西门子数字孪生解决方案推动水下农业发展

· 西门子的 Xcelerator 解决方案组合助力尼莫花园创建可持续的水下生物圈数字孪生，大幅加快设计迭代和测试速度。

· 西门子企业级产品创新工具帮助小型专业团队实现数字化转型

· 通过将 MindSphere 驱动的机器学习算法部署到工业边缘计算设备上，实现远程监测和流程自动化，并向设计部门提供反馈。

西门子数字化工业软件今日宣布，专注于研究可持续水下农作物种植的初创企业——尼莫花园(Nemo’s Garden)目前已部署西门子 Xcelerator 解决方案组合，借以缩短其创新周期，并快速实现产业化和规模化。

尼莫花园由意大利潜水设备制造商 Ocean Reef 集团的总裁 Sergio Gamberini 与其子 Luca Gamberini 于2021年联合创立。尼莫花园的工程师、潜水员和科研人员团队孜孜以求，力证在水下种植草本植物、水果和蔬菜的可行性。尼莫花园的关键技术创新在于其打造的“水下生物圈”，这是一种非常特别的水下温室，能够有效利用海洋的有利环境条件，如温度稳定性、蒸发式淡水生成、二氧化碳吸收、充足的氧气以及天然的虫害屏障等，创造适合农作物种植的理想环境。

尼莫花园的团队不仅在其原型生态圈中成功收获了多种农作物，还发现在此环境下培育的农作物营养成分比采用传统种植法培育的农作物更高。尼莫花园亟需克服的下一难题就是将原型转变成可在全球范围内部署的解决方案。

严酷的寒冬、短暂的夏季以及初始海底使用条件的种种限制，导致尼莫花园不得不将农作物的生长周期控制在一年以内，这就意味着每年他们仅有一个创新周期。生长周期内会发生大量的设计变更、冗长的物理测试和高度依赖人工的监测流程，这促使尼莫花园团队开始寻求加速创新和扩大经营规模的方法。于是，尼莫花园向 TekSea 技术咨询公司的 Matteo Cavalleroni 征求如何利用先进技术助其实现目标的洞见。经初步磋商，他们邀请西门子加入该项目，以期利用 Xcelerator 软件和服务来帮助尼莫花园进入下一发展阶段，为实现产业化/商品化奠定基础。

尼莫花园联合创始人 Luca Gamberini 表示：“最初了解到西门子的数字孪生技术时，我立刻被吸引了。尼莫花园的系统是独一无二的，我们必需根据安装环境的具体状况进行适应性调整。利用数字孪生技术，我们便能在正式安装之前以虚拟方式先对环境进行建模，进而预测将会遭遇的挑战并寻找适合的方式加以解决。了解生物圈周围的水流情况使我们大受裨益，现在，我们不仅能够更好地了解生物圈周围结构的压力点，同时还能掌握日照、温度以及所有其它物理因素之间的各种互相作用会对植物产生怎样的影响，而这一切都源自数字孪生技术能够将我们的系统准确复制。”

尼莫花园生物圈的完整数字孪生，不仅可以利用西门子 NX™ 软件改进设计，还能够使用 Simcenter™ STAR-CCM+™ 软件对生物圈内的生长条件、设备对水域的影响以及安装生物圈的整体环境进行仿真。从此，尼莫花园团队便可以摆脱气候条件、季节性以及短暂的生长期，或潜水和监测的局限性等限制条件。通过在虚拟世界中对生物圈所做的调整进行测试，团队得以大幅加快设计优化速度。

边缘监测

除了物理生物圈的工程设计之外，尼莫花园还需要对其植物种植、跟踪和收获流程进行优化和扩展。为了打造可持续发展的业务模式，不再需要让训练有素的潜水员潜入海底采集数据，尼莫花园充分借鉴西门子在传统农耕作业自动化方面的经验，建立了一套全面数字化、自动化的方法。

通过西门子的 MindSphere® 服务，尼莫花园可对现有的生长周期视频资料以及传统农耕作业中同一农作物的不同生长阶段和健康状态的参考数据进行分析。 基于这一分析结果，西门子能够训练一种机器学习算法，用以对穹顶结构内的植物生长情况以及环境条件进行监测。

将该算法部署到生物圈内的西门子工业边缘(Industrial Edge)计算设备之后，尼莫花园团队可以通过一个基于云的看板，在生长期内随时随地对植物的生长情况进行监测。到下一生长期，通过将这些工业边缘设备连接到执行器上，便可自动对整个生长期内的空气循环、湿度、灌溉和营养剂用量等进行调整。这将构成可根据海底作业条件进行优化，并根据不同海洋的具体情况进行调整的全球性农业服务基础。

通过全面实施数字化转型，尼莫花园正逐步将一个概念转变成一个具有商业可行性、且可在全球范围内进行部署的可持续海底种植平台。尽管新设计的生物圈要到下一生长期才开始部署，但基于生长环境的完整数字孪生，团队可以不断推进计划，实现设计优化和流程自动化，以便为全球部署做好充足的准备。

西门子数字化工业软件可持续发展副总裁 Eryn Devola 表示：“不只是大企业可以追求数字化，所有企业都可以。事实上，规模较小的企业或初创企业往往能够通过数字化技术获得巨大收益。我们与初创企业开展的合作有助于扩大其影响力，推动并加速创新。 我们非常高兴能够与尼莫花园合作，他们不仅积极投身于以人为本的技术发展，致力于为人类提供更多食粮，同时还能对环境产生积极的影响，这实在令人激动。”