Цифровые двойники и виртуальный ввод в эксплуатацию в контексте Четвертой промышленной революции

Сейчас мы наблюдаем возрождение интереса к тем технологиям, которые уже давно известны производителям, но благодаря Индустрии 4.0, применяются по-новому.

Четвертая промышленная революция

Впервые термин «Индустрия 4.0» в том виде, в котором мы используем его сегодня, был упомянут на Ганноверской промышленной выставке-ярмарке в 2011 году Вольфгангом Вальстером, директором Немецкого исследовательского центра по искусственному интеллекту. Сегодня люди по-разному трактуют этот термин (в этой статье приводится исчерпывающий обзор некоторых определений от лидеров мнений), но главным остается то, что Индустрия 4.0 представляет собой интеллектуальную сеть машин и процессов, работающих на благо индустрии с помощью информационных и компьютерных технологий.

Перспективы и влияние четвертой промышленной революции настолько велики, что производители просто не могут их игнорировать. Огромные возможности открываются как для производителей, так и для поставщиков: исследовательские компании ожидают, что в течение следующих пяти лет рынок технологий Индустрии 4.0 вырастет как минимум в два раза. Влияние, которое эти технологии будут оказывать на мировую экономику, будет весьма ощутимым. По данным Mckinsey, к 2025 году экономический эффект от использования технологий Индустрии 4.0 на фабриках составит 1,2—3,7 трлн в год.

Цифровые двойники

В начале 2000-х признание получила концепция цифровых двойников благодаря работе Майкла Гривза из Мичиганского университета. Гривз предположил, что модель цифрового двойника состоит из трех частей:

• физического продукта реального мира;
• виртуального продукта цифрового мира;
• данных и информации, которые связывают реальный объект с его виртуальной копией.

За последние несколько лет определение и перспективы цифровых двойников эволюционировали, но основная идея осталась прежней, виртуальная копия физического объекта — это постоянно обновляющаяся и управляемая с помощью ПО репрезентация соответствующего физического актива или процессов.

Существует множество вариантов использования цифровых двойников, и так как это очень интересная отрасль с точки зрения исследований и инноваций, их список постоянно растет. Чаще всего цифровые двойники помогают:

• Утверждать системные модели благодаря данным реального мира;
• Принимать решения и предупреждающие действия;
• Прогнозировать изменения, происходящие с физическим объектом со временем;
• Находить новые возможности применения и источники дохода.

Использование цифровых двойников несет в себе множество потенциальных преимуществ: эффективность производства и качество продукции станут выше, а незапланированные простои и время запуска сократятся. Применять цифровых двойников можно с момента проектирования производства и до введения в эксплуатацию и технического обслуживания, их значение сложно переоценить на протяжении всего производственного жизненного цикла.

Сегодня производители настроены еще более оптимистично по отношению к перспективам цифровых двойников. Хотя термин «цифровой двойник» используется уже несколько лет, сейчас все больше производителей вкладываются в эту технологию. Недавний опрос, который провела исследовательская компания LNS Research среди 300 производителей, показал, что 75% респондентов либо уже внедрили, либо планируют использовать цифровых двойников в своей организации.

Виртуальный ввод в эксплуатацию

Проектировать и внедрять новое производственное решение дорого и затратно по времени. Как только проект завершен, а оборудование установлено, остается еще один шаг до передачи производства — ввод в эксплуатацию. На этом этапе необходимо объединить средства управления, устранить ошибки, прописать процедуры и обучить операторов работать с новым оборудованием, процессами и обновленными процедурами. Этот этап сложен, поэтому часто его бывает трудно распланировать, что задерживает производство и может привести к задержкам отгрузок и даже потере бизнеса. Вместо ввода новой системы или роботизированной ячейки в реальности, ввод в цифровом формате включает в себя создание виртуальной копии с ее последующим тестированием и проверкой модели в спроектированной виртуальной среде. Это позволяет:

• Тестировать код и устранять ошибки в виртуальной среде;
• Моделировать работу оборудования, выявлять возможные проблемы и быстро найти альтернативные решения;
• Моделировать работу роботизированной ячейки;
• Разрабатывать операционные процессы;
• Обучать супервизоров и операторов оборудования;
• Смоделировать, как новое оборудование работает на предприятии, чтобы определить узкие места и пространственные ограничения, и определить их до того, как оборудование будет установлено.

Если коротко, то благодаря виртуальному вводу в эксплуатацию инженеры и операторы могут тестировать новое оборудование и вносить любые изменения как перед запуском, так и вовремя его работы, но до непосредственного внедрения оборудования на предприятии. В результате внедрить и интегрировать оборудование получается легче и быстрее, исключаются лишние расходы и простои, которые могут повлиять на производство.