Использование цифровых двойников в производстве: выгоды, приложения и вызовы

Класс предприятия инфраструктура может улучшить эффективность инициатив цифровых двойников и обеспечить инновационные приложения.

Цифровые двойники дают производителям новые способы проектировать, мониторить и управлять продуктами и объектами. Хотя базовая концепция цифрового двойника существует уже более десятилетия, недавнее внедрение и широкое использование технологий связности и сервисов, таких как периферийные вычисления, Интернет вещей (IoT) и 5G, теперь делают цифровые двойники практичными для промышленных приложений.

Однако, как и при использовании любой новой технологии в коммерческих настройках, есть вызовы для преодоления, варианты использования для определения, лучшие практики для изучения и необходимость продемонстрировать ценность использования цифрового двойника для бизнеса. Чтобы разобраться в этих и других вопросах, RTInsights встретился с Тоддом Эдмундсом, директором по промышленному IoT и стратегии периферии в Dell Technologies.

Мы исследовали, почему есть большой интерес в цифровых двойниках для производства, обсудили обеспечивающие технологии, варианты использования, препятствия и как начать использовать цифровые двойники.

Смотрите также: Центр периферийных вычислений и 5G

Цифровые двойники в производстве

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

Эдмундс: Цифровые двойники — это виртуальные копии реальных физических объектов, систем или организаций. И когда вы комбинируете их с данными в реальном времени, они могут давать ценные инсайты в операцию того объекта, системы или организации. В производстве может быть множество разных типов цифровых двойников, но отрасль все еще пытается договориться, как их называть. Давайте начнем с операционных цифровых двойников. Операционные цифровые двойники позволяют вам задать и ответить на вопрос: что происходит сейчас? Например, что происходит с роботами на моем заводе. С этим типом цифрового двойника производитель также может задать вопрос: что мне следует делать на моем заводе сейчас? Должен ли я делать предиктивное обслуживание этих роботов? Как я могу использовать этот цифровой двойник для просмотра долгосрочных метрик качества, связанных с продуктами, которые я произвожу?

Затем есть следующее поколение цифрового двойника, которое является более высокоуровневым симуляционным двойником. Он позволяет вам задать и ответить на вопрос: а что если? Что если я увеличу скорость моей линии на 25 процентов? Выйдут ли роботы и другие активы на этой производственной линии из строя преждевременно? И если так, стоит ли это сделать, потому что я могу получить больше производства с моего завода прямо сейчас, приводя к более высоким маржам прибыли несмотря на увеличенные затраты на ремонт? Эти следующего поколения, комплексные цифровые двойники имеют почти безграничные возможности в приложениях Индустрии 4.0, умного производства и промышленного IoT.

Если у вас правильный цифровой двойник и правильная инфраструктура для хостинга этого цифрового двойника, почти каждый отдельный вариант использования Индустрии 4.0, все эффективности, которые вы можете реализовать с последними инициативами умного производства, могут быть объединены в эту реализацию цифрового двойника. Вот где приходит реальная ценность — единое решение, объединяющее предиктивное обслуживание, видимость завода, аналитику и искусственный интеллект, и даже дополненную и виртуальную реальность. Представьте менеджера завода, способного виртуально пройтись по производственному полу и сразу увидеть, что происходит по всему заводу и даже внутри каждого куска оборудования, такого как роботы или машины.

Обеспечивающие технологии

RTInsights: Какие обеспечивающие технологии нужны для использования цифровых двойников?

Эдмундс: Периферийные вычисления — приближение вычислительной мощности ближе к тому, где данные производятся и обрабатываются — это текущая горячая тема по всей отрасли прямо сейчас, когда организации смотрят на принятие более быстрых решений и сокращение своих облачных расходов. Это также эффективный способ внедрения технологий, необходимых для цифровых двойников. Конкретно для производства и индустрии есть два типа периферийных вычислений, которые очень полезны для развертывания цифровых двойников.

Первый — вычисления на промышленной периферии. Промышленная периферия включает закаленные устройства, которые сидят на заводском полу и могут работать в экстремальных температурах, высокой вибрации, закаленных средах, которые вы находите в большинстве производственных объектов. Промышленные периферийные вычисления используются для подключения и извлечения данных из заводских устройств, которые не делятся своими данными очень легко. Например, цифровой двойник робота нужен постоянный поток данных статуса в реальном времени для поддержания своей точности и операционной ценности. Промышленные периферийные вычислительные устройства использовались бы для приема и обработки соответствующей контрольной, сенсорной и среды информации.

Второй тип периферийных вычислений, который критичен для этого — это корпоративная периферия. Иногда называемая толстой периферией, это он-прем, корпоративного класса вычислительная, хранилищная и сетевая инфраструктура, необходимая для обработки данных и рабочих нагрузок, необходимых для внедрения истинного цифрового двойника. Когда вы думаете о сотнях или тысячах заводских активов на большом заводе, нет никакого способа, чтобы все данные, необходимые для внедрения такого количества цифровых двойников, будут храниться исключительно в облаке. Требования полосы пропускания, ограничения задержки, политики безопасности, объемы данных, вопросы суверенитета и существенные затраты на передачу всех этих данных в и из облака будут слишком запретительными.

Так что он-прем, корпоративного класса инфраструктура будет необходима для обработки данных и рабочих нагрузок для множеств цифровых двойников, которые будут на заводе. И когда вы добавите 5G и предстоящий Wi-Fi 6 связность, этот тип распределенной архитектуры периферийных вычислений делает гораздо более легким доступ к и использование новых потоков информации, включенных этими новейшими технологиями.

Выгоды цифровых двойников

RTInsights: Как цифровые двойники используются в производстве и каковы их выгоды?

Эдмундс: Есть три широкие категории, и я дам вам пару примеров в конце. Во-первых, цифровые двойники могут дать инсайт в сквозной дизайн и инженерию продукта. Производитель может создать виртуальную среду разработки продукта, которая держит всю информацию о продукте в одном месте, что может решить проблемы силосов данных, которые типично существуют в производственных организациях.

Другое использование цифрового двойника в производстве — дать инсайт в текущий статус и условия высокоценного производственного актива. Вы можете использовать цифровой двойник для мониторинга и реакции на статус в реальном времени и тренды актива и как это влияет на общую операцию завода. Применяя аналитику и ИИ, цифровой двойник может использоваться для предсказания, когда актив может выйти из строя во время производства и планировать обслуживание во время нормального простоя до того, как это повлияет на метрики пропускной способности.

И затем есть использования следующего поколения, та третья категория цифрового двойника, которая дает вам инсайты в будущие решения. Такие цифровые двойники бы применяли более высокий уровень ИИ и аналитику для оптимизации функциональности ваших активов. Они также бы снижали затраты, время обслуживания и простой. Например, McLaren, знаменитая команда Formula One (F1), смогла сократить время сборки своего гоночного болида F1 с типичных 42 месяцев до 24 месяцев, используя возможности цифрового двойника. Применяя те же технологии цифрового двойника, они также смогли разработать свой производственный гиперкар P1 за половину времени и за половину стоимости типичного отраслевого стандарта.

Еще один пример разрабатывается для военных США для использования цифровых двойников для построения разных итераций военных транспортных средств для оптимизации и тестирования выживаемости этих транспортных средств. Технологии цифровых двойников позволяют симулировать, как транспортные средства могут выполняться под сотнями или тысячами разных сценариев атак и симулировать попадание разными типами боеприпасов в множественных локациях. Использование цифрового двойника позволяет им построить намного более безопасное, намного более выживаемое транспортное средство.

Вызовы цифровых двойников

RTInsights: Каковы вызовы при развертывании и использовании цифровых двойников?

Эдмундс: Цифровые двойники нуждаются в корпоративного класса инфраструктуре для обработки данных и рабочих нагрузок. Такая корпоративная инфраструктура должна быть спроектирована вокруг безопасности, масштабируемости и надежности. Как только вы начнете видеть ценность данных цифрового двойника, надежность и масштабируемость будут ключевыми, и это требует инвестиций в правильную инфраструктуру заранее. Это ведет к необходимости выявления инициатив цифровых двойников с наивысшей ценностью и квантования ROI для обоснования ценности внедрения наиболее эффективной архитектуры. Таким образом, цифровой двойник может быть внедрен правильно изначально и с правильной корпоративного класса инфраструктурой, необходимой для масштабирования.

Другой вызов в том, что сегодняшний цифровой двойник находится в довольно новой фазе, довольно новой концепции. Были цифровые двойники десятилетиями, но они не действительно до точки, где мы смотрим на эту точную реплику всей системы, системы систем или активов на заводском полу. Там направляется отрасль, где некоторые из топовых компаний гонятся за построением софта и построением приложений, которые могут внедрить тот истинный цифровой двойник. Никто еще не совсем там. Есть много очень хороших компаний и очень хороших приложений, которые могут обрабатывать разные части этой экосистемы цифрового двойника. Но нет сквозного, единого окончательного решения для цифрового двойника еще.

Начало работы с цифровыми двойниками

RTInsights: Как компании начинают использовать цифровые двойники?

Вы должны посмотреть на ценность, цель, которую вы хотите получить от цифрового двойника, и быть готовы инвестировать в инфраструктуру. Вам не нужно начинать с полной сквозной инфраструктуры, чтобы это произошло. Однако инфраструктура должна быть спроектирована, чтобы иметь возможность масштабироваться широко и глубоко для обработки данных и компьютерных рабочих нагрузок, необходимых для создания цифрового двойника способом для реализации возврата инвестиций.

Так что вы можете начать с малого с начальной реализацией цифрового двойника. Правильная инфраструктура позволит вам добавить множество цифровых двойников поверх того и масштабироваться до сотен или даже тысяч разных цифровых двойников каждого мыслимого типа.

Другой способ начать — вовлечься в экосистему цифровых двойников, которая быстро эмерджит. Одной из лучших является Digital Twin Consortium. Digital Twin Consortium — это коллаборативная организация, движущая инновациями технологии цифровых двойников, основанная Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft и Lendlease, и включающая некоторых ведущих технологических игроков внутри и вне промышленного IoT и Индустрии 4.0. Digital Twin Consortium имеет рабочую группу по производству, а также отраслевые фокус-группы для инфраструктуры и зданий, природных ресурсов, аэрокосмики и обороны. Консорциум открыт для любого, кто хочет присоединиться. Присоединение — отличный способ узнать о цифровых двойниках и том, что другие компании делают с цифровыми двойниками и сформировать будущее терминологии, технологии и таксономии для цифровых двойников и того, чем они могут быть.