技術(shù)咨詢公司的 Matteo Cavalleroni 征求如何利用先進(jìn)技術(shù)助其實現(xiàn)目標(biāo)的洞見。經(jīng)初步磋商，他們邀請西門子加入該項目，以期利用 Xcelerator 軟件和服務(wù)來幫助尼莫花園進(jìn)入下一發(fā)展階段，為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化/商品化奠定基礎(chǔ)。

尼莫花園聯(lián)合創(chuàng)始人 Luca Gamberini 表示：“最初了解到西門子的數(shù)字孿生技術(shù)時，我立刻被吸引了。尼莫花園的系統(tǒng)是獨一無二的，我們必需根據(jù)安裝環(huán)境的具體狀況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。利用數(shù)字孿生技術(shù)，我們便能在正式安裝之前以虛擬方式先對環(huán)境進(jìn)行建模，進(jìn)而預(yù)測將會遭遇的挑戰(zhàn)并尋找適合的方式加以解決。了解生物圈周圍的水流情況使我們大受裨益，現(xiàn)在，我們不僅能夠更好地了解生物圈周圍結(jié)構(gòu)的壓力點，同時還能掌握日照、溫度以及所有其它物理因素之間的各種互相作用會對植物產(chǎn)生怎樣的影響，而這一切都源自數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)⑽覀兊南到y(tǒng)準(zhǔn)確復(fù)制?！?/p>

尼莫花園生物圈的完整數(shù)字孿生，不僅可以利用西門子 NX? 軟件改進(jìn)設(shè)計，還能夠使用 Simcenter? STAR-CCM+? 軟件對生物圈內(nèi)的生長條件、設(shè)備對水域的影響以及安裝生物圈的整體環(huán)境進(jìn)行仿真。從此，尼莫花園團(tuán)隊便可以擺脫氣候條件、季節(jié)性以及短暫的生長期，或潛水和監(jiān)測的局限性等限制條件。通過在虛擬世界中對生物圈所做的調(diào)整進(jìn)行測試，團(tuán)隊得以大幅加快設(shè)計優(yōu)化速度。

邊緣監(jiān)測

除了物理生物圈的工程設(shè)計之外，尼莫花園還需要對其植物種植、跟蹤和收獲流程進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)展。為了打造可持續(xù)發(fā)展的業(yè)務(wù)模式，不再需要讓訓(xùn)練有素的潛水員潛入海底采集數(shù)據(jù)，尼莫花園充分借鑒西門子在傳統(tǒng)農(nóng)耕作業(yè)自動化方面的經(jīng)驗，建立了一套全面數(shù)字化、自動化的方法。

通過西門子的 MindSphere? 服務(wù)，尼莫花園可對現(xiàn)有的生長周期視頻資料以及傳統(tǒng)農(nóng)耕作業(yè)中同一農(nóng)作物的不同生長階段和健康狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 基于這一分析結(jié)果，西門子能夠訓(xùn)練一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，用以對穹頂結(jié)構(gòu)內(nèi)的植物生長情況以及環(huán)境條件進(jìn)行監(jiān)測。

將該算法部署到生物圈內(nèi)的西門子工業(yè)邊緣（Industrial Edge）計算設(shè)備之后，尼莫花園團(tuán)隊可以通過一個基于云的看板，在生長期內(nèi)隨時隨地對植物的生長情況進(jìn)行監(jiān)測。到下一生長期，通過將這些工業(yè)邊緣設(shè)備連接到執(zhí)行器上，便可自動對整個生長期內(nèi)的空氣循環(huán)、濕度、灌溉和營養(yǎng)劑用量等進(jìn)行調(diào)整。這將構(gòu)成可根據(jù)海底作業(yè)條件進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)不同海洋的具體情況進(jìn)行調(diào)整的全球性農(nóng)業(yè)服務(wù)基礎(chǔ)。

通過全面實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型，尼莫花園正逐步將一個概念轉(zhuǎn)變成一個具有商業(yè)可行性、且可在全球范圍內(nèi)進(jìn)行部署的可持續(xù)海底種植平臺。盡管新設(shè)計的生物圈要到下一生長期才開始部署，但基于生長環(huán)境的完整數(shù)字孿生，團(tuán)隊可以不斷推進(jìn)計劃，實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化和流程自動化，以便為全球部署做好充足的準(zhǔn)備。

西門子數(shù)字化工業(yè)軟件可持續(xù)發(fā)展副總裁 Eryn Devola 表示：“不只是大企業(yè)可以追求數(shù)字化，所有企業(yè)都可以。事實上，規(guī)模較小的企業(yè)或初創(chuàng)企業(yè)往往能夠通過數(shù)字化技術(shù)獲得巨大收益。我們與初創(chuàng)企業(yè)開展的合作有助于擴(kuò)大其影響力，推動并加速創(chuàng)新。 我們非常高興能夠與尼莫花園合作，他們不僅積極投身于以人為本的技術(shù)發(fā)展，致力于為人類提供更多食糧，同時還能對環(huán)境產(chǎn)生積極的影響，這實在令人激動?！?/p>