Промышленный IoT и революция цифровых двойников: трансформация производства

Цифровой двойник — это концепция создания цифровой копии физического объекта или процесса с использованием данных от умных устройств (датчиков). Канал, соединяющий цифровой двойник с его физическим прототипом, называется «цифровой нитью». Цифровая модель регулярно обновляется и улучшается с включением ИИ и данных, предоставляя актуальную виртуальную реальность. Объединение физического объекта с его компьютерным аналогом критически важно. С ростом тренда промышленного IoT технология цифровых двойников становится значимее než когда-либо.

Цифровые копии подключены сетевыми технологиями, их способность устранять проблемы и обеспечивать высокую операционную производительность делает эту технологию необходимой для каждой организации.

Предоставляя компаниям полную цифровую реплику продуктов, технология цифровых двойников позволяет заранее обнаруживать физические проблемы в оборудовании, чтобы предпринять действия до возникновения инцидентов.

Однако создание цифровой реплики оборудования — сложная задача. Лучший подход: создать цифровой аналог для одного участка производства, запустить его, затем расширить на другие зоны.

Кроме того, цифровой двойник отличается от САПР (CAD). Его реальный потенциал — быстрое создание реальной связки между физическим и цифровым доменами в промышленности.

Связанная статья: Обзор рыночных оценок и фаз

Технология цифровых двойников меняет лицо производства, снижая затраты, контролируя активы и уменьшая простои из-за поломок. Цифровой аналог физического объекта играет ключевую роль в промышленном IoT. Технология открывает новые возможности для бизнеса по всему миру. Цифровая реплика использует виртуальную реальность, данные и графическое моделирование для создания точной виртуальной модели оборудования.

Принцип работы технологии цифрового двойника:

В современных технологиях датчики на физических объектах на заводе собирают данные и передают их в компьютерную реплику; их взаимодействие улучшает производительность физического объекта. Важно: виртуальный аналог можно создать еще до физического строительства оборудования.

Для точной виртуальной копии инженерам нужно собирать и объединять данные из множества источников: производственная статистика, информация о работе, аналитическое ПО. Также нужны процедуры ИИ, интегрируемые в цифровую реплику конкретного оборудования.

Уровни использования цифровой реплики в производстве:

#1 Уровень компонента:

Выделяет критически важный отдельный компонент во всем производственном процессе — тот, от которого сильнее всего зависит процесс.

#2 Уровень актива:

Создает цифровую реплику конкретной части оборудования, используемой в производственной фазе.

#3 Системный уровень:

Применяется, когда производителям нужно улучшить всю производственную линию.

#4 Процессный уровень:

Охватывает весь жизненный цикл продукта: от проектирования и разработки через производство и распределение до использования конечным пользователем. Это помогает развивать текущие и будущие продукты.

Связанная статья: 5 лучших применений промышленного IoT в транспорте

План проектирования концепции цифрового двойника:

#1 Конструирование:

Этап включает оснащение физического объекта множественными датчиками, измеряющими параметры объекта и окружения. Измерения делятся на две категории:

1. Операционные измерения — физическая производительность: однородность цвета, крутящий момент, смещение, предельная прочность.
2. Внешние данные, влияющие на работу: барометрическое давление, температура окружающей среды, влажность.

Измерения преобразуются в защищенные цифровые сообщения с помощью энкодеров и передаются в цифровую реплику.

#2 Коммуникация:

Обеспечивает бесшовное двунаправленное соединение в реальном времени между физическими процессами и цифровой платформой. Сетевая связность критична. Включает 3 элемента:

1. Edge-обработка: Интерфейс связывает датчики с историками процессов, обрабатывает данные датчиков и передает их на платформу. Переводит проприетарные протоколы для понятных форматов данных и снижает сетевой трафик. Ускоряет коммуникацию за счет обработки на конечных точках.
2. Интерфейс связи: Передает обработанные данные от функции сенсорики к интеграции. В зависимости от конфигурации датчик может быть где угодно: на шахте, в доме, на парковке.
3. Edge-безопасность: Новые датчики и коммуникации несут новые угрозы, быстро эволюционирующие. Необходимы новые решения для безопасного включения цифровых двойников по мере роста IP-активов. Частые подходы: файрволы, шифрование, ключи приложений, сертификаты устройств.

#3 Агрегация:

Поддержка приема данных в хранилище/репозиторий для легкой обработки и подготовки к анализу. Агрегация и обработка могут выполняться в облаке или on-premise.

#4 Анализ:

Этап тщательного исследования и визуализации данных. Аналитики и дата-сайентисты используют продвинутые платформы для генерации инсайтов, обеспечивающих интеллектуальное принятие решений.

#5 Этап инсайтов:

Инсайты из аналитики выводятся на дашборды с визуализацией, выявляя малейшие отклонения производительности физического аналога и цифровой модели в одном или нескольких измерениях. Показывают зоны, требующие расследования.

#6 Действие:

Использование действенных инсайтов из предыдущего шага с обратной связью к физическому активу. Инсайты проходят через декодеры, расшифровывают команды, подаются в исполнительные механизмы, управляющие движением оборудования. Инсайты также обновляют бэкэнд-системы управления цепочками поставок.

Как заложить фундамент с технологией цифрового двойника?

#1 Выявление возможностей:

Сначала нужно выявить зоны производства, которые получат выгоду от цифрового двойника. Потребности разные, но вероятно будут такие характеристики:

1. Физическое оборудование должно быть критическим элементом процесса, чтобы оправдать инвестиции в виртуальный аналог.
2. Проблемы «продукт-процесс» можно решить, раскрывая ценность для предприятия или клиента.

После сужения возможностей их оценивают для выявления факторов процесса, дающих преимущества цифрового двойника.

#2 Определение процесса:

Следующий шаг — распознать пилотную конфигурацию цифрового двойника с наивысшей ценностью и вероятностью успеха. Учитывайте организационные изменения и операции для выбора лучшего кандидата. Часто компании ошибаются, углубляясь в сложное оборудование/процесс и сталкиваясь с вызовами. Вместо этого фокусируйтесь на широте: внедряйте цифровой двойник широко по организации, где он дает максимальную ценность и поддержку.

#3 Для начала — сузьте область:

Пилот может быть подмножеством бизнес-дивизионов или продуктов. Ограниченная область должна показать ценность. При разработке пилота реализаторы должны быть адаптивны и открыты. Агностичная экосистема позволит интеграцию с данными и использование новых партнеров/технологий.

Желая быть агностичным к данным (структурированным/неструктурированным) и источникам (новые датчики, внешние данные), нужен end-to-end-решение, достаточно масштабируемое для расширения.

#4 Расширение пилота:

После успеха пилот масштабируют. Нужно выявить возможности для масштабирования и извлечения выгод. Начните с смежных процессов или похожих, связанных с пилотом. Учитесь на ошибках и масштабируйте быстро.

Не забывайте коммуницировать ценность внедрения цифрового двойника акционерам и широкой организации.

#5 Оценка:

Мониторинг и измерение решений после внедрения позволят оценить ценность цифрового двойника. Можно итеративно вносить изменения в будущие процессы и наблюдать результаты для определения оптимальной конфигурации.

Резюме:

Вкратце: технология цифровых двойников, передовая тенденция, сыграет ключевую роль в внедрении промышленных IoT-приложений. Новая технология обеспечит рост выручки, снижение накладных расходов от проблем с оборудованием и процессами, сократит затраты на обслуживание. Также повысит стабильность производственной линии. В конечном итоге улучшит сервис клиентов — конечную цель промышленности.

Если вы ищете эффективное end-to-end IoT-решение для бизнеса, свяжитесь с нами — поможем подобрать подходящее решение под ваши нужды.