XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Наш мир - это эпоха нанотехнологий. Мы наблюдаем промышленную революцию, где лидирующие позиции занимают те предприятия, которые приняли решение о цифровой трансформации производства. В частности внедрение цифрового двойника. Новая парадигма, заставляющая достигать принципиально нового уровня разрабатываемой и производимой продукции.

Цифровой двойник – это имитационная, виртуальная модель чего-то физического, будь то люди, устройства, сложные системы, процессы или целые предприятия. Он не только генерирует данные о состоянии физического объекта, но и помогает составить работу физического объекта еще на этапе его моделирования [1].

Еще в 2002 г. профессор Майкл Гривз, впервые представил публике концепцию цифровых двойников. В целом, он говорил о том, какие возможности открываются при создании виртуального пространства. Также, выступая на конференции с презентацией о создании центра управления жизненным циклом продукта, он рассказал, как виртуальное пространство может дублировать реальное пространство и обмениваться с двойником потоками данных. Данная концепция представлена в статье «Цифровые близнецы: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода», которую опубликовал в 2003 году. Вследствие этого термин «цифровой двойник» прочно вошел в обиход. Совсем недавно воплотить эту идею в жизнь было нереально, но время идет. Мы наблюдаем колоссальное развитие интернета вещей, что в корне меняет ситуацию. Поэтому цифровые двойники не просто стали новым открытием, а превратились в один из ведущих трендов технологического развития [2].

Основой цифрового двойника является гиперматрица требований, включающая целевые показатели и ресурсные ограничения. Она создается в ходе системного подхода для производства, проектирования и эксплуатации технического объекта. Также формируются сотни требований, которые декомпозируются на десятки тысяч целевых показателей, которые конфликтуют между собой [3].

Задачи цифрового двойника. В основном это расчёт и оптимизация узких мест производственного цикла, моделирование различных сценариев и оценка рисков, тестирование и прогнозирование потенциала запуска производства новых продуктов при минимальных затратах. Сейчас большая часть задач, связанна с численным моделированием. Например, топологическая оптимизация деталей и узлов или учет влияния производственных отклонений при проектировании элементов конструкции. Решение таких задач необходимо, но невозможно без применения цифровых технологий. Единственный выход - это цифрой двойник, а именно системно-ориентированный подход. Он направлен на соединение результатов численного моделирования разных физических процессов в рамках одной экспертной цифровой платформы. Преимущество такого подхода – точность и быстрота действий [3].

В процессе анализа можно выделить главные функции цифрового двойника:

Прозрачность и контроль. Цифровой двойник включает в себя состав моделей физических процессов. Они дают полную картину происходящего. Сопровождают прогнозы и рекомендации визуализацией процессов и показаниями виртуальных датчиков.

Масштабируемость. Цифровые копии можно дублировать на новые производственные объекты.

Индивидуальность. Благодаря данной функции каждой модели оборудования соответствует собственный цифровой двойник, который учитывает её особенности.

Длительный срок службы. Цифровой двойник хранит свою достоверность и эффективность в течение всего цикла эксплуатации установки.

Быстрый старт и простота эксплуатации. Главный плюс двойника в том, что для него не свойственен длительный срок обучения и сбор статистики.

Можно сделать вывод, что цифровые двойники имеют множество положительных качеств и находят широкое применение практически в любой отрасли. Благодаря тому, что цифровые технологии стали играть на поле промышленной индустрии, они сделали огромный шаг в сторону безопасности, экономии и исключения ошибок. Цифровые двойники стали полезным инструментом в промышленности и статистика это подтверждает. Консалтинговая компания Gartner прогнозирует, что к 2021 году большинство крупных промышленных компаний будет использовать цифровых двойников, вследствие этого их производительность вырастет на 10%. В свою очередь компания Deloitte составила прогноз о том, что мировой рынок цифровых двойников достигнет около 16 млрд долларов, примерно к 2023 году. А к 2025 году доход от использования цифрового двойника в промышленности по сравнению с основным отраслям рынка займет 2 место (Рис.1.):

Рис. 1. Доходы основных отраслей на 2025г

Мы видим, что цифровые двойники помогают предприятиям повысить эффективность деятельности и избавить от разных проблем [4]. Эта технология применяется в самых разных сферах, но на сегодня наибольшее распространение она получила в промышленности, поскольку цифровые двойники позволяют кардинально максимизировать все процессы в производственно-сбытовой цепочке.

Нефтегазовая и нефтехимическая промышленность является ключевым источником развития рынка. Применение цифровых копий в этой сфере помогает предприятиям снизить затраты от 5 до 20%. Так, например в 2018 году компания «Газпром нефть» приняла решение о полной цифровизации бизнеса как главное направление своей деятельности. С помощью цифровых двойником им удается проверять предположения по нахождению месторождений.

В качестве следующего примера можно рассмотреть систему для регулирования инженерных данных, где собрана вся информация по оборудованию и его взаимосвязям. Дополнительно здесь хранятся данные в виде каркасной структуры, что намного облегчает заданный поиск объекта. Благодаря системе можно наблюдать, как она помогает сократить потерю времени, число ошибок при обслуживании, ремонте и заказе запчастей, а также делать навигацию по оборудованию для ремонтников.

В железнодорожной промышленности также наметился скачок цифровизации. Технологии помогают в разы уменьшить затраты и выявить многоканальные операции при эксплуатации подвижным составом и увеличить производительность в сфере отгрузок. Можно наблюдать, как цифровые копии поспособствовали более улучшенному управлению подвижным составом «Сапсан» и «Ласточка». Цифровые двойники позволяют системе со скоростью света реагировать на поступающие запросы и рассчитывать результаты выполнения производственного плана при заданных параметрах [5].

На основе проведенного исследования можно сделать вывод о том, что предприятия, которые используют данную инновацию, быстрее адаптируются к стремительно меняющимся трендам и событиям. Повышают свою производительность и начинают эффективнее управлять ресурсами. И это напрямую влияет на их конкурентоспособность. Следовательно, с помощью «Цифрового двойника» можно управлять ключевыми параметрами изделий, технологическими и производственными процессами, эксплуатационными режимами и проигрывать сценарии «что, если» без риска и вмешательства в реальное производство. И именно это приведет к сокращению необходимых инвестиций при планировании новых производств — до 20 %. Выявлению и устранению проблем и узких мест заблаговременно. Увеличению производительности существующих производств на 10 — 20 % за счет рационализации производства. Сокращению незавершенного производства и времени производственного цикла на 20 — 60 %. Технология создания цифрового двойника является передовой и выведет предприятия на ведущий уровень.

Библиографический список:

Определение цифрового двойника [Электронный ресурс] : URL : https://rb.ru/longread/digital-twin/ (Дата обращения: 08.11.2020).

Концепция цифрового двойника [Электронный ресурс] : URL : https://www.iksmedia.ru/articles/5585041-Czifrovye-dvojniki-v-promyshlennost.html (Дата обращения: 17.11.2020).

Основа и задачи цифрового двойника [Электронный ресурс] : URL : https://dfnc.ru/arhiv-zhurnalov/2020-4-63/novaya-paradigma-tsifrovye-dvojniki-strategiya-innovatsionnogo-proryva-v-opk/ (Дата обращения: 17.11.2020).

Аналитика и статистика [Электронный ресурс] : URL : https://www.bigdataschool.ru/blog/digital-twin-plm-iot-big-data.html (Дата обращения: 17.11.2020).

Примеры цифровых двойников в промышленности [Электронный ресурс] : URL : https://rb.ru/longread/digital-twin/ (Дата обращения: 08.11.2020).

Код для цитирования: Скопировать