Процесс промышленной цифровизации ускоряется, и технология цифровых двойников стала ключевым мостом, соединяющим физический мир и виртуальное пространство. Эта технология основана на создании динамических виртуальных моделей физических объектов и оптимизирует производительность соответствующих объектов посредством мониторинга моделирования данных. Это изменило способ проектирования, производства и обслуживания продукции. Он демонстрирует большой потенциал во многих областях, таких как управление энергопотреблением умного города. В этой статье будут подробно рассмотрены основные ценности и пути практического применения цифровых двойников.
В чем заключается основная концепция цифрового двойника?
Цифровой двойник — это не простая 3D-модель. Это динамический виртуальный образ, который управляется данными и может обновляться в режиме реального времени. Его суть заключается в использовании датчиков для непрерывного сбора операционных данных физических объектов, а затем синхронизации этих данных с виртуальной моделью для достижения двустороннего информационного взаимодействия. Эта виртуальная копия может отражать полный статус жизненного цикла объекта: от проектирования до производства, эксплуатации, технического обслуживания и утилизации.
Чтобы понять цифровые двойники, мы должны понять три его ключевых элемента: физический объект, виртуальную модель и поток данных, соединяющий их. Виртуальная модель не только содержит геометрические фигуры, но также объединяет физические законы, правила и алгоритмы. С помощью анализа и моделирования данных в реальном времени можно проводить профилактическое обслуживание, оптимизацию процессов и гипотетическое тестирование в виртуальном пространстве, чтобы предотвратить потери или простои в реальном мире.
Почему компаниям необходимо развертывать цифровых двойников
Основная движущая сила внедрения цифровых двойников заключается в том, что они могут значительно повысить эффективность и обеспечить точный контроль затрат. В обрабатывающей промышленности путем моделирования работы производственной линии в виртуальной среде можно заранее обнаружить узкие места и оптимизировать процесс, тем самым сокращая затраты на пробы и ошибки и сокращая время, необходимое для запуска продукции. Например, что касается обслуживания оборудования, цифровые двойники могут предсказать, когда детали могут выйти из строя, обеспечивая переход от «обслуживания после события» к «прогнозному обслуживанию».
Что в значительной степени способствует инновациям, так это технология цифровых двойников, которая предоставляет компаниям такой безопасный «испытательный полигон», где инженеры могут тестировать новые идеи, тестировать экстремальные условия труда или тестировать новые конструкции продуктов в безопасной среде. Это не только ускоряет цикл исследований и разработок, но и снижает риски, присущие инновационному процессу. Для менеджеров сложных систем, таких как целые заводы или городская инфраструктура, цифровые двойники предоставляют беспрецедентную глобальную перспективу и инструменты поддержки принятия решений.
Каковы основные проблемы при внедрении цифровых двойников?
Основной проблемой, стоящей перед внедрением цифровых двойников, является интеграция технологий. Существующие ИТ- и ОТ-системы предприятий зачастую производятся разными производителями, а их форматы данных и протоколы различаются. Чтобы беспрепятственно соединить эти разнородные системы и обеспечить точную передачу данных в двойную модель в режиме реального времени, требуется мощное промежуточное программное обеспечение и платформы интеграции. Качество и целостность данных одинаково важны. Ввод данных низкого качества приведет только к бесполезному результату.
Еще одна серьезная проблема связана с затратами и талантом. Для создания высокоточного цифрового двойника необходимы огромные первоначальные инвестиции, которые включают в себя аппаратное и программное обеспечение, включая развертывание датчиков и разработку системы. Предприятия остро нуждаются в талантливых специалистах, которые не только разбираются в предметных знаниях, таких как знания в области механики и электрики, но также обладают навыками анализа данных, Интернета вещей и имитационного моделирования. Однако нехватка таких талантов часто становится узким местом в процессе продвижения проекта.
Как построить эффективную систему цифровых двойников
Создание эффективной системы цифровых двойников начинается с четких бизнес-целей. Предприятиям не следует использовать большие и комплексные модели, а следует сосредоточиться на решении конкретных проблем бизнеса, таких как увеличение производственной мощности определенной производственной линии или снижение энергопотребления конкретного оборудования. Стратегия с более высоким уровнем успеха начинается с небольшого, дорогостоящего пилотного проекта для проверки технической дорожной карты и демонстрации окупаемости инвестиций.
С технической точки зрения необходимо построить надежную архитектуру данных, которая включает в себя развертывание надежных сенсорных сетей, создание высокоскоростных каналов передачи данных и построение платформы данных, способной обрабатывать огромные объемы данных в режиме реального времени. Виртуальная модель должна быть построена по принципу модульности, чтобы облегчить последующее расширение и итерацию. Также крайне важно выбирать программные инструменты и платформы, совместимые с существующей экосистемой, что может снизить сложность интеграции.
Каковы конкретные применения цифровых двойников в промышленном производстве?
В промышленном производстве применение цифровых двойников интегрировано в каждое звено. На этапе проектирования продукта инженеры используют цифровые двойники для проведения виртуальных испытаний, чтобы оценить эффективность различных конструктивных решений с точки зрения прочности, терморегулирования и гидродинамики, что значительно сокращает необходимость физического прототипирования. На этапе планирования завода можно построить двойник всего производственного объекта для моделирования потока материалов, перемещения персонала и расположения оборудования, чтобы найти оптимальное решение.
Глобальные услуги по закупкам слаботочных интеллектуальных продуктов предоставляются! На этапе производственной эксплуатации цифровой двойник подключается к производственной линии в режиме реального времени, чтобы отслеживать состояние работоспособности и производственный ритм каждой единицы оборудования. Когда виртуальная модель прогнозирует, что износ инструмента может повлиять на точность обработки, система автоматически выдает команду на замену. На уровне контроля качества путем сравнения данных контроля в реальном времени с теоретическими значениями в двойной модели можно быстро обнаружить источник отклонений и добиться точного отслеживания качества и корректировки процесса.
Какова будущая тенденция развития технологии цифровых двойников?
В будущем цифровые двойники будут более глубоко интегрированы с искусственным интеллектом. Алгоритмы искусственного интеллекта могут не только получать более глубокую информацию из огромных данных, генерируемых близнецами, но также позволяют близнецам иметь возможности автономного обучения и оптимизации принятия решений. Например, цифровой двойник на заводе может использовать обучение с подкреплением для самостоятельного повторения плана производства с наименьшим потреблением энергии. Развитие периферийных вычислений обеспечит цифровому двойнику более высокую скорость реагирования, а некоторый анализ и принятие решений будут выполняться вблизи источника генерации данных.
Область применения цифровых двойников расширится от отдельного оборудования и заводов до более сложных систем, таких как «цифровые двойники городов» и «цифровые двойники цепочки поставок». Этим макромасштабным двойникам необходимо интегрировать данные из нескольких источников, таких как транспорт, энергетика, строительство и логистика, чтобы моделировать воздействие политики, оптимизировать распределение государственных ресурсов и повышать устойчивость городов. Стандартизация и функциональная совместимость станут в центре внимания развития отрасли для обеспечения обмена данными и сотрудничества между близнецами на разных платформах и на разных уровнях.
Цифровые двойники меняют наше понимание физического мира и управление им. От концепции до реализации, какой, по вашему мнению, самый актуальный вопрос, который необходимо решить в процессе содействия широкому применению этой технологии? Это технические стандарты, безопасность данных или четкая демонстрация бизнес-моделей и доходности инвестиций? Добро пожаловать, чтобы поделиться своими мыслями в области комментариев. Если вы считаете эту статью ценной, пожалуйста, поставьте ей лайк и поделитесь ею с другими коллегами.
Добавить комментарий