西门子和尼莫花园在海底创新打造新型水下温室

在接近意大利海岸的海平面下方，一场激动人心试验正在演出。犹如锚定在海底的巨型水母，一种全新的农业形状正在尼莫花园（Nemo’s Garden）悄然孕育。这些大型通明穹顶结构（也称为“生物圈”）是一种十分特别的新式水下温室，可有用运用海底的有利条件，如温度稳定性、蒸发式淡水生成、二氧化碳吸收以及天然的虫灾屏障等，打造合适栽培各种农作物的抱负环境。

尼莫花园的这个构思源自 Sergio Gamberini —— 潜水设备制作商 Ocean Reef 的总裁。2021年，为呼应朋友的应战，Sergio 将其潜水设备规划经历与其对园艺的酷爱之情两相交融，但却未曾想到终究会孕育出这样一个认为人类发明更多食物为愿景的全新商业模式。

曩昔十年来，Sergio Gamberini 与尼莫花园的团队孜孜以求，力证在水下栽培蔬果理念的可行性。他们不只在其原型生态圈中成功收成了各色各样的农作物，并且还发现在此环境下培养的植物养分成分，比选用传统栽培法培养的植物更高。下一步，他们要霸占的难题是将其原型生态圈变成可在全球范围内布置的处理方案，为此，他们迫切需求一种有用的新技能办法。

处理规划扩展应战的新途径

严格的隆冬、时刻短的夏日以及初始海底运用条件的种种约束，导致尼莫花园不得不将农作物的成长周期控制在一年以内，这就意味着每年也仅有一个阶段的立异时机。团队有必要在成长时刻和收成作业完毕后，才充沛了解规划或流程改变对农作物发生的影响，而这大大约束了团队对项目进行改善和扩展的速度。无论是下降本钱、进步生产力仍是改善植物的健康水平缓产值，任何规划改变都必需经过冗长的物理测验过程，还要支付原型的相关出资本钱，而在成长周期中高度依靠人工的监测流程，也导致了本钱进一步添加。

为了处理上述应战，尼莫花园向 TekSea 寻求协助。TekSea 是一家专心于工业4.0技能的咨询公司。来自 TekSea的 Matteo Cavalleroni 选定西门子数字化工业软件作为技能协作伙伴，协助尼莫花园将其“原型”转变为能够在国际任何地方制作和装置的农业代替处理方案。所以，尼莫花园开端布置西门子的 Xcelerator 软件与服务处理方案组合，两边的协作也从完成传感器监测的主动化扩展至树立以生物圈的数字孪生为中心的数字化战略。

数字孪生是物理产品或流程的虚拟表明，能够协助了解、猜测并优化其物理载体的功能特征。运用数字孪生技能，咱们能够在虚拟国际中进行立异，而无需顾忌物理原型的建立本钱以及传统办法固有的时刻约束。

在看过软件演示，并了解到数字化战略对其完成愿景的重要性后，尼莫花园的团队迫切希望与西门子的全球专家团队严密协作，敞开数字化转型之旅。

经过构建生物圈的完好数字孪生，尼莫花园的团队成功处理了上述应战。数字孪生技能不只协助尼莫花园完成了规划改善，一起还对其生物圈内的成长条件以及设备及其运用可能给地点水域带来的影响进行了仿真。从此，尼莫花园便能够脱节气候条件、时节性以及时刻短的成长时刻或对实践潜水和人工监测的依靠等许多约束。

经过在虚拟国际中运用仿真软件对生物圈所做的调整进行测验，团队得以大幅加速规划和流程的优化速度。

重塑生物圈

关于任何类型的工程项目来说，数据收集都是十分重要的一环；而当尼莫花园测验在海底栽培农作物时，数据收集的要害性更为杰出。在此前的成长时刻内，尼莫花园的团队现已用传感器收集了很多历史数据，这些数据对数字孪生的开发大有裨益。经过将温度、二氧化碳/氧气浓度、歪斜视点、海平面及能耗数据与初始仿真的猜测成果进行比对，能够生成用以验证尼莫花园穹顶结构及其周围海洋条件的数字孪生。

在虚拟模型和试验台的协助下，尼莫花园重新开端进行详尽的规划迭代，无需创立本钱昂扬的物理原型，或重复对海底环境进行调试。现在，尼莫花园内的条件可依据整个时节内海洋与生物量的改变进行调整，而不再需求“听其自然”。

这样一来，工程师们便能够集中精力回答一些更为要害的问题，例如：每个圈内应当栽培多少植物？植物需求多少阳光？为了应对正常与反常条件下施加于结构体上的压力和作用力，生物圈的最小壁厚和锚固强度应为多少？等等。

经过在虚拟环境中运用包含西门子 NX 和 Simcenter在内的 3D 规划和仿真软件，团队能够不断应战生物圈规划和制作的极限，设想功能更优的生物圈。曩昔，改变必需选用渐进式办法才能使一切参与者都精确衡量其影响。可是，经过创立生物圈的数字孪生并对意大利诺丽海湾（Bay of Noli）进行仿真，团队现在能够以更快的速度做出更有用的改变。他们构建加长型穹顶结构的模型，以添加每个圈内能够包容的植物数量，并削减资料的厚度，以到达减重的意图，一起也使得运送和装置作业愈加轻松。新生物圈还可运用纤细的聚合物线材制作，进一步下降布置的难度，并削减所需人力。

发明新流程

除了加速生物圈的规划和开发速度之外，尼莫花园的团队还需对用于栽培、盯梢和收成的区域进行优化并扩展其规划，以完成其可持续发展的商业方针。现在，他们正在布置全面数字化、主动化的办法，吸收学习西门子软件在传统农耕作业主动化方面的广泛经历，他们不再需求潜水员潜入海底收集数据。

与地上播种相同，水下生物圈内的植物成长也受制于各种因素的影响，如阳光、湿度、氧气/二氧化碳浓度等。为此，团队研发了鲁棒控制体系，能够以比传统播种办法更高的精确度对环境活跃进行监测和调整。

下一步，团队运用上传至西门子  MindSphere 物联网（IoT）体系中的实时印象，练习机器学习算法来断定单株植物的健康状况。经过将算法应用到每个生物圈内装置的西门子 Edge 控制器，尼莫花园的团队能够在成长时刻内随时随地对植物的实时成长状况进行长途监测。到下一成长时刻，再将 Edge 控制器连接到执行器上，让受过练习的 AI（人工智能）对整个成长时刻内的空气循环、湿度、灌溉和养分剂用量等主动进行调整。这将构成可依据海底作业条件进行优化，并依据不同海洋的具体状况进行调整的全球性农业服务根底。

充沛发挥数字孪生的优势，展望尼莫花园的未来

尼莫花园的旅程发端于与老友共进晚餐一时鼓起的轻松应战，终究演变成一个具有实在可行性的代替农业形状。经过与西门子达到协作，他们方案将此共同理念转变成具有商业可行性的海底栽培渠道，能够在全球范围内进行布置，尤其是在那些因为环境或经济原因此导致传统植物成长受阻的区域，完成可持续发展。

虽然尼莫花园现已播撒下成功的种子，其团队仍在为完成其终极方针而努力奋斗，经过在全球范围内布置数百个海底农场，为人类供给更多的食物。他们已开端探究进一步优化其海底农业渠道的办法，充沛运用西门子的立异技能，他们能够调集从机器人到太阳能的各种技能手段。经过运用“软件即服务”和数字孪生技能，尼莫花园将持续宣传新思路和立异思想，在进步产值的一起进一步下降环境影响。

 

注：该文来自Nemo’s Garden联合创始人 Luca Gamberini 与西门子数字化工业软件数字化企业副总裁 Alastair Orchard