2018/01/22 13:38:56

Цифровой двойник
Digital Twin of Organization, DTO

Программный аналог физического устройства, моделирующий внутренние процессы, технические характеристики и поведение реального объекта в условиях воздействий помех и окружающей среды. Важной особенностью цифрового двойника является то, что для задания на него входных воздействий используется информация с датчиков реального устройства, работающего параллельно. Работа возможна как в онлайн, так и в офлайн режимах. Далее возможно проведения сравнения информации виртуальных датчиков цифрового двойника с датчиками реального устройства, выявление аномалий и причин их возникновения.

Содержание



Цифровой двойник - это виртуальный прототип реальных производственных активов - скважины, турбины, ветроэлектрической установки и т.д. Это сложный программный продукт, создается он на основе самых разнообразных данных и с помощью многочисленных IoT-датчиков. Цифровая модель помогает менять параметры работы оборудования и вносить улучшения гораздо быстрее и безопаснее, чем при экспериментах на реальных объектах.

Цифровой Двойник позволяет существенно расширить возможности облачных аналитических сервисов, используемых в концепции промышленного интернета вещей (IIoT) четвертой промышленной революции.

Подготовлено и предоставлено DIS Group



Цифровой двойник в жизненном цикле устройств

Цифровой Двойник применяется на всех стадиях жизненного цикла изделия, включающих в себя разработку, изготовление и эксплуатацию.

Уже на этапе эскизного проектирования с использованием цифрового двойника возможно создание вариаций системной модели разрабатываемого изделия для оценки и выбора из различных версий технических решений. Далее на этапе технического проектирования, полученная на предыдущем этапе модель может дорабатываться и уточняться при помощи более точных системных моделей элементов, которые в свою очередь могут быть получены посредством численного моделирования, возможна интеграция встроенного ПО и интерфейсов управления и многое другое. Данная многофизичная точная системная модель позволяет учесть и оптимизировать взаимодействие всех элементов с учетом режимов работы и воздействий окружающей среды.

На этапе изготовления, разработанная системная модель (которая уже может называться цифровым двойником изделия) поможет в определение требуемых допусков, точностей изготовления для соблюдения характеристик и безотказной работы изделия в течении всего срока службы, а также позволит быстро выявить причины неисправностей в процессе тестирования.

При переходе к этапу эксплуатации изделия, модель цифрового двойника может быть доработана и использована для реализации обратной связи с разработкой и изготовлением изделий, диагностикой и прогнозированием неисправностей, повышением эффективности работы, перекалибровки, выявления новых потребностей потребителя.

Важным аспектом успешного применения цифровых двойников является то, что разработка устройств и систем должна вестись с учетом данной концепции, что позволит существенно повлиять на построение бизнес-процессов предприятия и создание новых сервисов услуг.

Области применения

Цифровые двойники нашли свое применение в самых разных областях. Одна из их важнейших функций заключается в совершенствовании производственных процессов. Используя цифровых двойников, компании могут в цифровой среде создавать копии своих умных предприятий, выявлять «узкие места» (в компонентах, системах, процессах и других активах), тестировать потенциальные решения, моделировать результаты взаимодействий между компонентами и прогнозировать стохастические изменения, которые могут возникнуть при выполнении операций. Такая симуляция экономит организации время, ресурсы и деньги, необходимые для тестирования рабочих гипотез на практике.

Цифровые двойники также нашли свое место в промышленном дизайне и испытаниях изделий. Возьмем, к примеру, реактивный двигатель, устанавливаемый на одном из самых популярных самолетов: несколько тысяч отдельных компонентов сначала собираются воедино, а затем проходят обширные контрольные испытания для проверки безопасности работы двигателя в целом. Но теперь производителю не обязательно собирать дорогой физический образец авиационного двигателя, он может заменить его цифровым двойником – точной трехмерной копией. Именно ее должным образом анализируют, оценивают и испытывают согласно действующим требованиям. Более того, цифрового двойника можно создать и для двигателя, который уже находится в эксплуатации, чтобы проанализировать состояние его компонентов и рассчитать прогнозное техническое обслуживание[1].

Наиболее эффективным применение цифровых двойников является для продукции со следующими критериями:

  • Сопровождение продукции квалифицированным специализированным сервисом (контроль состояния, мониторинг, техническое сопровождение)
  • Длительный жизненный цикл изделия (5..70 лет)
  • Большое количество экземпляров установленного оборудования
  • Широкий диапазон и многообразие условий эксплуатации
  • Труднодоступность изделия для проведения обслуживания

Это весьма обширный список критериев, под которые подпадает продукция из различных отраслей промышленности, таких как:

  • энергетика (атомная, нефтегаз, турбомашиностроение);
  • авиационные двигатели и системы;
  • сложное промышленное оборудование (насосы, приводы, пр.);
  • железнодорожные и автомобильные транспортные системы;
  • медицинское оборудование.

Обслуживание по фактическому состоянию

На начало 2018 года при эксплуатации оборудования различают три основные стратегии управления его технического обслуживания и ремонта (ТОиР):

  • техническое обслуживание по событию (ТОС) или реактивное обслуживание;
  • планово-предупредительный ремонт (ППР);
  • обслуживание по фактическому состоянию (ОФС).

Техническое обслуживание по событию предполагает замену вышедших из строя деталей по факту их поломки, что зачастую увеличивает стоимость ремонта и время вынужденного простоя при проведении работ.

Реклама
Ультралегкие Fujitsu LIFEBOOK для вашего бизнеса

Производительные устройства с высокой степенью защиты данных для комфортной работы как в офисе, так и дома. Ваше рабочее место всегда с вами вместе с мобильными Fujitsu LIFEBOOK

Узнать больше

Планово-предупредительный ремонт является наиболее распространенным на сегодняшний день видом технического обслуживания и подразумевает замену деталей через определенные временные интервалы, которые определяются с помощью расчета среднестатистического времени наработки на отказ.

Наиболее передовым видом ТО является обслуживание по фактическому состоянию. Оно подразумевает устранение отказов оборудования путем интерактивной оценки технического состояния оборудования по совокупности данных поступающих с его датчиков и определения оптимальных сроков проведения ремонтных работ.

По данным Министерства энергетики США (2017 г.[2]) ключевые показатели эффективности при применении ОФС могут достигать следующих показателей:

  • Расходы на техническое обслуживание, -25%.
  • Устранение аварий, -70%.
  • Незапланированный простой, -35%.
  • Производительность, + 20%.

Цифровой двойник является одним из инструментов ОФС, который позволяет промоделировать различные варианты полных и частичных отказов, работу устройств с учетом режимов их работы, воздействий окружающей среды и различной степенью износа деталей.

Онтологические модели

Основная статья: Онтологические модели

История

2020: Цифровые двойники появятся у всех крупных городов Кузбасса

29 июня 2020 года заместитель губернатора Кузбасса по экономическому развитию Константин Венгер сообщил, что до конца 2021-го будут созданы цифровые двойники всех крупных городов региона — а именно 20 муниципальных образований. Подробнее здесь.

Смотрите также

Робототехника



Примечания