在意大利海岸外，海面下正在发生惊人的事情。类似于锚定在海底的巨型水母，一种新的农业形式正在尼莫的花园中生长。这些大型透明圆顶或生物圈是一种独特的新型水下温室。这些生物圈利用海洋的积极环境因素——温度稳定性、蒸发淡水生成、二氧化碳吸收和自然保护免受害虫侵害——创造适合种植各种农产品的环境。尼莫花园背后的创意是塞尔吉奥·甘贝里尼 (Sergio Gamberini)，潜水设备制造商 Ocean Reef 的总裁，他在 2012 年受到一位朋友的挑战，希望将他设计潜水设备的经验与他对园艺的热情结合起来——但他没想到这会变成一项新业务，其愿景是为人类创造更多食物人口。在过去的十年里，Gamberini 和 Nemo 的团队‘s Garden 一直在努力证明在水下种植水果和蔬菜是可行的。他们不仅从他们的原型生物圈中成功地收获了多种作物，而且还发现在这种环境中生长的植物比使用传统方法种植的植物含有更丰富的营养成分。下一个重大障碍是将他们的原型变成一个解决方案，可以在全球范围内部署——但他们知道他们没有再用 10 年的时间来实现这一目标，并且知道他们需要找到一种采用新技术的方法。
克服扩展挑战的新途径
严冬、短暂的夏季和最初的海底使用许可限制限制了 Nemo 的花园每年只有一个生长周期，这意味着每年只有一个创新周期。只有在生长季节和收获完成后，团队才能充分了解设计或工艺变更对作物的影响——限制团队开发新产品的速度。并扩大项目规模。为降低成本、提高生产能力或改善植物健康和产量而进行的任何设计变更都需要这一冗长的物理测试步骤以及原型的相关投资成本。生长周期中大量人工监控流程进一步增加了这些成本。Nemo’s Garden 求助于 TekSea，这是一家专注于应用工业 4.0 技术帮助组织提供可持续解决方案的咨询公司。 TekSea 的 Matteo Cavalleroni 将 Siemens Software 确定为技术合作伙伴，可以帮助将原型转变为可行的替代农业解决方案，可以在世界任何地方制造和安装。 Nemo's Garden 开始实施 Xcelerator 软件和服务组合，合作范围从传感器监控自动化扩展到开发以生物圈数字孪生为中心的数字化战略。数字孪生是一种虚拟表示物理产品或过程的基础，用于理解、预测和优化物理对应物的性能特征。使用数字双胞胎，创新可以在虚拟世界中进行，不受物理原型制作成本和传统方法的时间限制。当 Nemo's Garden 的团队看到软件演示以及数字化战略如何帮助他们实现目标时，他们印象深刻他们的愿景。因此，他们渴望与西门子全球专家团队密切合作，开始他们的数字化之旅。Nemo 花园生物圈的全面数字化双胞胎帮助团队应对了所有挑战。它不仅包括设计演变，还包括生物圈内生长条件的模拟，以及设备及其使用对设备所在水域的影响。它们不再受天气条件、季节性和生长季节短的限制，也不再依赖于物理潜水和手动监控。通过虚拟世界中的模拟软件测试对生物圈的适应性，使团队能够以大大加快的速度完善设计和过程。重塑生物圈
数据收集对于任何类型的工程项目；然而，当尝试做一些全新的事情时，比如在海底种植食物，这一点尤为重要。 Nemo's Garden 团队在前几个赛季收集了大量的历史传感器数据，这对开发数字双胞胎特别有用。将温度、CO2 / O2 浓度、倾角、水位和功耗数据与初始模拟的预测进行比较，以验证 Nemo 花园穹顶和周围海洋的数字孪生模型。借助可用的虚拟模型和测试台，设计迭代在没有昂贵的物理原型构建或在海底环境中进行迭代微调的情况下重新开始换货。尼莫花园内的条件可以随着海洋和生物量在季节中的变化而调整，而不是依赖被动的生长环境。这使工程师能够回答关键问题——例如：每个围栏中应该种植多少植物？应该让多少阳光照射到植物上？在正常和异常情况下处理作用在结构上的压力和力所需的最小穹顶厚度和锚固强度是多少？ – 在虚拟环境中使用 3D 设计和仿真软件，包括西门子的 NX 和 Simcenter 软件，该团队能够突破生物圈设计和建造的极限，并想象出更好的生物圈。以前，需要逐步进行更改，以便所有相关人员都能准确衡量影响。但是，通过利用生物圈的数字双胞胎和诺利湾模拟，该团队现在能够产生更大的影响tful 变化，更快。他们正在建模细长的圆顶，以在每个外壳中容纳更多的植物，并减少材料的厚度以减轻重量，这也使运输和安装更容易。新的生物圈也可以用细聚合物线构建，这将进一步减少部署困难，同时也减少所需的人力。定义新流程
除了加快生物圈的设计和开发，Nemo's Garden还需要优化和扩大栖息地以进行种植、追踪和收获，以实现其可持续业务目标。他们正在采用全数字化、自动化的方法，借鉴西门子在利用软件实现传统农业实践自动化方面的丰富经验，不再需要训练有素的潜水员在水下收集数据。就像地球上的农业一样，有大量的影响生物圈水下植物生长的因素——阳光、胡湿度、O2/CO2 浓度等——因此该团队设计了强大的控制系统，与传统农业相比，可以更精确地主动监控和调整环境。该团队接下来使用上传到西门子 MindSphere 物联网 (IoT) 的实时视频服务来训练机器学习算法来确定单个植物的健康状况。通过将算法部署到每个生物圈中的 Siemens Edge 控制器上，Nemo's Garden 团队可以在整个季节从任何地方实时远程监控植物。下个季节，Edge 控制器将连接到执行器，允许训练有素的 AI 自动调整整个季节的空气流通、湿度、灌溉和营养剂量。这将成为全球农业服务的基础，针对海底作业进行了优化，并针对世界上的每一个海洋进行了调整。收获数字孪生的好处和 fuNemo's Garden 的 ture
Nemo's Garden 的团队采取了一些最初作为与朋友共进晚餐时轻松挑战的东西，并将其变成了一种可行的农业替代品。他们与西门子合作，将这一独特概念转变为商业上可行的海底农业平台，可以在全球范围内可持续部署，特别是在环境或经济原因阻碍传统植物生长的地区。虽然成功的种子已经播下在 Nemo 的花园中，该团队仍在努力实现他们的最终目标，即在全球范围内安装了数百个设施，为世界人口提供更多食物。他们已经在探索如何使用令人兴奋的西门子新技术进一步完善他们的海底农业平台，这将使他们能够介绍从机器人技术到太阳能的一切。利用软件即服务和数字双胞胎，它们将继续传播新想法和创新将提高产量，同时进一步减少环境足迹。作者简介作者：Nemo 花园联合创始人 Luca Gamberini 和 Siemens Digital Industries Software 数字企业副总裁 Alastair Orchard
