Цифровий двійник у Промисловості 4.0 – міст між віртуальним та фізичним світом

Пояснення цифрових двійників: ключ до майбутньої підключеної галузі

Цифровий двійник являє собою цифрове представлення фізичного об'єкта, процесу або системи. Це представлення базується на даних у режимі реального часу та тісно пов'язане зі своїм фізичним аналогом. Ця інноваційна технологія поєднує фізичний та цифровий світи та є ключовим компонентом сучасної промисловості, особливо в контексті Індустрії 4.0.

Визначення та концепція

Цифровий двійник виходить далеко за рамки простих цифрових моделей. Це живе відображення фізичного об'єкта, яке постійно поповнюється даними та здатне динамічно реагувати на основі цих даних. Технологія — це не просто інструмент, а стратегічний інструмент для підвищення ефективності та інноваційного потенціалу компаній.

Основа цифрового двійника складається з трьох важливих елементів:

• Фізичний об'єкт: Реальний елемент, дані якого збираються.
• Віртуальна модель: цифровий клон, який представляє всю відповідну інформацію.
• З’єднання даних: інтерфейси реального часу, що забезпечують потік даних між фізичним та цифровим простором.

Функції та можливості

Цифровий двійник – це потужний інструмент, який підтримує компанії в багатьох сферах. Його основні функції включають:

• Аналіз даних у режимі реального часу: безперервний збір даних дозволяє проводити поглиблений аналіз та отримувати негайне уявлення.
• Моделювання та оптимізація: Компанії можуть тестувати сценарії, перш ніж впроваджувати їх у реальному світі.
• Виявлення помилок: раннє виявлення вразливостей зменшує кількість збоїв.
• Рішення на основі даних: обґрунтовані рішення, прийняті завдяки точному аналізу та прогнозам.

Галузі застосування в промисловості

Цифрові двійники зарекомендували себе як універсальна технологія та використовуються в різних промислових секторах:

1. Виробництво та виготовлення

• Оптимізація виробничих ліній за допомогою сценарного моделювання.
• Віртуальне введення в експлуатацію машин, що економить час і кошти.

2. Прогнозоване технічне обслуговування

• Постійний моніторинг стану машин для точного прогнозування робіт з технічного обслуговування.
• Уникнення непередбачених збоїв та підвищення операційної ефективності.

3. Розробка продукту

• Віртуальне прототипування прискорює цикли розробки та зменшує матеріальні витрати.
• Моделювання фізичних властивостей перед фактичним виробництвом.

4. Логістика та транспорт

• Оптимізація ланцюгів поставок за допомогою аналізу даних у режимі реального часу.
• Покращення матеріальних потоків в автоматизованих складах та автономних транспортних засобах.

5. Енергетика та довкілля

• Моніторинг та оптимізація енергетичних систем для сприяння сталому розвитку.

Переваги для промисловості

Впровадження цифрових двійників має безліч переваг:

1. Підвищення ефективності

Моделювання та точний аналіз призводять до кращої координації виробничих процесів та зменшення кількості відходів.

2. Зниження витрат

Оптимізоване планування технічного обслуговування та менша кількість поломок заощаджують компаніям значні ресурси.

3. Налаштування під потреби клієнта

Зібрані дані дозволяють індивідуально адаптувати продукти до потреб клієнтів.

4. Сталий розвиток

Оптимізовані процеси означають менше споживання ресурсів та зменшення впливу на навколишнє середовище.

Проблеми в впровадженні

Хоча цифровий двійник пропонує величезні переваги, компанії стикаються з деякими проблемами:

1. ІТ-інфраструктура та управління даними

Створення надійної інфраструктури є дорогим і вимагає експертних знань.

2. Інтеграція даних

Безшовна інтеграція технологій Інтернету речей та обробка великих обсягів даних створюють технічні труднощі.

3. Міждисциплінарна співпраця

Впровадження вимагає співпраці між ІТ-відділом, виробничою командою та командою управління.

4. Аспекти безпеки

Захист конфіденційних даних від кібератак має бути гарантований.

Як працює цифровий двійник?

Функціональність цифрового двійника базується на мережевому об'єднанні фізичних об'єктів та їх цифровому представленні. Цей процес є дуже складним та інтегрує різні технології:

1. Датчики та джерела даних

Датчики безперервно збирають таку інформацію, як:

• температура
• Тиск
• Положення та швидкість
• Споживання енергії
• Умови навколишнього середовища

Ці необроблені дані формують основу для цифрового зображення.

2. Передача даних

Зібрані дані передаються на цифрову платформу в режимі реального часу за допомогою протоколів, таких як MQTT або HTTP. Центри Інтернету речей виступають посередниками між пристроями та хмарними сервісами.

3. Цифрове моделювання та штучний інтелект

Для створення динамічної моделі з даних використовуються штучний інтелект (ШІ) та машинне навчання. Ця модель:

• Він виявляє закономірності та тенденції.
• Дозволяє прогнозування (прогнозна аналітика).
• Виявляє аномалії на ранній стадії.

4. Моделювання та взаємодія

Цифровий двійник моделює процеси та дає змогу тестувати можливі сценарії без загрози фізичним ресурсам. Водночас він може активно взаємодіяти з фізичним об'єктом, наприклад, за допомогою команд керування.

5. Візуалізація

Такі технології, як доповнена реальність (AR) або 3D-моделі, роблять цифрового двійника відчутним. Вони полегшують розуміння складних даних і систем.

Майбутні сфери застосування

З розвитком таких технологій, як Інтернет речей (IoT), 5G та штучний інтелект, цифрові двійники стають дедалі потужнішими. Майбутні застосування можуть включати:

• Автономні фабрики, де цифрові двійники контролюють та контролюють усі процеси.
• Розумні міста, де двійники роблять інфраструктуру ефективнішою.
• Охорона здоров'я, з моделюванням моделей пацієнтів для персоналізованої медицини.

Таким чином, цифровий двійник не лише залишиться інструментом для промисловості, а й революціонізує інші сфери життя.

Цифровий двійник інноваційним чином поєднує фізичний та віртуальний світи, дозволяючи компаніям зробити свої процеси ефективнішими, знизити витрати та працювати більш стійко. Незважаючи на труднощі впровадження, ця технологія залишається важливим компонентом Індустрії 4.0 та мостом до майбутнього, керованого даними. Ті, хто визнає та використовує потенціал цифрового двійника сьогодні, будуть серед піонерів нової промислової ери завтра.

Підходить для цього:

• Планування промислового метаверного заводу від BMW ifaCtory: цифровий Zwilling & Virtual Factory & Planning з Nvidia Omniverse
• Промисловий метаверс та цифровий близнюк у виробництві: Mercedes-Benz будує віртуальні фабрики з Nvidia Omniverse