Цифровые двойники закрывают кадровый разрыв в производстве

Концепция цифрового двойника, при которой организация создает виртуальное представление своей бизнес-операции, существует в различных формах уже десятилетия, но в последние годы пережила огромный сдвиг.

Ранее цифровые двойники создавали с помощью таблиц для ввода данных и просмотра потенциальных исходов различных сценариев. Благодаря прогрессу в искусственном интеллекте и виртуальной реальности технология цифровых двойников совершила скачок: более быстрые, более точные прогнозы на основе бесконечных потоков данных, доступных из любой точки мира. По сути, это создание «метавселенной» для производственных компаний.

Используя прямой поток данных и применяя машинное обучение, технология цифровых двойников позволяет производственному заву использовать данные в реальном времени, чтобы стать умнее и эффективнее. Она делает это, выявляя пробелы в производственном процессе, прогнозируя сроки обслуживания или проблемы с выпуском брака с возрастающей точностью по мере накопления информации. Управление этими вопросами на ранней стадии или до их возникновения предотвращает простои и потери производительности.

Поскольку производственный сектор борется с дефицитом квалифицированных кадров, технология цифровых двойников помогает лидерам поддерживать продуктивный, безопасный цех несмотря на ресурсные ограничения.

Поддержка Lean-операций

С уходом на пенсию опытных производственных работников и малой доступностью квалифицированных замещений, американский промышленный сектор сталкивается с дефицитом навыков уже несколько лет. «Великое увольнение», разгоревшееся на фоне пандемии COVID-19, только усугубило вызов.

Пока производители борются за привлечение, адаптацию и обучение новых талантов, технология цифровых двойников служит спасательным кругом для многих. Компании используют её для тестирования разных конфигураций оборудования, чтобы найти самые продуктивные варианты и предотвратить простои. Кроме того, автоматизация позволяет многим производственным завам продолжать производство несмотря на сокращение доступного труда. Один оператор станка может автономно управлять несколькими станками, пока цифровой двойник анализирует данные, чтобы увидеть, как разные входы и процессы повлияют на производительность.

Технология цифровых двойников особенно полезна на этапе прототипирования в производстве, где команды разрабатывают множество итераций продукта, чтобы определить, какой дизайн и материалы дадут лучший финальный изделие. Цифровые двойники могут оптимизировать процесс прототипирования, улучшая time-to-market и снижая затраты. Цифровые прототипы — это цифровые рендеринги, позволяющие командам дизайнеров увидеть, как разные модели будут выполняться в реальном мире, не тратя материалы и производственное время на множество возможных итераций. Прототип может содержать информацию о физических атрибутах, свойствах, операционных параметрах, спецификации материалов, номерах деталей и многом другом. С цифровым прототипом продукты могут быть построены гораздо раньше в процессе, и симуляции могут запускаться с использованием виртуальной реальности. Изменения можно вносить быстро, чтобы улучшить дизайны до постройки физических станков.

Если традиционный time-to-market требует два-три цикла прототипирования, использование цифрового двойника на ранних и средних стадиях может устранить целый цикл прототипирования, сокращая время, ресурсы и затраты.

Оптимизация условий труда

Учитывая, сколько сотрудников будет работать в данный момент, а также их уровни квалификации и потребности в оборудовании, цифровой двойник может смоделировать, как производительность будет затронута перемещением определенных сотрудников в разные зоны. Он может балансировать рабочий процесс и предсказать, какие комбинации работников и оборудования будут наиболее продуктивными.

Цифровой двойник также может предсказать отказы на основе таких факторов, как возраст оборудования, используемые материалы, записи об обслуживании и другие точки данных, позволяя работникам приоритизировать превентивное обслуживание, чтобы избежать ненужных простоев.

В случае поломки оборудования цифровые двойники позволяют виртуальную диагностику, позволяя персоналу исследовать причины отказа и возможные решения. Это сокращает количество ненужного времени и труда, которые потребовались бы для диагностики проблемы и поиска решения вручную. Лидеры могут затем привлечь нужного специалиста для устранения проблемы, вместо того чтобы перебирать каждый потенциальный дефект оборудования. Поскольку цифровой двойник работает на высокопроизводительном компьютере, анализ и симуляции можно выполнять за минуты, а не часы или даже дни.

Шаги внедрения

Как только старшие лидеры согласны с потенциальными выгодами технологии цифровых двойников, производственные лидеры могут двигаться вперед с процессом внедрения. По мере введения новой технологии важно предпринять эти ключевые шаги:

• Определите ваши цели. Прежде чем начинать технический процесс создания цифрового двойника, определите, что он будет делать. Какую бизнес-проблему он должен решить? Будет ли он мониторить оборудование для отчетов об отказах? Прогнозировать отказы и рекомендовать превентивное обслуживание? Или запускать симуляции, чтобы увидеть, как разные активности повлияют на производительность? Данные цифрового двойника могут помочь организации решить нужные вопросы, такие как прогнозирование превентивного обслуживания, но также могут указывать на другие области улучшения, по мере того как данные становятся умнее и собирается больше данных. Также есть вопрос о том, что нужно мониторить. Нужен ли цифровой двойник для одного станка или производственной линии, или более крупный для всего завода? Хотя может быть соблазн мониторить каждый аспект завода, сфокусируйтесь на областях, которые принесут наибольшую отдачу от инвестиций. Цифровые двойники всегда можно расширить позже.
• Найдите подходящее ПО. Для производителей выбор создателя цифрового двойника будет похож на выбор любого другого инструмента в цеху — подумайте о применении, целях и том, что вам понадобится для их достижения. Если вы планируете только мониторить оборудование для операционной эффективности, ограниченный цифровой двойник должен быть достаточен, в то время как более продвинутая технология понадобится для запуска симуляций.
• Импортируйте CAD-модели и данные. Вот где вещи действительно начинают складываться. Импорт моделей компьютерно-инженерного проектирования (CAD) и других потоков данных в ПО позволит вам построить цифровой двойник. В зависимости от сложности цифрового двойника (мониторинг против симуляций, один станок против полного работающего завода), данные, необходимые для создания точного виртуального представления, будут сильно варьироваться. В общем, ожидайте экспортировать как можно больше потоков данных для лучших результатов.
• Создайте безопасное соединение. Поскольку цифровые двойники требуют постоянной передачи данных между системами, защищенные сети жизненно важны для защиты основного производственного завода от взлома или других вмешательств. При выборе платформы цифрового двойника спрашивайте о мерах безопасности для минимизации рисков.
• Планируйте масштабирование. Даже если вы начинаете в малом с цифровым двойником для всего одного станка или линии, необходимая вычислительная мощность, вероятно, превысит любую стандартную систему в цеху. По мере рассмотрения инструментов и платформ планируйте масштаб и используйте облачные технологии, чтобы обеспечить место для роста, если вы решите добавить другие производственные линии позже.

Настройка цифрового двойника может помочь производителям улучшить производительность и безопасность на цеху, но должно быть выполнено несколько условий для обеспечения успеха. Предоставление доступа к точным данным критично, как и обеспечение защищенной сети. Помимо технических спецификаций, лидеры должны обеспечить достаточное обучение, коммуникацию и стимулы, чтобы все сотрудники были вовлечены в процесс. Эффективное управление изменениями — ключ к успешному внедрению. Поставщики должны демонстрировать выгоды цифровых двойников, обучая персонал работе с платформой. Важно понимать, что хотя точность не всегда 100%, особенно в начале, даже на уровне 80-90% цифровой двойник может легко улучшить результаты и будет продолжать становиться лучше по мере получения и анализа большего объема данных.

Работа с опытным партнером в этой области также помогает производителям реализовать ценность. Провайдер цифровых двойников, понимающий нюансы настройки конкретного завода, какие типы оборудования используются и отраслевые вызовы, сможет лучше создать цифровой двойник, отвечающий потребностям и целям компании.

CV Рамачандран — эксперт по цифровой трансформации и улучшению операций, и Вигнеш Рамеш — эксперт по цифровому здоровью в PA Consulting.