Цифровые двойники в производстве:использование, преимущества и проблемы

Инфраструктура корпоративного класса может повысить эффективность инициатив цифровых двойников и обеспечить создание инновационных приложений.

Цифровые двойники предоставляют производителям новые способы проектирования, мониторинга и управления продуктами и объектами. Хотя базовая концепция цифровых двойников существует уже более десяти лет, недавнее внедрение и широкомасштабное использование технологий и услуг связи, таких как граничные вычисления, Интернет вещей (IoT) и 5G, теперь делают цифровых двойников практичными для промышленных приложений. .

Однако, как и при использовании любой новой технологии в коммерческих условиях, существуют проблемы, которые необходимо преодолеть, варианты использования, которые необходимо определить, передовой опыт, который необходимо изучить, и необходимость продемонстрировать ценность использования цифровых двойников для бизнеса. Чтобы разобраться в этих и других проблемах, RTInsights встретилась с Тоддом Эдмундсом, директором по стратегии промышленного Интернета вещей и периферийных устройств в Dell Technologies.

Мы выяснили, почему существует большой интерес к цифровым двойникам для производства, обсудили поддерживающие технологии, примеры использования, препятствия и то, как начать использовать цифровые двойники.

См. также: Центр граничных вычислений и 5G

Производство цифровых двойников

RTInsights: Что такое цифровые двойники и чем вызван интерес к их использованию в производстве?

Эдмундс: Цифровые двойники — это виртуальные копии реальных физических объектов, систем или организаций. А когда вы объединяете их с данными в реальном времени, они могут дать ценную информацию о работе этого объекта, системы или организации. В производстве может быть несколько различных типов цифровых двойников, но отрасль все еще пытается договориться о том, как их называть. Начнем с операционных цифровых двойников. Оперативные цифровые двойники позволяют задать вопрос и ответить на него, что происходит сейчас? Например, что происходит с роботами на моей фабрике. С этим типом цифрового двойника производитель также может задать вопрос:что я должен делать на своем заводе сейчас? Должен ли я проводить профилактическое обслуживание этих роботов? Как я могу использовать этот цифровой двойник для анализа долгосрочных показателей качества, связанных с производимой мной продукцией?

Кроме того, существует следующее поколение цифровых двойников, которые представляют собой моделирующие близнецы более высокого уровня. Это позволяет вам задать и ответить на вопрос, что, если? Что, если я увеличу скорость своей линии на 25 процентов? Не выйдут ли из строя роботы и другие активы на этой производственной линии преждевременно? И если да, то стоит ли это делать, потому что я могу получить больше продукции на своем заводе прямо сейчас, что приведет к увеличению прибыли, несмотря на увеличение затрат на ремонт? Эти комплексные цифровые двойники следующего поколения обладают почти безграничными возможностями в области Промышленности 4.0, интеллектуального производства и промышленных приложений IoT.

Если у вас есть правильный цифровой двойник и подходящая инфраструктура для размещения этого цифрового двойника, почти каждый вариант использования в Индустрии 4.0, все возможности эффективности, которые вы можете реализовать с помощью последних инициатив в области интеллектуального производства, могут быть объединены в реализацию этого цифрового двойника. Именно здесь проявляется реальная ценность — единое решение, которое сочетает в себе профилактическое обслуживание, прозрачность производства, аналитику и искусственный интеллект, а также дополненную и виртуальную реальность. Представьте себе, что руководитель завода может виртуально пройтись по производственному цеху и сразу увидеть, что происходит на всем заводе и даже внутри каждого элемента оборудования, например роботов или машин.

Включение технологий

RTInsights: Какие вспомогательные технологии необходимы для использования цифровых двойников?

Эдмундс: Пограничные вычисления — приближение вычислительных мощностей к месту производства и обработки данных — сейчас является актуальной темой в отрасли, поскольку организации стремятся быстрее принимать решения и сокращать свои расходы на облачные вычисления. Это также эффективный способ внедрения технологий, необходимых для цифровых двойников. В частности, для производства и промышленности существует два типа граничных вычислений, которые очень полезны для развертывания цифровых двойников.

Во-первых, это промышленные вычисления. . Промышленный край включает в себя защищенные устройства, которые размещаются на полу завода и могут работать в условиях экстремальных температур, высокой вибрации и жестких условий, которые вы найдете на большинстве производственных предприятий. Промышленные периферийные вычисления используются для подключения и извлечения данных из заводских устройств, которые не очень легко делятся своими данными. Например, цифровой двойник робота нуждается в постоянном потоке данных о состоянии в режиме реального времени, чтобы поддерживать его точность и эксплуатационную ценность. Вычислительные устройства Industrialedge будут использоваться для получения и обработки соответствующей информации об управлении, датчиках и окружающей среде.

Второй тип периферийных вычислений, который имеет решающее значение для этого, — это пограничные вычисления для предприятий. . Иногда называемая толстым краем, это локальная инфраструктура вычислений, хранения и сети корпоративного уровня, необходимая для обработки данных и рабочих нагрузок, необходимых для реализации настоящего цифрового двойника. Когда вы думаете о сотнях или тысячах производственных активов на большом заводе, невозможно, чтобы все данные, необходимые для реализации такого количества цифровых двойников, хранились исключительно в облаке. Требования к пропускной способности, ограничения задержки, политики безопасности, объемы данных, вопросы суверенитета и существенные затраты на передачу всех этих данных в облако и из него будут слишком высокими.

Таким образом, локальная инфраструктура корпоративного уровня будет необходима для обработки данных и рабочих нагрузок множества цифровых двойников, которые будут установлены на заводе. А когда вы добавите 5G и предстоящее подключение Wi-Fi6, этот тип архитектуры распределенных граничных вычислений значительно упростит доступ и использование новых потоков информации, обеспечиваемых этими новыми технологиями.

Преимущества DigitalTwin

RTInsights: Как цифровые двойники используются в производстве и в чем их преимущества?

Эдмундс: Есть три широкие категории, и в конце я приведу вам пару примеров. Во-первых, цифровые двойники могут дать представление о сквозном проектировании и разработке продукта. Производитель может создать виртуальную среду разработки продукта, которая хранит всю информацию о продукте в одном месте, что может решить проблемы с хранилищами данных, которые обычно существуют в производственных организациях.

Еще одно применение цифрового двойника в производстве — предоставление информации о текущем состоянии и состоянии ценного производственного актива. Цифрового двойника можно использовать для мониторинга и реагирования на состояние и тенденции актива в режиме реального времени, а также на то, как он влияет на общая работа завода. Применяя аналитику и ИИ, цифровой двойник можно использовать для прогнозирования того, когда актив может выйти из строя во время производства, и планирования обслуживания во время обычного простоя, прежде чем это повлияет на показатели пропускной способности.

А еще есть использование следующего поколения, эта третья категория цифрового двойника, которая дает вам представление о будущих решениях. Такие цифровые двойники будут применять ИИ и аналитику более высокого уровня для оптимизации функциональности ваших активов. Они также сократят затраты, время обслуживания и время простоя. Например, McLaren, знаменитая гоночная команда Формулы-1 (F1), смогла сократить время сборки своего гоночного автомобиля Формулы-1 с 42 месяцев до 24 месяцев, используя возможности цифрового двойника. Применяя те же технологии цифровых близнецов, они также смогли разработать свой серийный гиперкар P1 вдвое быстрее и вдвое дешевле по сравнению с типичным отраслевым стандартом.

Другой пример разрабатывается для военных США, чтобы использовать цифровых двойников для создания различных итераций военных машин, чтобы оптимизировать и проверить живучесть этих машин. Цифровые двойные технологии позволяют моделировать то, как транспортные средства могут выполнять сотни или тысячи различных сценариев атак, а также имитировать попадание под удар различных типов боеприпасов в нескольких местах. Использование цифрового двойника позволяет им создавать более безопасные и живучие машины.

Вызовы DigitalTwin

RTInsights: Какие проблемы возникают при развертывании и использовании цифровых двойников?

Эдмундс: Цифровым двойникам нужна инфраструктура корпоративного уровня для обработки данных и рабочих нагрузок. Эта корпоративная инфраструктура должна быть спроектирована с учетом безопасности, масштабируемости и надежности. Как только вы начнете осознавать ценность данных цифровых двойников, надежность и масштабируемость станут ключевыми факторами, а для этого потребуются первоначальные инвестиции в правильную инфраструктуру. Это приводит к необходимости определить наиболее ценные инициативы цифровых двойников и количественно оценить рентабельность инвестиций, чтобы обосновать ценность внедрения наиболее эффективной архитектуры. Таким образом, цифровой двойник можно правильно внедрить на начальном этапе и с правильной инфраструктурой корпоративного уровня, необходимой для масштабирования.

Еще одна проблема заключается в том, что сегодняшний цифровой двойник находится в довольно новой фазе, довольно новой концепции. Цифровые двойники существовали на протяжении десятилетий, но они не настолько хороши, чтобы мы могли видеть точную копию всей системы, системы систем или активов на заводе. Именно к этому движется отрасль, где некоторые из ведущих компаний спешат создать программное обеспечение и приложения, которые могут реализовать настоящего цифрового двойника. Никто еще не совсем там. Есть много очень хороших компаний и очень хороших приложений, которые могут работать с различными частями этой экосистемы цифровых двойников. Но пока нет комплексного, единственного окончательного решения для цифрового двойника.

Начало работы с цифровыми двойниками

RTInsights: Как компании начинают использовать цифровых двойников?

Вы должны оценить ценность, цель, которую вы хотите получить от цифрового двойника, и быть готовым инвестировать в инфраструктуру. Для этого вам не нужно начинать с полной сквозной инфраструктуры. Однако инфраструктура должна быть спроектирована так, чтобы ее можно было широко и глубоко масштабировать, чтобы обрабатывать данные и компьютерные рабочие нагрузки, необходимые для создания цифрового двойника, чтобы обеспечить окупаемость инвестиций.

Таким образом, вы можете начать с малого с начальной реализации цифрового двойника. Правильная инфраструктура позволит вам добавить к этому несколько цифровых двойников и масштабироваться до сотен или даже тысяч различных цифровых двойников всех мыслимых типов.

Еще один способ начать работу — принять участие в быстро развивающейся экосистеме digitaltwin. Одним из лучших является Консорциум цифровых двойников. Консорциум DigitalTwin — это совместная организация, занимающаяся инновациями в области технологии цифрового двойника. Она была основана Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft и Lendlease и включает в себя некоторых ведущих технологических игроков внутри и вне сферы промышленного Интернета вещей и Индустрии 4.0. Консорциум цифровых двойников имеет производственную рабочую группу, а также отраслевые группы по инфраструктуре и зданиям, природным ресурсам, аэрокосмической и оборонной промышленности. Консорциум открыт для всех, кто хочет присоединиться. Присоединение — отличный способ узнать о цифровых двойниках и о том, что другие компании делают с цифровыми двойниками, а также определить будущее терминологии, технологий и таксономии цифровых двойников и то, чем они могут быть.