01 Февраль 2020
Компоненты Индустрии 4.0: Эксперты ООО «ПТС» о технологии цифрового двойника в формате вопрос-ответ

Компоненты Индустрии 4.0: Эксперты ООО «ПТС» о технологии цифрового двойника в формате вопрос-ответ

Эксперты компании «ПТС», технический директор Дмитрий Солонцов и руководитель направления PLM Андрей Никольский, подготовили для Вас ответы на вопросы о технологии цифрового двойника, одного из важнейших компонентов Индустрии 4.0.

 

1. Концепция Цифрового двойника в том понимании, которое мы вкладываем сегодня в это понятие, была описана еще около двух десятилетий назад. С тех пор она развивалась в тесной взаимосвязи с развитием существующих и появлением новых технологий в области виртуального представления физических объектов и способов передачи и анализа данных. Какие технологические компоненты на сегодняшний день входят в понятие Цифрового двойника применительно к сфере промышленного производства?

Концепция Цифрового двойника, которая представляет собой логическое развитие концепции полного электронного определения изделия (ПЭОИ), полагается на уже существующие средства и решения - действительный цифровой макет изделия, выполняемый в САПР, электронную структура изделия и ее конструктивное, технологическое, эксплуатационное представление в совокупности с данными о конструкции, технологии изготовления, эксплуатации в виде инструкций и регламентов, реализованные в PLM-системе. В портфеле продуктов компании РТС имеется полный набор решений, на основе которых можно построить Цифровой двойник. Это такие продукты, как:

  • Windchill Modeler - построение системных моделей;
  • САПР Creo Parametric - создание цифрового макета изделия и расчетов;
  • PLM Windchill - хранение и управление данными об изделии на всех этапах жизненного цикла. Windchill хранит полное цифровое представление изделия;
  • ThingWorx Foundation SCO – IoT-платформа для разработки решений, ориентированных на конкретное предприятие;
  • ThingWorx Manufacturing Apps – платформа для мониторинга оборудования и KPI производственных линий;
  • ThingWorx Analytics - платформа для анализа, хранения данных и выполнения прогностических расчетов;
  • Vuforia - платформа дополненной реальности.

 

2. Чем концепция Цифрового двойника принципиально отличается от распространенных технологических подходов, использующих сквозные цифровые решения для всех этапов жизненного цикла изделий и объектов, например на основе PLM, ERP, BIM, которые также позволяют осуществлять отображение и аналитику данных в режиме реального времени и интерактивное управление текущим производством и строительством? Каковы реальные преимущества технологии Цифровых двойников?

Нельзя сказать, что технология Цифрового двойника новая, - впервые она была опробована НАСА при подготовке полетов космического корабля Аполло. Сегодня для тех, кто работает на промышленных рынках, Цифровой двойник - мощный помощник в получении бизнес-выгод от раскрытия потенциала таких технологий, как Интернет вещей, облачные вычисления, сенсоры. Совокупное использование всех этих технологий обеспечивает совершенно новый уровень аналитики и представления данных. Теперь виртуальные представления настолько точно передают реальные объекты, что практически неотличимы от оригинала. Развитие и широкое использование информационных технологий на производственных линиях обеспечивает сбор информации о средствах производства и свойствах производимых изделий. Информационные технологии обеспечили автоматизированный сбор данных при помощи датчиков, измерительных машин, лазеров, компьютерного зрения и светового сканирования. Именно современные технологии позволяют реализовать концепцию Цифрового двойника, используя информацию, созданную на всех этапах замкнутого жизненного цикла изделия и обеспечивая сокращение расходов и ускорение инноваций в производстве изделий.

Модель концепции Цифрового двойника состоит из трех ключевых составляющих: физическое изделие в реальном пространстве, виртуальное представление изделия в виртуальном пространстве, взаимосвязь данных виртуального и физического объектов.

Технологии теперь не только обеспечивают актуальность и точность сбора информации и ее последующую визуализацию, но и предоставляют широкий спектр возможностей по тестированию производительности предприятия. Соответственно, при работе с виртуальной моделью мы имеем дело уже не с фиксированными запланированными данными, а с проверенными статистическими показателями каждого параметра с учетом его тренда.

Цифровой двойник предоставляет три важных инструмента: концептуальный подход, возможность сравнения и возможность совместной работы. В отличие от компьютера, следующего в решении задачи шаг за шагом в точном соответствии с алгоритмом, человек способен взглянуть на процесс в общем и конкретизировать задачу. Таким образом, на первом этапе необходимо определить сферу применения Цифрового двойника и построить процесс разработки изделия согласно конкретным параметрам. Инструмент сравнительного анализа позволяет непрерывно выявлять отклонения полученного результата от запланированного, постоянно корректируя виртуальное представление объекта. Коллективная работа над поставленной задачей дает возможность разносторонне подойти к ее решению и охватить больше вариаций создаваемой модели, поскольку Цифровой двойник предоставляет неограниченный доступ к ней неограниченному количеству людей, которые в виртуальном пространстве могут протестировать бесконечное количество сценариев и смоделировать поведение реальных объектов.

Собирая данные об условиях и способах производства изделий, Цифровой двойник позволяет на основе полученных результатов с высокой точностью предсказывать поведение систем и виртуально моделировать процесс производства согласно запланированным технологическим процессам.

В отличие от решений на базе PLM, ERP, BIM концепция Цифрового двойника предоставляет инструменты и методики прогностической аналитики в сочетании с технологией обработки Больших данных. Преимуществами для промышленных предприятий являются сокращение времени простоя оборудования, а также времени на ремонт, повышение качества ремонта, заказ оптимального количества запасных частей по результатам выявления отклонений в работе оборудования.

 

3. Если ставить целью создание «полномасштабного» Цифрового двойника действующего предприятия, как правильно выстроить стратегию достижения этой цели? Какие последовательные этапы либо параллельные направления преобразований она должна включать в себя? Потребуется ли при этом изменение существующей на предприятии модели управления производством?

Компания «ПТС» на основе методик PTC продвигает стратегию Digital Transformation, которая описывает шаги при переходе к цифровому предприятию для типового производства.

Шаг 1. Анализ предприятия на предмет выявления целей и достигаемых преимуществ и формирования стратегий цифровой трансформации.

Шаг 2. Анализ на основе методики Industrie 4.0 Maturity Index производственных процессов предприятия, IT-инфраструктуры и технического оснащения на предмет соответствия выбранной стратегии.

Шаг 3. Определение архитектуры решения, разработка дорожной карты и плана цифровой трансформации на основании сформированной стратегии.

Шаг 4. Модернизация процессов управления, IT-инфраструктуры и оснащения.

Шаг 5. Апробация решения.

Шаг 6. Оптимизация решения.

Шаг 7. Масштабирование решения. 

 

4. Требует ли реализация концепции Цифровых двойников некоего определенного уровня развития информационной инфраструктуры и наличия у предприятия соответствующих ресурсных возможностей?

Необходимые условия для создания Цифрового двойника физического актива - наличие вычислительных мощностей для генерации данных и доступа к локальным, облачным и периферийным серверам для возможности дальнейшей обработки и хранения данных, а также надежное Интернет-подключение для передачи этих данных, например сотовая сеть LTE для географически распределенных активов или частная глобальная сеть с низким энергопотреблением (LPWAN). Любая форма подключения к Интернету требует также разумных систем безопасности, обеспечивающих адекватную защиту устройств в сети, периметра сети, данных и сервера.

Также должно быть доступно цифровое определение актива со всей системой исторических записей, которое может включать модели САПР, интеграцию с управлением жизненным циклом изделия (PLM), данные от подключенных датчиков, получаемые в режиме реального времени.

На основании такого цифрового определения предприятия регулируют сложность и точность Цифровых двойников, интегрируя их с платформой IIoT и прогнозной аналитикой, ERP- и MES-системами, дополненной реальностью, искусственным интеллектом, аддитивным производством и многими другими технологиями. Чем больше технологий используется при создании Цифровых двойников, тем более полными проводниками цифровых данных они становятся.

Платформа Промышленного Интернета вещей требуется для подключения, контекстуализации и взаимодействия с разрозненными физическими активами. Не менее важна интеграция бизнес-систем в масштабах предприятия на организационном (ERP) и производственном (MES) уровнях. Данные становятся доступными для сотрудников через человеко-машинный интерфейс (ЧМИ), диспетчерские компьютеры и информационные панели.

Технологии дополненной реальности обеспечивают новые формы взаимодействия цифрового представления и физического актива. Облачные приложения и имитационные модели IIoT дополнительно прогнозируют результаты работы оборудования в режиме реального времени на базе архивных и текущих данных о производительности, используя платформу IIoT в качестве основы для дальнейшего развития Цифрового двойника.

Цифровой двойник стратегически объединяет все эти технологии, позволяя достичь максимальных выгод для бизнеса.

 

5. Цифровой двойник строится и функционирует на основе данных из самых разных источников, поэтому очевидно, требуется некое интеграционное ПО для сведения их в общую цифровую модель и интегрирования в едином решении всех систем, задействованных в работе Цифровых двойников.

Такая платформа может быть разработана только индивидуально, под специфику конкретного предприятия или на рынке существуют решения, которые могут взять на себя эту роль?

В стратегии PTC Digital Transformation такой платформой является ThingWorx. ThingWorx включает средства разработки и набор готовых компонентов, что позволяет адаптировать решения, разработанные на данной платформе, под специфику и требования конкретного предприятия. Решение ThingWorx Flow имеет в своем составе адаптеры ко всем современным информационным платформам и приложениям PLM, ERP, MES, CRM и позволяет создавать межсистемные процессы с передачей данных на основе Rest, OSLC и других web-стандартов.

В портфеле программного инструментария РТС есть также платформа для разработки приложений дополненной реальности Vuforia, которая имеет интерфейсы со всеми современными системами САПР.

 

6. Можно ли будет использовать в дальнейшем такую интеграционную платформу с целью объединения Цифровых двойников отдельных производственных активов предприятия в единый целостный образ для построения виртуального двойника всего производства?

Проблемы коммуникационных стандартов при расширении охвата технологией Цифровых двойников все более крупных производственно-экономических структур не должно возникнуть, поскольку все компоненты, реализующие концепцию Цифрового двойника, построены на базе стандартизованных технологий и решений. Например, цифровой макет изделия выполняется по стандартам ГОСТ, ISO и проч. Электронная структура изделия и документация - на основе тех же стандартов. Передача данных осуществляется в соответствии со стандартами STEP. Также стандартизован язык формирования аналитических моделей. 

 

7. Какие существуют потенциальные проблемы и риски при внедрении технологии Цифровых двойников? Как их можно предотвратить?

Проблемы и риски должны быть определены и осознаны на самых ранних стадиях цифровых преобразований. Именно поэтому предприятию, планирующему внедрение технологии Цифрового двойника и проведение цифровой трансформации производства, предлагается выявить индекс зрелости – Maturity Index Industrie 4.0, о котором мы говорили выше. Потенциальными проблемами можно считать отсутствие развитой IT-инфраструктуры, устаревшее оборудование, низкую квалификацию персонала.

 

8. Как скоро предприятие, внедряющее технологию Цифровых двойников, может рассчитывать на экономическую отдачу? Каковы ключевые показатели, по которым можно оценить эффективность данного проекта на каждом этапе?

Мы бы переформулировали вопрос таким образом: «Какие репутационные, экономические, финансовые потери ждут гипотетическое предприятие, отказывающееся от внедрения технологии Цифровых двойников производства? На каком временном лаге?» Если следовать принципу «практика – критерий истинности, статистика – мать аналитики», нужно обратиться к отчетам признанных экспертов в области IT (McKinsey & Company, IDC, Forrester research, J’son & Partners Consulting и др.). Все они, как правило, солидарны в том, что для промышленных предприятий иной перспективы, кроме цифровой трансформации, просто не существует. Создание Цифровых двойников на тех или иных участках производства – лишь один из качественных показателей уровня цифровой трансформации предприятия.

Для каждого конкретного предприятия показатели, по которым можно судить об эффективности проектов создания Цифровых двойников, могут быть получены на основе методик расчета возврата инвестиций, а также практически полученных цифр из открытых отчетов компаний, реализовавших или реализующих переход к Индустрии 4.0.

 

9. В отсутствие на данном этапе единых подходов и методик для разработки Цифровых двойников, когда каждый идет в этой области своим путем и структура виртуальных двойников различается от предприятия к предприятия и от разработчика к разработчику, насколько проблема коммуникационных стандартов может стать препятствием для процесса цифровизации промышленной сферы, например, в масштабе национальной экономики?

Проблемы коммуникационных стандартов при расширении охвата технологией Цифровых двойников все более крупных производственно-экономических структур не должно возникнуть, поскольку все компоненты, реализующие концепцию Цифрового двойника, построены на базе стандартизованных технологий и решений. Например, цифровой макет изделия выполняется по стандартам ГОСТ, ISO и проч. Электронная структура изделия и документация - на основе тех же стандартов. Передача данных осуществляется в соответствии со стандартами STEP. Также стандартизован язык формирования аналитических моделей. 

 

10. В каких отраслях наиболее актуально сегодня внедрение Цифровых двойников? Можно привести примеры проектов, реализованных в российских промышленных компаниях с использованием данной технологии? В каком объеме она внедрена и какие задачи решаются с ее помощью?

 Наиболее широко на сегодняшний день Цифровые двойники применяются в сфере проектирования, производства и эксплуатации, сервисного и технического обслуживания.

Технология Цифрового двойника открывает новые возможности для дискретных производителей, благодаря способности физического и виртуального двойников «говорить» между собой. Иными словами, они заменяют проектировочные «предположения» конкретными данными и знаниями, существенно снижая время выхода изделий на рынок и оптимизируя этап разработки. Цифровые двойники дают проектировщикам четкое понимание того, как изделие будет использоваться в полевых условиях, и имеют возможность быстро оптимизировать разработку «под клиента» или под новые функции за счет обратной связи, получаемой от изделия на протяжении всего жизненного цикла.

Цифровые двойники процессов кардинально меняют характер управления производственной деятельностью. Предприятия получают исчерпывающее представление о своих текущих операциях, повышая операционную эффективность и гибкость цепочки поставок.

До появления технологии Промышленного Интернета вещей предприятиям приходилось полагаться на отзывы клиентов и оперативные данные, чтобы понять, насколько эффективны производимые ими изделия. Цифровой двойник не только дает обратную связь в реальном времени, но и способен делать аналитические прогнозы. Это поле для получения новых типов прибыли, например от предоставления расширенного пакета услуг, который может существенно повысить удовлетворенность и лояльность клиентов.

На сегодняшний день технология успешно закрепилась в таких производственных отраслях, как пищевая промышленность, авиа- и судостроение, легкая промышленность, другие наукоемкие отрасли. Стоит отметить активный рост числа пользователей из числа эксплуатирующих организаций и служб сервиса, предпочитающих подключенное изделие и документацию в дополненной реальности классическим решениям.

В качестве примера можно привести реализацию на базе технологий РТС глобального онлайн-решения для отслеживания эффективности упаковочных линий в компании Carlsberg. Результаты внедрения обеспечили компании следующие выгоды:

  • глобальный мониторинг упаковочных линий;
  • уход в прошлое внеплановых остановок;
  • поставка расходных материалов и запасных частей до начала ремонта;
  • повышение операционной производительности с минимальным количеством прерываний операций;
  • прозрачность происходящего на фабриках в режиме реального времени.

Использование технологии Промышленного Интернета вещей для получения данных с локальных компьютеров и настройки облачных приложений позволило Carlsberg ускорить развертывание решения на своих производственных площадках по всему миру и получать оперативные данные об упаковочных линиях, делая их доступными для всех групп пользователей. Решение уже реализовано на 17-ти заводах, при этом его внедрение на одной фабрике занимает всего один месяц.

Программное обеспечение ThingWorx в связке с ПО Kepware повысило операционную производительность (OEE) на пивоваренных заводах Carlsberg всех упаковочных линий без замены оборудования и изменения процедур контроля на местах.

Цифровые двойники также успешно используются в процессах обеспечения качества и предоставления рабочих инструкций в компании Volvo Group.

Ярким примером применения технологии Цифрового двойника, реализованного в российской промышленной компании, является построение Цифрового двойника газоперерабатывающей турбины производства Уральского турбинного завода (УТЗ, входит в холдинг «РОТЕК»). На УТЗ компанией «ПТС» внедрена система создания и использования цифрового макета изделия на базе программного обеспечения Creo, Windchill и комплекса ПО для проведения расчетов. В системе была полностью рассчитана, спроектирована и доведена до производства турбина Кп-77-6,8. Весь процесс разработки и изготовления занял 8 месяцев вместо 2,5 лет.

 

11. Является ли курс промышленных компаний на создание Цифрового двойника всей своей производственной структуры тем решением, которое позволит им встроиться в русло технологических трендов, которые будут определять в ближайшие десятилетия формат производственного предприятия?

Российским промышленным компаниям не стоит игнорировать мощный трансформирующий потенциал, который заложен в Цифровых двойниках, и откладывать его освоение. Многие технологии, необходимые для создания Цифровых двойников, уже используются на промышленных предприятиях. Усиление и консолидация ценности этих технологий внедрением Цифровых двойников - одна из самых разумных бизнес-инициатив для предприятия, идущего путем цифровой трансформации и ориентированного на будущее, а не на прошлое.

 

Узнайте подробнее о решениях для цифрового двойника

 


   


Новые материалы

Поддержка online

МЫ В СОЦСЕТЯХ

icon fb icon youtube icon vk icon insta icon chechweechechwee

Поиск



Неверный Ввод

Актуальные предложения

webinars2

Войти

Войти на сайт

Логин *
Пароль *
Запомнить меня