Что такое цифровой двойник, и как его внедрить на предприятии

Успех компаний во многом зависит от их гибкости и скорости принятия решений. Бизнес, который уже встал на путь цифровой трансформации, сможет быстрее остальных сориентироваться в текущей ситуации и на основе имеющихся данных выработать тактику и стратегию действий. Моделировать различные ситуации, предотвращать остановку рабочих процессов, интегрировать все системы предприятия в единое целое – все это становится возможным благодаря цифровым двойникам (ЦД, digital twins, DT).

Новый стандарт промышленности

Первыми на практике цифровых двойников стали использовать оборонные ведомства и концерны США и Европы, а сейчас их применение уже становится стандартом в промышленности. В России эта практика пока используется не так активно, хотя в нефтегазовом, энергетическом и в машиностроительном секторах уже внедряют эту технологию.

Да, что там отдельные компании, в ближайшем будущем целые города обретут свои виртуальные аналоги. Цифровые двойники позволяют объединить действующую инфраструктуру в одну систему и синхронизировать работу всех объектов. Но именно в промышленности они пользуются большей популярностью, так как на практике демонстрируют возможности по оптимизации процессов производственно-сбытовой цепочки и не только.

Согласно недавнему исследованию Gartner, 31% респондентов заявили, что используют ЦД для повышения безопасности сотрудников или клиентов, а 27% компаний планируют использовать их в качестве автономного оборудования, роботов или транспортных средств.

Какие задачи помогают решать цифровые двойники

Новые технологии становятся важными для решения предприятиями стратегических задач – от оптимизации процессов до планирования и управления активами. Если говорить конкретно о цифровых двойниках, то на разных этапах они помогают решать те или иные задачи:

• На стадии проектирования помогают анализировать активы и процессы.
• На этапе разработки концепции позволяют анализировать варианты проектов, исходя из имеющихся ресурсов.
• На стадии развертывания и ввода в эксплуатацию – дополнять эксплуатационные и технические сведения по объекту.
• На этапе эксплуатации – фиксируют отклонения и прогнозируют потенциальные отказы в работе до их возникновения и способы их предотвращения, что в итоге будет способствовать росту удовлетворенности клиентов качеством продукта или услуги.

Заложенные в цифрового двойника интеллектуальные механизмы позволяют организовать полный виртуальный цикл создания стоимости и даже обеспечить комплексное управление жизненным циклом предприятия.

Для проектирования объектов и умного управления ресурсами ПАО «ТатНефть» использует цифровые модели месторождений, которые помогают выбирать благоприятные геологические условия для размещения скважин и точки для бурения.

Для повышения производительности труда и конкурентоспособности в ПАО «КамАЗ» созданы 3D-модели почти 30 станков с ЧПУ, 20 универсальных обрабатывающих центров и более 50 единиц технологического оборудования, которые дают специалистам возможность моделировать механическую обработку, сборку и другие операции, снижая процент брака и повышая производительность труда в целом.

Что нужно для запуска цифрового двойника

1. Виртуальный образ отдельного компонента, объекта, их совокупности, системы или процесса. Цифровой близнец является их полным отражением, не цифровой тенью, а математической моделью, позволяющей описывать поведение объекта с высокой степенью точности. С самого начала важно определить перечень характеристик и параметров для каждого конкретного типа объекта, на основании которых в дальнейшем будут производиться все действия, связанные с аналитикой и моделированием.
2. Датчики и контроллеры. Цифровой двойник взаимодействует с реальным объектом не только при его разработке и производстве, но и на протяжении всего жизненного цикла изделия, вплоть до утилизации. Происходит это при помощи специальных устройств Интернета вещей (IoT – internet of things). Каждый объект реального мира необходимо оснастить уникальным идентификатором, позволяющим безошибочно присваивать параметры и характеристики цифровому двойнику объекта.
3. Аппаратная часть и программное обеспечение. В зависимости от типа и особенностей функционирования реальной системы объектов используются различные средства переноса информации о состоянии объекта в базу цифрового двойника. Это и ручной ввод непосредственно человеком с мобильного терминала, и системы технического зрения, и модульные средства считывания в контрольных точках технологического процесса...
4. Сеть для передачи данных. Для эффективной реализации системы с большим количеством распределенных объектов обычно используются сети беспроводной передачи данных.
5. Data-центр или облачное хранилище данных. Безусловно, все полученные данные необходимо сохранять с достаточной для целей моделирования глубиной хранения данных и оперативно пополнять информацию. Облачные решения здесь будут предпочтительнее, но следует учитывать требования безопасности отдельно взятого предприятия.
6. Прогнозная аналитика. Информация, полученная от виртуального близнеца посредством промышленного интернета вещей, помогает специалистам разрабатывать рекомендации по оптимизации и обслуживанию реального объекта. Для этих целей используется специальное программное обеспечение, которое в большинстве случаев пишется под конкретную задачу.
7. Компетенции персонала. Работа с данными, которые ранее не были доступны, позволяет увидеть процесс по-новому и внести изменения. Но для такого видения необходимо адаптировать мышление, учиться замечать возможности и прогнозировать, давать рекомендации, исходя из полученных цифровых данных. Поэтому персоналу предприятия необходимо пройти обучение. Причем и непосредственным исполнителям, которые будут производить дополнительные действия с софтом, кроме штатных работ, и сотрудникам, отвечающим за эффективность технологического процесса.

Как выстроить работу цифровых двойников на предприятии

Часто бывает так, что цель, которая ставилась при создании системы, не всегда оказывается самым значительным достижением. Еще раз отмечу, что на начальном этапе крайне важно определить необходимый уровень параметров и характеристик объекта. Например, еще один дополнительный параметр может привести к перерасходу средств и вычислительных мощностей, перегруженности интерфейсов. Однако он же может открыть новые возможности для стремительного роста эффективности текущей системы и подсветить ранее скрытые ключевые проблемы процесса.

Одна из главных задач при выстраивании работы цифровых двойников – сфокусироваться на решении отдельных небольших задач с поэтапным наращиванием мощностей и масштабированием инновации на все предприятие. Важно создать техпроцессы на каждую операцию и внедрить цифровую инфраструктуру, прежде всего на производстве.

7 базовых шагов, чтобы выстроить работу цифровых двойников

1. Определить цели, результаты, которых хотите достигнуть в итоге, сформировать стратегию.
2. Провести анализ производственных и управленческих процессов, инфраструктуры, уровня информатизации и технического оснащения предприятия. Сопоставить со стратегией.
3. Определить архитектуру решения, разработать концепцию и дорожную карту по реализации стратегии.
4. Провести модернизацию управленческих процессов, обновить IT-инфраструктуру и техническое оснащение предприятия.
5. Апробация решения.
6. Оптимизация решения.
7. Масштабирование решения.

В обозримом будущем будут создаваться digital twins не только отдельных процессов, но и целых предприятий, холдингов в разных отраслях промышленности, которые помогут прогнозировать и выявлять узкие места и проблемы в системах задолго до их появления, что в свою очередь позволит управленцам переключиться на решение стратегических задач.

Фото: freepik.com

Также читайте: