在稱為工業 4.0 的第四次工業革命期間，幾乎每個市場的工業流程和製造都轉向數位化，包括農業、採礦、重型機械和建築自動化系統等。現今，這種數位轉型的趨勢並未減緩。一項 McKinsey & Co. 的全球工業機器人調查指出，從 2022 年到 2027 年，工業公司預計將將 25% 的資本支出投入於自動化。該調查也發現，自動化已經在常見的工業作業中實施或試行，例如棧板化與包裝、物料搬運與卸貨等。
隨著工業自動化的普及，另一場革命正在興起。工業 4.0 著重於技術與自動化，而工業 5.0 則強調人類與技術之間的互動與協作。然而，儘管存在著細微的差異，包括模擬、數位孿生，以及其他電腦輔助工程 (CAE) 工具的數位解決方案，依然有著重要的貢獻。
讓我們來探索工業 5.0，並瞭解模擬和數位工程如何提供支援。
運用數位解決方案，為工業 5.0 的支柱提供支援
歐盟委員會認為工業 5.0 比 4.0 更全面，且特別強調永續性、以人為本與韌性等支柱。該委員會建議在工業 5.0 期間採用更審慎的工業化方法，將其關注重點從效率和生產力擴展到產業對社會的貢獻。
由模擬驅動的數位工程，能以多種方式為這些支柱提供支援，包括以下幾個方面。
最大化數位線程
數位線程可協助公司在整個產品生命週期中提升可追溯性，並獲得深入見解。團隊成員可以追蹤產品及其數位資產，從概念、設計、開發，到營運與維護 (O&M)。設計人員可以與工程師或所屬部門以外的專家共用模型，同樣地，工程師或專家也能同樣分享給設計人員。這能改善關鍵工業設備的效率、可靠度和操作，例如 CNC 或銑床、輸送帶和機器手臂，或是堆高機和移動設備等。
傳統上，工程師會在設計過程中整合模擬功能，以掌握深入見解、為開發提供資訊，或作為後期的分析後驗證工具。但如今，隨著先進嵌入式感測器、AI/ML 整合，以及降階建模等技術的出現，工程師可以建立數位線程和數位孿生，在包括 O&M 的整個產品生命週期中最大化模擬的效益。
工程師和設計人員可以使用包括 Ansys Mechanical 結構有限元素分析軟體的 Ansys 多物理模擬工具來改善設計，從而減少實體原型製作，同時支援永續性。
5.0 的支柱：永續性 / 數位工程優勢：虛擬原型設計
模擬和數位解決方案能透過許多方式支援永續發展，但最明確和最基本的方法之一，便是虛擬原型設計。透過虛擬原型設計，工程師能在流程的早期便分析與改善模型的設計。這能提高準確度，並經常減少甚至避免需要重新設計的情況，同時減少所需的實體原型數量。雖然在可預見的未來中，實體原型在某些程度上可能永遠是工業設計流程的一部分，但相較於傳統方法，虛擬原型設計可大幅減少所使用的材料、成本和時間，進而實現更永續的流程和更少的浪費。
Ansys (現已與 Synopsys 合而為一) 透過涵蓋從結構、流體到電子等工程領域的完整多物理模擬工具開放式生態系，為虛擬原型設計提供支援。此外，Ansys Connect 解決方案能將整個組織的模擬、資料和資源連結到單一數位線程，讓數位工程變得更輕鬆，進而提升營運效率和協同合作能力。這些解決方案包括模擬流程與資料管理 (SPDM)、材料管理、流程整合與設計最佳化 (PIDO)，以及基於模型的系統工程 (MBSE)。其他解決方案則支援特定技術與領域，例如數位孿生、人工智慧與機器學習 (AI/ML)、積層製造，以及雲端運算。
Ansys 多物理模擬使用 Ansys SCADE 平台等工具支援軟體定義架構，可簡化關鍵控制應用程式設計並自動化驗證、合格/認證程式碼產生，以及文件生成等。
5.0 的支柱：以人為本 / 數位工程優勢：物聯網和網路物理系統
人與技術的連結本身就是數位工程與模擬工作流程中固有的關係動態，涵蓋所有領域，但在使用軟體定義架構時，您可以確實看到這種連結發揮作用。
Ansys 多物理模擬支援軟體定義架構，包括嵌入式軟體、感測器和其他網路技術，可實現網路物理系統、物聯網 (IoT) 應用領域和數位孿生之間的連線。這些工具包括 Ansys SCADE 嵌入式軟體產品套件和 Ansys Twin Builder 基於模擬的數位孿生平台。
透過將 Ansys 的模擬能力整合到系統設計與開發之中，工業團隊可以使用先進的技術來提高準確度、降低風險，並更緊密地進行協同合作。舉例來說，透過運用模擬和數位孿生技術，可強化包括機器人、輸送帶和塗層、壓延或混合等特定材料製程等感測器和網路物理系統的運作，並實現即時的操作員互動。
工業 5.0 以人為本的中心驅動了一些研究人員探索人類網路物理系統 (HCPS) ── 也稱為網路物理人類系統 (CPHS)── 這樣的系統採用了人機迴圈 (HiL) 典範。
Ansys Minerva 軟體透過可設定的角色型儀表板，讓所有團隊成員都能存取工作狀態、關鍵指標與任務指派等，協助組織避免發生生產延遲。
5.0 的支柱：韌性 / 數位工程優勢：預測性維護和規劃
在 COVID-19 停工期間遭遇到供應鏈問題之後，製造商一直都在尋求打造具備更高韌性系統的方法。在許多情況下，數位化在這項工作中發揮了重要的作用。一些產業高階主管甚至認為預測性規劃對於供應鏈管理至關重要，並認為在疫情發生前導入數位化的公司，比沒有數位化的公司表現更好。
Ansys 模擬透過 Ansys TwinAI AI 支援的數位孿生軟體等工具提供預測性深入見解，該軟體結合了數位孿生技術與 AI/ML 整合。Ansys 混合式數位孿生結合資料與物理學，為即時監控、預測性維護與效能最佳化等能力提供支援。
此外，透過如 Ansys Minerva SPDM 軟體等資料管理解決方案中可設定的角色型儀表板，管理員和團隊成員可以擷取進行中工作的狀態、關鍵指標與更多資訊。這有助於避免生產延誤，無論相關人員有無在辦公室、離開工廠，或是否已具備模擬的相關經驗。Minerva 軟體也是 Connect 產品系列中的數位工程支援解決方案，讓組織能更輕鬆地建立數位線程。
互相搭配之下，工作流程自動化可強化預測性規劃，並使模擬更加普及。工作流程自動化與工業自動化並不相同。工業自動化利用數位解決方案，將實體工作流程自動化，完成傳統上需要由人類執行的工作和程序，例如棧板化與貨物接收等。工作流程自動化則使用數位解決方案來自動化數位工作流程。
例如，使用者可以使用 Ansys optiSLang PIDO 軟體捕捉自己的工作流程，並將其發佈至 Minerva 平台或專用服務自動化框架 (SAF)，進而建立自動生成的應用程式。這表示模擬專家可以建立 optiSLang 工作流程，將可重複的過程捕捉並發佈出去，讓其他不具備最佳化或模擬專業知識的團隊成員能使用這些工作流程並執行模擬。
發揮數位工程的完整潛力
工業 5.0 具備全面性的方法，帶來更多與先進技術和自動化高效且協作運作的機會。同時，透過提供數位互連性和包括材料最佳化等營運效率，能協助克服常見的產業挑戰，同時支援工業 5.0 的各大支柱：永續性、以人為本和韌性。
若要深入瞭解工業 5.0 以及模擬與數位工程如何為其提供支援，請參閱電子書《製造與加工中的互連性》。
