Преобразование промышленного Интернета вещей с помощью интеграции цифровых двойников

Промышленный Интернет вещей (IIoT) использует интеллектуальные датчики и приводы, которые отслеживают, собирают, анализируют и обмениваются данными. Промышленный Интернет вещей наряду с Индустрией 4.0 увеличил использование интеллектуального оборудования, которое использует датчики для автоматизации процессов и повышения эффективности за счет уменьшения вмешательства человека. Огромный объем данных, генерируемых этими датчиками, используется для получения важной информации о промышленных процессах. На этих данных обучаются различные модели на основе AI/ML, и на выходе этих моделей появляются обновления и изменения, которые можно внести в систему для повышения эффективности. Внедрение этих обновлений и изменений в реальную систему сопряжено с риском сбоя или повреждения критически важных систем и процессов. Отказ критически важных систем может нанести большой ущерб как отрасли, так и обществу. Кроме того, основные услуги, такие как системы передачи, нельзя напрямую модернизировать или изменить, не убедившись, что это изменение не приведет к краху системы. Именно здесь на помощь приходит Digital Twin, чтобы помочь отраслям внедрять эти изменения более безопасным и эффективным способом.

Цифровой двойник можно понимать как прокси для физической системы в цифровом мире. Это цифровая копия активов, которыми обладает конкретная отрасль. Связь, соединяющая физический атрибут с цифровым, называется цифровой нитью. Данные, собранные с различных датчиков и приводов в промышленной установке, используются для создания цифровой копии, которая дает пользователю доступ к структуре, контексту и поведению физического актива. Можно наблюдать прошлые и настоящие состояния системы, и на основе этого можно предсказать будущее поведение, если в нее будут внесены обновления или изменения. Это не только экономит время и деньги, но и предотвращает повреждение существующих систем. Цифровые двойники обеспечивают непрерывное совершенствование процессов, усовершенствование конструкции, эффективную работу, профилактическое обслуживание и условные состояния машин.

Как Digital Twin меняет отрасли

Индустрия 4.0 — это автоматизация и оцифровка за счет более быстрого сбора, обработки и управления данными. Краевые датчики заменяют обычную сенсорную технологию, чтобы способствовать более быстрой обработке и более быстрому обмену данными. Такие технологии, как 5G, постепенно набирают обороты для повышения скорости передачи данных и связи между различными узлами. Интеграция таких технологий по-прежнему сопряжена с различными проблемами, такими как высокие инвестиционные затраты, совместимость датчиков, безопасность данных и масштабируемость. Эти проблемы мешают владельцам бизнеса вкладывать огромные суммы денег в цифровизацию.

Большинство перечисленных недостатков решает технология Digital Twin. Существующая физическая установка преобразуется в цифровую форму, которая подключается к реальной машине через цифровой поток. С помощью моделей AI/ML всю работу машины можно преобразовать в цифровую форму, используя данные с датчиков, прошлые статистические данные и данные из открытых источников. Эта прокси-машина используется для прогнозирования того, как реальная машина будет реагировать на изменения, внесенные в нее. Следовательно, для интеграции новых технологий, таких как краевые датчики и совместимость с 5G, эксперименты проводятся в виртуальном мире, и только лучшее решение реализуется в реальном мире. Полный процесс экономит время и деньги, а также создает цифровую копию машины, которую в дальнейшем можно использовать для оцифровки.

Цифровые двойники используются в различных отраслях, включая производство, энергетику, транспорт и строительство. Различные производители и поставщики услуг используют цифровые двойники для создания прокси-серверов авиационных двигателей, локомотивов, морских платформ и ветряных турбин. Компании из этих секторов вкладывают средства в цифровые двойники, чтобы оптимизировать работу и обслуживание этих продуктов.

Цифровые двойники предоставляют отраслям исключительную ценность в трех ключевых областях. Во-первых, это усовершенствование производственного процесса. Начиная с прототипирования и проектирования и заканчивая физическим производством продукта, компании могут постоянно отслеживать фактический и ожидаемый результат и вносить изменения, чтобы сделать продукт почти идеальным. Производственные операции можно оптимизировать, прогнозируя сбои на линии и предпринимая необходимые шаги для достижения требуемой цели.

Второй областью является профилактическое обслуживание, когда цифровой двойник может использоваться для анализа прошлых данных и получения входных данных в режиме реального времени от реальной системы для прогнозирования сбоев и предложения профилактического обслуживания для предотвращения сбоев. Технические специалисты могут удаленно анализировать и вносить профилактические корректировки, а когда требуется физическая корректировка, технические специалисты могут заранее удаленно анализировать и заказывать детали, чтобы сэкономить время.

Третье направление — разработка новых продуктов и выход на новые рынки на основе использования клиентами существующих продуктов и услуг. Цифровые двойники помогают получить представление о том, как продукты используются клиентами, и какие изменения могут или должны быть внесены в конструкцию и производство новых продуктов, чтобы улучшить проникновение на рынок, охватить новые рынки и повысить удовлетворенность клиентов. Это может значительно сократить расходы компаний на исследования рынка и обратную связь с клиентами.

Что ждет цифрового двойника и Интернета вещей

Цифровое дублирование двигателя самолета или сложной машины из производственной единицы — это не конец, а только начало революции, которую технология вот-вот принесет. Достижения в области граничных вычислений и мощные периферийные устройства внедряются в отраслях, связанных передовыми сетевыми системами, такими как частные сети 5G, которые могут сделать возможным взаимодействие цифровых двойников. В результате получится полная цепочка подключенных единиц оборудования, образующих цифровую фабрику.

Например, Сингапур создал полный цифровой двойник города для отслеживания трафика, загрязнения, климата и планировки города, чтобы городские руководители могли тестировать варианты доступности, видеть потенциальное влияние нового строительства, управлять реагированием на чрезвычайные ситуации и следить за состоянием города. Тем временем врачи создают цифровых двойников легких для конкретных пациентов, чтобы помочь принять решение об использовании вентилятора при лечении пациентов с COVID-19.

Несмотря на то, что технология все еще является развивающейся, нет никаких сомнений в том, что за цифровыми близнецами будущее. У них есть бесконечное количество приложений в отделах операций, обслуживания, финансов, продаж и маркетинга, чтобы получить доступ к единому источнику реальных данных для прогнозирования обслуживания, улучшения дизайна, понимания использования и корректировки цен.