Революция промышленного IoT через интеграцию цифровых двойников

Промышленный интернет вещей (IIoT) использует интеллектуальные датчики и актуаторы для мониторинга, сбора, анализа и обмена данными. IIoT вместе с Индустрией 4.0 увеличил применение умных машин, использующих датчики для автоматизации процессов и повышения эффективности за счет сокращения человеческого вмешательства. Огромный объем данных, генерируемых датчиками, используется для получения важных инсайтов в промышленные процессы. На этих данных обучаются различные модели ИИ/ML, а их выход — в виде обновлений и изменений, которые можно внести в систему для улучшения эффективности. Внедрение этих изменений в реальную систему несет риск отказа или повреждения миссионно-критических систем и процессов. Сбой таких систем может привести к серьезному ущербу и для индустрии, и для общества. Также критические сервисы, такие как системы передачи, нельзя напрямую обновлять или менять, не убедившись, что изменение не приведет к коллапсу. Именно здесь на помощь приходит Цифровой двойник (Digital Twin), позволяя внедрять изменения безопаснее и эффективнее.

Цифровой двойник можно понять как прокси физической системы в цифровом мире. Это цифровая реплика активов конкретной индустрии. Связь, объединяющая физический атрибут с цифровым, называется цифровой нитью (digital thread). Данные, собранные с разных датчиков и актуаторов в промышленной установке, используются для построения цифровой реплики, дающей пользователю доступ к структуре, контексту и поведению физического актива. Прошлое и настоящее состояние системы можно наблюдать, а на этой основе предсказать будущее поведение при внесении обновлений или изменений. Это не только экономит время и деньги, но и предотвращает ущерб реальным системам. Цифровые двойники обеспечивают непрерывное улучшение процессов, проектов, эффективных операций, предиктивное обслуживание и условные состояния машин.

Как Цифровой двойник трансформирует отрасли

Индустрия 4.0 — это автоматизация и оцифровка через более быстрый сбор, обработку и управление данными. Крайние датчики (edge sensors) заменяют обычную сенсорную технику для ускорения обработки и быстрого обмена данными. Технологии вроде 5G постепенно набирают обороты для повышения скорости передачи данных и связности между узлами. Интеграция таких технологий все еще сталкивается с вызовами: высокие инвестиции, совместимость датчиков, безопасность данных, масштабируемость. Эти сложности затрудняют бизнес-владельцам инвестировать огромные суммы в оцифровку.

Большинство вышеуказанных недостатков решает технология Цифрового двойника. Существующая физическая установка конвертируется в цифровую форму, связанную с реальной машиной через цифровую нить. С помощью моделей ИИ/ML полная работа машины может быть отображена в цифровой форме, принимая данные с датчиков, историческую статистику и открытые данные. Этот прокси-станок используется для предсказания реакции реальной машины на изменения. Таким образом, для интеграции новых технологий (крайние датчики, совместимость с 5G) эксперименты проводятся в виртуальном мире, а в реальный внедряется только лучшее решение. Полный процесс экономит время, стоимость и создает цифровую копию машины для дальнейшей оцифровки.

Цифровые двойники применяются в различных отраслях: производство, энергетика, транспорт, строительство. Разные производители и сервис-провайдеры используют digital-twin для построения прокси авиадвигателей, локомотивов, морских платформ, ветряков. Компании в этих секторах инвестируют в цифровые двойники для оптимизации эксплуатации и обслуживания этих продуктов.

Цифровые двойники дают исключительную ценность в трех ключевых областях. Первая — улучшение производственного процесса. От прототипирования и проектирования до физического производства компании могут непрерывно мониторить фактический и ожидаемый выход и вносить коррективы для получения близкого к идеальному продукта. Производственные операции оптимизируются путем предсказания сбоев линий и принятия мер для достижения целей.

Вторая область — превентивное обслуживание, где цифровой двойник анализирует исторические данные и принимает реальные входы от реальной системы для предсказания сбоев и предложения превентивного обслуживания. Техники могут удаленно анализировать и вносить превентивные коррективы, а когда нужны физические корректировки — удаленно анализировать и заказывать запчасти заранее, экономя время.

Третья область — разработка новых продуктов и выход на новые рынки на основе использования существующих продуктов и услуг клиентами. Цифровые двойники помогают получить инсайты о том, как продукты используются клиентами, и какие изменения стоит внести в дизайн и производство новых продуктов для улучшения проникновения на рынок, захвата новых сегментов и повышения удовлетворенности клиентов. Это может значительно сократить затраты на маркетинговые исследования и обратную связь.

Что впереди для цифрового двойника и IoT

Цифровое двойникование авиадвигателя или сложного станка — не конец, а лишь начало революции, которую принесет технология. Прогресс в крайних вычислениях (edge computing) и мощных крайних устройствах, развернутых в отраслях, связанных передовыми сетевыми системами вроде частного 5G, может сделать возможной интерконнекцию цифровых двойников. Результат — полная цепочка соединенного оборудования, формирующая цифровой завод.

Например, Сингапур создал полный цифровой двойник города для отслеживания трафика, загрязнения, климата, планировки, чтобы городские менеджеры могли тестировать варианты доступности, видеть потенциальное влияние нового строительства, управлять экстренным реагированием и мониторить здоровье города. Врачи создают пациенто-специфические Цифровые двойники легких для принятия решений о вентиляторах при лечении COVID-19.

Хотя технология еще развивается, нет сомнений: Цифровые двойники — будущее. У них бесконечные приложения по отделам: операции, обслуживание, финансы, продажи, маркетинг — для доступа к единому источнику реальных данных для предиктивного обслуживания, улучшения дизайна, понимания использования и корректировки ценообразования.