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:
- Операционные измерения — физическая производительность: однородность цвета, крутящий момент, смещение, предельная прочность.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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:
- Физическое оборудование должно быть критическим элементом процесса, чтобы оправдать инвестиции в виртуальный аналог.
- 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.
Интернет вещей
- Умное производство и IoT: движители следующей промышленной революции
- Цифровые двойники: раскрытие интеллектуального Edge IoT в производстве — Часть 2
- Цифровые двойники в производстве: выгоды, вызовы и путь вперед
- PTC признана финалистом IoT World Awards, драйвя инновации в промышленном AR
- Как промышленные ИоТ-платформы усиляют трансформацию в Индустрии 4.0
- Критическая роль IoT в цифровом производстве: вызовы и возможности
- Промышленный IoT-мониторинг качества воздуха: повышение продуктивности и снижение затрат
- Как IoT трансформирует транспорт: ключевые применения и выгоды
- Использование IoT для достижения операционного совершенства в нефти и газе
- Топ-4 промышленных IoT-приложения, трансформирующих производство