2020-03-24. За даними IDC FutureScape, всього лише за два роки 30% від 2000 найбільших компаній світу будуть використовувати дані цифрових двійників для покращення успішності нових продуктів та підвищення якості вже існуючих. Gartner, компанія з дослідження ринку, прогнозує, що половина великих промислових компаній вже працюватимуть з цими віртуальними аватарами до 2021 року, що підвищить їх продуктивність на 10%. Цифровий двійник став синонімом промислової революції і вважається ключовою інновацією, що супроводжує Промисловість 4.0.

Створення нової вартості

"Цифровий двійник відкриває двері до нових, захоплюючих галузей бізнесу для промислових компаній", - розповідає Райнер Старк, професор кафедри промислових інформаційних технологій Берлінського технічного університету та директор відділу створення віртуальних продуктів Інституту Фраунгофера (Prof. Rainer Stark, Chair of Industrial Information Technology at the Technical University of Berlin and Director of the Virtual Product Creation division at the Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology IPK), які вже 10 років проводять дослідження даної галузі. «Створення цінностей раніше обмежувалося реальним світом, але поява цифрового двійника тепер закладає фундамент для компаній, щоб отримувати інформацію з реального життєвого циклу товару для подальшої роботи. Це дає зразки, які до цього часу були обмежені до початку розробок, а тепер вони супроводжують продукт протягом усього його життєвого циклу ", - пояснює він.

Наприклад, у автомобільній промисловості - це може допомогти створити більш індивідуальний досвід водіння, пропонуючи додаткові функції, що відповідають конкретному стилю водіння. Висновки на основі використання можуть бути також включені в розробку подальших моделей. У виробничих умовах існує можливість швидше виявити та усунути відхилення від норми, оскільки такі проблеми, як зношування інструменту, будуть виявлені на ранній стадії. Спеціальні зміни виробничих робочих процесів також будуть можливі, оскільки їх вплив буде змодельовано до введення в експлуатацію. За даними галузевої асоціації Bitkom, економічний потенціал усіх цифрових близнюків у виробничому секторі до 2025 року складе понад 78 мільйонів євро.

ДНК цифрового двійника

Все залежить від природи цифрового двійника. «Те, як інтерпретується цифровий двійник, дуже різниться. Згідно з нашим визначенням, це цифрове зображення конкретного продукту, що на основі даних про модель, визначення характеристик, стану та поведінки цього продукту. Він заснований на цифровому зразку - оригінальній віртуальній моделі, згідно з якою продукт повинен виготовлятися ", - каже Старк. У цифровому зразку розробники визначають, як буде виглядати продукт і як він буде працювати. Потім додаються характерні риси. Ці моделі обчислень надають інформацію про те, що відбувається, якщо виріб почне вібрувати, як він реагує на удари чи зіткнення, як він відкривається та закривається тощо.

"Деякі люди вважають, що цього для цифрового двійника достатньо, але наше визначення йде далі. Кожен продукт створює «тіньову» історію з даними про експлуатацію, стан та процес. Тільки коли буде встановлено інтелектуальний зв'язок між цифровим зразком і частиною, що залишилася в тіні - ми матимемо справжнього цифрового двійника», - продовжує Старк. Іншими словами, цифрова модель підсилюється реальними даними про фактичне використання продукту і, таким чином, дозволяє робити висновки, перевіряти та впроваджувати зміни чи оптимізації.

Однак концепція може працювати лише в тому випадку, якщо компанії застосовують підхід, заснований на програмному забезпеченні. "Багато заводів і машинобудівних компаній в даний час все ще покладаються на механізм мехатронного проектування, в рамках якого функціональна інтеграція супроводжується безпосередньо фізичною інтеграцією у формі прототипу", - пояснює Старк. Більшість компаній потребує переосмислення, щоб здійснити цифрову трансформацію. Вони досягнуть успіху лише в тому випадку, якщо жорсткі технологічні ланцюги будуть розірвані і замінені функціональними підрозділами, які спілкуються один з одним. Ключ до загальної мови полягає в стандартизації форматів даних. Структура даних становить ДНК цифрового двійника.

Просто питання переговорів

Технологічна мережа Smart Engineering and Production 4.0 розробляє рішення для вертикальної інтеграції даних в інженерно-виробничий процес. На основі прикладу виробництва розподільчої шафи, компанії-партнери Eplan, Rittal та Phoenix Contact створюють цифровий двійник для супроводу товару протягом його життєвого циклу - від розробки та введення в експлуатацію до експлуатації та обслуговування. "Детальні цифрові описи окремих компонентів, функцій та спеціальних функцій продукту складають основу для цього. Зважаючи на те, що eCl@ss стає затвердженим як глобальне стандартне рішення щодо класифікації продуктів та їх однозначного опису, виробники вже подають дані компонентів у такому форматі на портал даних Eplan», - розповідає продукт менеджер Eplan Thomas Weichsel. "Це є додатковою практичною перевагою для нашої компанії, оскільки робить доступ до інформації про товар дуже простим - наприклад, скануючи QR-код", - додає доктор Andreas Schreiber, керівник відділу бізнесу та інновацій у Phoenix Contact. Основний потенціал, який він бачить, полягає у здатності зробити весь життєвий цикл продукту більш ефективним та прозорим, при цьому всі відповідні функції продукту доступні в стандартизованій формі як для інженерних, так і для виробничих процесів. "Це звільняє від подальших трудомістких кроків, де треба вручну отримувати дані і вводити їх до системи", - говорить Шрайбер. Таким чином, Phoenix Contact використовує програмне забезпечення Eplan Pro Panel для розробки 3D-моделі розподільчої шафи, яка вже містить повну інформацію про окремі дроти, обладнання, клемні блоки, з’єднувальні перемички та маркування, а також необхідні процеси обробки компонентів. Отже, цифровий зразок створено.

«Наступним кроком є використання нейтрального для виробника інтерфейсу для включення цифрового прототипу у виробниче середовище, наприклад, в інтелектуальну систему управління виробництвом», - пояснює Томас Вайхсел . Потім ця система перевіряє, які етапи виробництва потрібні, чи відповідає виробництво вимогам цього етапу та в якому порядку ці вимоги можуть бути виконані. "Дані, що використовувалися в процесі інженерії, впроваджуються у систему управління машиною з метою виробництва. Це дає змогу підготувати компоненти до обробки, нарізати допоміжні рейки правильної довжини, встановити згідно проекту клемні блоки", - каже Ян-Генрі Шалл, керівник інноваційного центру Rittal (Jan-Henry Schall, Head of the Rittal Innovation Center).

З'єднувальний елемент

Для автоматизації наступного кроку, система управління повинна зв’язатися зі станком та домовитись про узгодження майбутніх завдань. «Ми використовуємо результати Asset Administration Shell, розроблені університетом RWTH Aachen та промисловою асоціацією ZVEI, які співпрацюють з машинобудівними компаніями та електротехнічною промисловістю, щоб впровадити Промисловість 4.0. І ми додаємо до цих висновків конкретні інженерні програми для розподільних пристроїв ", - повідомляє Вайхсел. Проект визначає програми адміністрування для всіх систем, машин та компонентів у певному ланцюжку вартості, які беруть участь у процесі та ведуть переговори один з одним. Мета полягає в тому, щоб системи також могли в майбутньому таким чином узгоджувати дуже складні процеси з виробництвом. Позитивний вплив на інженерні рішення шляхом факторизації результатів виробництва - лише один із прикладів.

Отже цифровий двійник відіграє ключову роль у дигіталізації, допомагаючи компаніям прискорити інновації та підвищити продуктивність при переході до Промисловості 4.0.