Цифровий близнюк - цифровий близнюк: 3D -візуалізація та управління цифровими ланцюгами поставок

Цифрова нитка визначається як "використання цифрових інструментів та представлень для проектування, оцінки та управління життєвим циклом".

Термін "цифрова нитка" вперше був використаний у звіті "Global Horizons 2013" Глобальною робочою групою USAF Science and Technology Vision.

Термін Digital Thread був додатково вдосконалений у 2018 році Сінгхом та Вілкокс на їхньому папері під назвою Інженерія з цифровою ниткою. У цьому академічному документі термін цифровий потік визначається як "архітектура, що контролюється даними, яка пов'язувала інформацію з усього життєвого циклу продукту і призначена як основна або відповідна платформа даних та комунікації для продуктів компанії в будь-який час".

У більш вузькому сенсі цифровий потік також використовується для позначення найнижчого рівня проектування та специфікації для цифрового представлення фізичного об'єкта. Цифрова нитка є вирішальною здатністю в інженерії систем на основі моделі (MBSE) та основою для цифрового близнюка.

Термін цифрова нитка також використовується для опису простежуваності цифрового близнюка за вимогами, системами обміну та управління, з яких фізичний об'єкт.

Розумна фабрика - використання концепцій компанії -релевантних у Німеччині - Зображення: Xpert.digital

Графіка показує результат опитування, проведеного в 2017 році серед керуючих директорами німецьких промислових компаній, які використовували технології на інтелектуальних фабриках сьогодні та в майбутньому. 23 відсотки респондентів заявили, що зараз вони використовують цифровий близнюк продукту на своїй інтелектуальній фабриці. 43 відсотки надали використання цифрового близнюка продуктів на майбутнє.

Це також впливає на автономну внутрішню логістику: 17% заявили, що вони зараз (2017) використовуються. План 35 %, щоб реалізувати це до 2022 року.

Використання за п’ять років (2022)

• Оптимізація ресурсів на основі даних / оптимізація ресурсів, що підтримується даними,-77 %
• Інтегроване планування / інтегроване планування - 61 %
• Процес на основі великих даних та оптимізація якості / процес, керований великими даними, та оптимізація якості-65 %
• Модульні виробничі потужності / модульні виробничі активи - 36 %
• Мережева фабрика / підключена фабрика - 60 %
• Вперед - Вигляд технічного обслуговування / Прогнозування - 66 %
• Візуалізація/автоматизація/процеси візуалізація/автоматизація-62 %
• Цифровий близнюк продукту / цифрового близнюка продукту - 43 %
• Цифровий близнюк фабрики / цифрового близнюка заводу - 44 %
• Цифровий близнюк виробничої системи / цифровий близнюк виробничого активу - 39 %
• Гнучкі методи виробництва / гнучкі методи виробництва - 34 %
• Автономна внутрішня логістика / автономна внутрішньо рослинна логістика-35 %
• Передача параметрів виробництва / Передача виробничих параметрів - 32 %
• Повністю автономна цифрова фабрика / повністю автономна цифрова фабрика - 11 %

Використовуйте сьогодні (2017)

• Оптимізація ресурсів на основі даних / оптимізація ресурсів, що підтримується даними,-52 %
• Інтегроване планування / інтегроване планування - 32 %
• Процес на основі великих даних та оптимізація якості / великі дані та оптимізація якості-30 %
• Модульні виробничі потужності / модульні виробничі активи - 29 %
• Мережева фабрика / підключена фабрика - 29 %
• Вперед - Вигляд технічного обслуговування / Прогнозування - 28 %
• Візуалізація/автоматизація/процеси візуалізації/автоматизація-автоматизації-автоматиза
• Цифровий близнюк продукту / цифрового близнюка продукту - 23 %
• Цифровий близнюк Fabrik / Digital Twin Factory - 19 %
• Цифровий близнюк виробничої системи / цифровий близнюк виробничого активу - 18 %
• Гнучкі методи виробництва / гнучкі методи виробництва - 18 %
• Автономна внутрішня логістика / автономна внутрішньо рослинна логістика-17 %
• Передача параметрів виробництва / Передача виробничих параметрів - 16 %
• Повністю автономна цифрова фабрика / повністю автономна цифрова фабрика - 5 %

Опитували керуючий директор німецьких промислових компаній. Це питання було задано в опитуванні в наступному формулюванні: "Наскільки актуальні такі поняття для вашої компанії?". Джерело не надає жодної інформації про тип опитування та понад 100 відсотків.

Приклад того, як цифрові близнюки використовуються для оптимізації машин, є підтримка систем вироблення енергії, таких як турбіни, двигуни насадки та локомотиви.

Іншим прикладом цифрових близнюків є використання 3D -моделей для створення цифрових супутників для фізичних об'єктів. Це дозволяє відображати статус фактичного фізичного об'єкта, який пропонує спосіб проектувати фізичні об'єкти в цифровий світ. Наприклад, якщо датчики збирають дані з підключеного пристрою, дані датчиків можуть бути використані для оновлення копії стану пристрою як "цифрового близнюка" в режимі реального часу. Термін "відтінок пристрою" також використовується для концепції цифрового близнюка. Цифровий близнюк повинен бути поточною та точною копією властивостей та умов фізичного об'єкта, включаючи форму, положення, жести, статус та рух.

Цифровий близнюк також може бути використаний для моніторингу, діагностики та прогнозування для оптимізації продуктивності та використання систем. У цій галузі сенсорні дані можуть поєднуватися з історичними даними, людським досвідом, а також навчанням флоту та моделювання, щоб покращити результат прогнозів. Тому складні прогнози та інтелектуальні платформи технічного обслуговування можуть використовувати цифрові близнюки, щоб знайти причину проблем та підвищити продуктивність.

Цифрові близнюки автономних транспортних засобів та їх датчики, які вбудовані в моделювання руху та навколишнього середовища, також були запропоновані як засіб подолання значних проблем у розробці, експертизі та валідації застосувань у автомобільній промисловості, особливо якщо відповідні алгоритми базуються на підходах до штучного інтелекту, які потребують широких даних про навчання та валідації.

Фізичні виробничі об'єкти віртуалізовані та представлені як цифрові моделі -близнюки (аватарі), які є безшовними та тісно інтегрованими як у фізичному, так і у кіберпросторі. Фізичні об'єкти та моделі -близнюки взаємодіють таким чином, що вигідно для обох сторін.

Динаміка на рівні галузі

Цифровий близнюк змінює все управління життєвим циклом продукції (PLM), від проекту до виробництва до обслуговування та експлуатації. На сьогоднішній день PLM дуже споживає час з точки зору ефективності, виробництва, інтелекту, фаз обслуговування та стійкості в розробці продуктів. Цифровий близнюк може об'єднати фізичний та віртуальний простір продукту. Цифровий близнюк дозволяє компаніям створювати цифровий слід у всіх їхніх продуктах, від дизайну до розробки та протягом усього життєвого циклу продукту. Загалом, промисловості, які працюють у виробництві, сильно впливають на цифрові близнюки. У виробничому процесі цифровий близнюк - це віртуальна репліка своєчасних процесів на заводі. Тисячі датчиків розміщуються у всьому фізичному виробничому процесі, який збирає всі дані з різних вимірів, наприклад B. Умови навколишнього середовища, поведінкові властивості машини та виконували роботу. Усі ці дані постійно передаються та збираються цифровим близнюком. Завдяки Інтернету речей, цифрові близнюки стали більш доступними і могли визначити майбутнє виробничої галузі. Перевага для інженерів - це реальне використання продуктів, які розробляються практично цифровим близнюком. Розширені методи технічного обслуговування та управління продуктами та системою знаходяться в межах досяжності, оскільки існує цифровий близнюк реальної «речі» з реальними можливостями.

Цифрові близнюки пропонують великий бізнес -потенціал, оскільки вони прогнозують майбутнє, а не аналізувати минуле виробничого процесу . Представлення реальності, створеної цифровими близнюками, дозволяє виробникам розвиватися у напрямку колишньої бізнес-мови. Майбутнє виробництва базується на наступних 6 аспектах:

• Масштабованість,
• Модульність,
• гнучкість
• Автономія,
• Зв'язок
• і цифровий близнюк.

Зі збільшенням оцифрування окремих фаз виробничого процесу є можливості досягти підвищення продуктивності. Це починається з модульності і призводить до підвищення ефективності у виробничій системі. Крім того, автономія дозволяє виробничій системі ефективно та розумно реагувати на несподівані події. Нарешті, підключення, наприклад, Інтернет речей, дозволяє закрити цикл оцифрування, зробивши можливим оптимізацію наступного циклу дизайну продуктів та реклами для більш високої продуктивності. Це може призвести до більшої задоволеності клієнтів та лояльності, якщо продукція може визнати проблему, перш ніж вона насправді виявиться. Оскільки витрати на зберігання та обробку даних стають все меншими, можливе використання для цифрових близнюків також розширюється.

Цифровий близнюк має особливе значення для промисловості. Його існування та використання в процесах промислової додаткової вартості можуть бути вирішальною конкурентною перевагою для компаній. Це, зокрема, з початку 2010 -х років з моменту, коли Інтернет речей дозволив виробляти цифрово контрольовані та мережеві продукти з інтегрованими послугами.

У промисловості є цифрові близнюки, наприклад, для продуктів, виробничих потужностей, процесів та послуг. Ви також можете існувати перед реальним близнюком, наприклад, як дизайнерські моделі майбутніх продуктів. І вони можуть служити для аналізу та оцінки даних за допомогою реальних близнюків. Вони мають широкий спектр цілей та функцій.

Їх особливе значення для галузі є результатом економії фізичних прототипів та можливості моделювання поведінки, функціональності та якості реального близнюка з будь -якого відповідного аспекту. Ця цінність може бути використана для всіх частин створення цінності протягом усього життєвого циклу продуктів, систем та послуг.

Цифровий близнюк набуває найрізноманітніших форм. Наприклад, він може ґрунтуватися на поведінковій моделі розвитку системи, 3D-моделі або функціональній моделі, яка зображує механічні, електронні та інші властивості та особливості реального близнюка якомога реалістичні та всебічно в ході моделі на основі моделі.

Різні цифрові близнюки можуть бути пов'язані, а також дозволяють широкий зв’язок та взаємодію з реальними близнюками. Також говорить про цифрову нитку (цифрову нитку), яка проходить через весь життєвий цикл продукту і може зафіксувати іншу інформацію, пов'язану з продуктом. Компанія такої послідовної цифрової нитки, яка дозволяє оптимізувати в різних процесах створення цінностей та експлуатація великого спектру цифрових бізнес -моделей для продуктів або пропонованих послуг, має найбільшу користь.

Технологія виробництва - лише одна з багатьох промислових галузей. Цифрові близнюки зображують системи протягом усього життєвого циклу (дизайн, створення, експлуатація та переробка). Навіть під час планування інженери можуть використовувати моделювання моделей для оптимізації процесів. Якщо система працює, ті ж моделювання моделювання можуть бути використані для подальшого оптимізації процесів та для зміни виробництва.

У сфері системи управління транспортом та складом міжнародні логістичні компанії, такі як DHL або UPS, постійно розробляють нові програми для цифрових близнюків, таких як Track and Trace або інтелектуальний контроль складів, а також цілі порт -системи. Виробники програмного забезпечення, такі як SAP або Oracle, розширюють свої ERP -системи та пропонують нові ІТ -рішення як цифровий ланцюг поставок для управління ланцюгами поставок.

Концепція цифрового близнюка все частіше використовується в контролі виробництва, логістиці та закупівлі. Це може тісно поєднати цю концепцію з методами та засобами технології управління та технологією управління.

Географічні цифрові близнюки стали популярними в практиці містобудування завдяки зростаючому інтересу до цифрових технологій у русі розумних міст. Ці цифрові близнюки часто пропонуються в режимі реального часу у вигляді інтерактивних платформ для запису та відображення даних про космічні дані 3D та 4D для моделювання міських середовищ (міст) та даних, що містяться в них.

Технології візуалізації, такі як системи розширеної реальності (AR), використовуються як інструменти для спільної роботи для проектування та планування в убудованому середовищі, а також інтеграція подачі даних із вбудованих датчиків у містах та послугах API для формування цифрових близнюків. Наприклад, AR, наприклад, доповнені картки реальності, будівлі та дані можна проектувати на вершинах таблиці, щоб подивитися на них експерти з будівельної галузі.

У будівельних промислових, аамунг-інших речах, запроваджуючи процеси BIM (моделювання інформації про будівництво), планування, проектування, будівництво, експлуатаційні та технічні заходи все більше оцифровані, а цифрові близнюки будівель розглядаються як логічне розширення на рівні окремих будівель та на національному рівні. Наприклад, у листопаді 2018 року Центр цифрової Британії опублікував принципи Близнюків у Великобританії, в яких представлені принципи розвитку "національного цифрового близнюка".

Один з найдавніших прикладів функціонуючого «цифрового близнюка» був реалізований у 1996 році, коли в Терміналі 1 аеропорту Хітроу був побудований у Терміналі 1 аеропорту Хітроу. Консультант Мотт Макдональд та піонер BIM Джонатан Інграм комбінував датчики руху в греблі валізи та в отворах з цифровою моделлю об'єкта для відображення рухів у моделі. Для моніторингу наслідків відкачування мінометів було створено цифровий ін'єкційний об’єкт для стабілізації рухів землі.

Система охорони здоров'я вважається галуззю, яка змінюється технологіям цифрового близнюка. Концепція цифрового близнюка в галузі охорони здоров'я спочатку була запропонована та вперше використовувалася для прогнозу продукту чи пристрою. За допомогою цифрового близнюка життя в галузі медицини, спорту та освіти можна вдосконалити, дотримуючись більш контрольованого даними підходу в охороні здоров'я. Наявність технологій дозволяє створювати персоналізовані моделі для пацієнтів, які можуть постійно адаптовані на основі записаних параметрів здоров'я та способу життя. Зрештою, це може призвести до віртуального пацієнта, який детально описує здоров'я одного пацієнта і не лише базується на попередніх записах. Крім того, цифровий близнюк дозволяє окремим записам порівнюватися з населенням, щоб легше знайти закономірності з великими деталями. Найбільшою перевагою цифрового близнюка для системи охорони здоров’я є той факт, що охорона здоров'я може бути адаптована до реакцій окремих пацієнтів. Цифрові близнюки не тільки призведуть до кращої резолюції у визначенні здоров'я одного пацієнта, але й змінить очікуване зображення здорового пацієнта. У минулому "здоровий" був "здоровим", ніж відсутність ознак хвороби. Зараз "здорові" пацієнтів можна порівняти з рештою населення, щоб визначити дійсно здорові . Однак поява цифрового близнюка в системі охорони здоров’я також приносить із собою деякі недоліки. Цифровий близнюк може призвести до нерівності, оскільки технологія може бути не доступною для всіх та розрив між багатими та бідними. Крім того, цифровий близнюк визнає закономірності в популяції, які можуть призвести до дискримінації.

Ідея цифрового близнюка також все частіше поширюється в медицині, створюючи віртуальний образ пацієнта для імітації медичних застосувань. Таким чином, лікар може вирішити конкретну ситуацію відповідного пацієнта перед лікуванням та у випадку хірургічних операцій, специфічні для пацієнта операції (наприклад, штучні суглоби) можуть бути підготовлені та використані точно, що дозволяє покращити результат хірургічного втручання та швидше одужання.

Автомобільна промисловість була вдосконалена цифровою технологією Twin. Цифрові близнюки в автомобільній промисловості реалізуються за допомогою існуючих даних з метою спрощення процесів та зменшення обмежених витрат. В даний час автомобільні дизайнери розширюють існуючу фізичну суттєвості завдяки включенню цифрових навичок, заснованих на програмному забезпеченні. Конкретний приклад технології цифрового близнюка в автомобільній промисловості полягає в тому, що автомобільні інженери використовують технологію цифрового близнюка в поєднанні з інструментом аналізу компанії для аналізу того, як керувати конкретний автомобіль. Таким чином, ви можете запропонувати включити в машину нові функції, які можуть зменшити кількість аварій на вулицях, що ще не було можливим за такий короткий час.

Цифрові технології мають певні характеристики, що відрізняють їх від інших технологій. Ці характеристики, у свою чергу, мають певні наслідки. Цифрові близнюки мають такі характеристики.

Зв'язок

Однією з головних особливостей цифрової технології -близнюків є його зв’язок. Остання розробка Інтернету речей (IoT) виробляє численні нові технології. Розробка IoT також сприяє розвитку цифрових технологій Twin. Ця технологія має багато характеристик, які відповідають характеру IoT, а саме її сполучного характеру. Перш за все, технологія дозволяє зв’язати між фізичним компонентом та її цифровим аналогом. Основа цифрового близнюка базується на цьому зв’язку, без якої цифрової технології -близнюків не існуватиме. Як описано в попередньому розділі, ця підключення виробляється датчиками фізичного продукту, дані фіксують та інтегрують та передають ці дані за допомогою різних технологій інтеграції. Технологія цифрового близнюка дозволяє збільшити зв’язок між компаніями, продуктами та клієнтами. Наприклад, зв’язок між партнерами ланцюга поставок може бути збільшено, дозволяючи членам цієї ланцюга поставок перевірити цифровий близнюк продукту чи системи. Потім ці партнери можуть перевірити стан цього продукту, просто перевіривши цифровий близнюк.

Підключення з клієнтами також може бути збільшено.

Сервітизація - це процес, в якому компанії додають додаткову цінність до своєї основної пропозиції через послуги. У випадку прикладу двигунів виробництво двигуна є основною пропозицією цієї організації, яка потім пропонує додаткову вартість, надаючи послугу для перевірки двигуна та технічного обслуговування.

Послуга

Сервітизація - це інновація бізнес -моделі, яка є актуальною для виробничих компаній і є зміною попереднього портфеля пропозицій від лише матеріальних благ та поєднання матеріальних товарів та послуг. Роблячи це, це відображає загальну економічну тенденцію до сервісної компанії на рівні компанії.

Приклади обслуговування існують вже більше 100 років. Однак тема швидко стала важливішою протягом 20 років, оскільки, на основі глобалізації, компанії в країнах Хохлона, як Німеччина, бачать засоби захисту себе від конкуренції з боку країн з низьким вмістом. У науці сервітизація зарекомендувала себе як незалежна тема дослідження завдяки спеціалізованій статті Сандри Вандермерве та Хуана Ради.

Гомогенізація

Цифрові близнюки можна охарактеризувати як цифрову технологію, яка є і наслідком, і сприяння гомогенізації даних. Оскільки будь -який тип інформації або вмісту тепер можна зберігати та передавати в одній цифровій формі, його можна використовувати для створення віртуального представлення продукту (у формі цифрового близнюка), що зменшує інформацію з його фізичної форми. Гомогенізація даних та роз'єднання інформації від вашого фізичного артефакту дозволила розробити цифрові близнюки. Однак цифрові близнюки також дозволяють все більше і більше інформації про фізичні продукти в цифровому вигляді та відключити від самого продукту.

Оскільки дані все частіше оцифровані, вони можуть бути передані, збережені та обчислені швидко та недорого. Відповідно до закону Мура, обчислювальна потужність продовжуватиме збільшуватися експоненціально в найближчі кілька років, тоді як витрати на обробку даних значно зменшаться. Тому це призведе до зниження витрат на кордон на розробку цифрових близнюків і зробить порівняно набагато дешевше тестування проблем на основі віртуальних уявлень, прогнозувати та вирішити їх замість тестування на фізичних моделях, поки фізичні продукти не порушаться перед втручанням.

Іншим наслідком гомогенізації та роз'єднання інформації є конвергенція досвіду користувачів. У цій мірі, в якій інформація оцифрована фізичними об'єктами, один артефакт може запропонувати різноманітні нові варіанти. Технологія цифрового близнюка дозволяє детальну інформацію про фізичний об'єкт можна ділитися з більшою кількістю агентів без місця чи часу. У своїй білій книзі про цифрові технології -близнюки у виробничій індустрії Майкл Грівз визначає наступні наслідки гомогенізації, що стали можливими цифровими близнюками:

У минулому керівники фабрики мали свій кабінет з огляду на фабрику, щоб вони могли відчути те, що відбувається у заводській залі. З цифровим близнюком не тільки менеджер фабрики, але й кожен, хто має відношення до фабричного виробництва, може мати однакові віртуальні вікна не лише на одній фабриці, але й на всіх фабриках у всьому світі.

Перепрограмований та розумний

Як уже згадувалося, цифровий близнюк дозволяє певним чином перепрограмувати фізичний продукт. Крім того, цифровий близнюк також можна перепрограмувати автоматично. За допомогою датчиків щодо фізичного продукту, технологій штучного інтелекту та прогнозного аналізу. Наслідком цієї набору - поява функціональних можливостей. Якщо ми знову візьмемо на приклад двигуна, цифрові близнюки можуть бути використані для збору даних про потужність двигуна та налаштування двигуна, якщо це необхідно, та для створення нової версії продукту. Сервітизацію також можна побачити в результаті перепрограмантності. Виробники можуть нести відповідальність за моніторинг цифрового близнюка, вносять коригування або повторне програмування цифрового близнюка, якщо це необхідно, і ви можете запропонувати це як додаткову послугу.

Цифрові сліди

Ще одна особливість - той факт, що цифрові Twin Technologies залишають цифрові сліди. Ці сліди можуть використовуватися інженерами, наприклад, B. У разі розладу машин для перевірки слідів цифрового близнюка для діагностики, де виникла проблема. В майбутньому ці діагнози також можуть використовуватися виробниками цих машин для поліпшення їх конструкцій, щоб в майбутньому однакові несправності відбуватися рідше.

Модуль

У сенсі виробничої галузі модульність можна охарактеризувати як дизайн та адаптацію продукції та виробничих модулів. Додавши модульність до виробничих моделей, виробникам надається можливість оптимізувати моделі та машини. Технологія цифрового близнюка дозволяє виробникам відстежувати використовувані машини та розпізнавати можливі області вдосконалення на машинах. Якщо ці машини є модульними, виробники можуть використовувати цифрову технологію Twin, щоб визнати, які компоненти впливають на продуктивність машини та замінити їх більш підходящими компонентами для поліпшення виробничого процесу.