Digital Twin технологията

Cвързването на физически активи в дадено предприятие със системи за наблюдение и събиране на данни е предпоставка за редица нови възможности.

Една такава директна връзка не само предоставя на потребителите детайлна информация за даден продукт или процес, но и го оптимизира и автоматизира за Индустриален Интернет на нещата (IIoT).

Многобройните възможности, произтичащи от автоматизирането на процесите за IIoT, тепърва се разкриват, затова и все още е нужна известна доза въображение, за да бъдат разбрани напълно. Digital Twin технологията е идеален пример за това, както и ключов елемент от визията за Industry 4.0 и индустриален интернет.

Всички вече сме добре запознати с концепцията и практиката на цифровизацията. Все повече информация се добива и за обратните процеси, като например 3D принтирането. Дигиталните двойници от digital twin технологията са нещо различно – те представляват цифрово (софтуерно) копие на физически активи.

Но нека отново се върнем на примера с цифровизирането на информация от хартиен носител, най-просто наречена заснемане или сканиране на документи.

След като целият документ, или по-важното, информацията от него, се сканира и архивира или използва за какъвто бизнес процес е необходима, с оригиналния лист хартия могат да се направят две неща: да се изхвърли или запази по регулаторни причини.

Ако го изхвърлим, остава само дигиталната информация, без копие. Както предполага името им, дигиталните двойници представляват втора версия на “нещо” – физически актив, готов за свързване в индустриален интернет и Industry 4.0.

Дигиталните двойници са отговор на нуждата от напълно виртуална реплика, която функционира като истинския продукт, но всичко е симулация. Репликите са разположени изцяло в облак, проектиран от инженери.

Това различава digital twin технологията от т. нар. добавена реалност (augumented reality - AR), въпреки че прогнозите за бъдещите тенденции предвиждат и създаването на реплики чрез AR.

Дигиталният двойник работи идентично на физическия актив, което позволява откриването на възможни проблеми, тестването на нови настройки, симулирането на всякакви сценарии, анализирането на всичко, което има нужда от анализиране, както и общо взето всичко възможно във виртуална и цифрова среда.

Резултатите от тестовете, извършвани със или върху дигиталния двойник, ще са същите и при истинския актив.

Internet of Things – източник на данни за Digital twin
Използването на digital twin технология днес е тясно свързано с наличието на индустриален интернет или IIoT в производството. При наличие на достатъчно данни от IoT, дигитални двойници могат да бъдат създавани дори и на цяла среда с няколко физически активи.

Затова, когато става въпрос за инвестиции в технологията, обикновено става въпрос за фирми, които активно използват индустриалния интернет.

Обединяване на виртуалните и реалните светове
Количеството и качеството на информацията за виртуалните и физическите продукти се развиват изключително бързо през последното десетилетие. Проблемът обаче е, че двупосочната връзка между реалното и виртуалното пространство не е толкова добре развита.

Производителите по цял свят масово работят или само с физическия, или само с виртуалния продукт, а не с двете едновременно.

Едно решение за осигуряване на оптимални ползи от свързването на виртуални и физически активи е създаването на единно хранилище, по-известно на английски език като “unified repository” (UR), което да свърже двата продукта.

Виртуалното копие представя на потребителя характеристики като размери, допуски, изисквания за въртящ момент, измервания на твърдостта и т.н., всяко от които е обозначено със собствен етикет.

Когато проектът се пуска в производство, тези етикети се взимат от виртуалния модел и се използват за създаване на UR, като се индексират и точните характеристики и геометрични положения, на които отговарят.

От страна на реалния продукт, тези етикети се включват към производствените изпълнителни системи (MES) и спецификацията на производствените процеси (Bill of Process). С изпълнението на процесите MES системите изпращат получената информация за характеристиките към UR на всеки етап.

Последната стъпка е връщането на всичко това обратно в симулацията на предприятието, което на практика би създало абсолютна реплика на извършваните процеси. Така вместо да се симулира какво би се случило в завода, приложението възпроизвежда всяка отделна извършена стъпка от производството на даден продукт.

Приложението, което копира дейността в завода, поддържа постоянна връзка с UR, откъдето обновява информацията за продуктите и след това я показва във виртуалното предприятие.

С помощта на подобна разработка потребителите биха могли да видят в реално или почти реално време какво се случва в предприятието, както и действителните характеристики на продуктите, докато преминават през различни производствени клетки.

Предимства на Digital twin технологията
Digital twin технологията съответства на три от най-мощните инструменти от набора човешки знания - концептуализацията, сравнението и съвместната работа. Взети заедно, тези предимства на човешкото съзнание са ключ към следващото поколение методи за решаване на проблеми и създаване на иновации.

Концептуализация - за разлика от компютрите, хората не обработват информация в смисъла на последователен анализ стъпка по стъпка. Вместо това, ние разглеждаме дадена ситуация и формираме представа за проблема и неговия контекст, т.е. го концептуализираме.

Цялата налична информация се взима наведнъж и се обръща внимание на всеки важен детайл. Тази информация може да бъде извличана от таблици с числа, отчети и друг вид символна информация, но най-силната страна е директното визуално разглеждане на даден актив.

Със сегашния модел обаче, хората записват характеристиките на продуктите под формата на числа и букви, а след това ги визуализират наново при прочитане. Освен че така се губи голяма част от информацията, този процес е и не толкова времево ефективен.

В същото време digital twin технологията ни позволява директно да видим ситуацията от всички ъгли, като неефективните и непродуктивни стъпки за сгъстяване на информацията и превеждането й от визуална на символна, и обратно на визуална, са напълно премахнати.

Сравнение - следващият т. нар. “инструмент”, който хората използват при оценката на ситуации, е идеята за сравнение. Несъзнателно и непрекъснато сравняваме желания резултат с действителния, за да определим къде двете се различават.

Чак когато вземем това решение премахваме разликата. Естествено, дори когато информацията за даден продукт е разделена – налична на физически и дигитален носител, пак можем да направим сравнение.

То обаче няма да е ефективно, тъй като ще се наложи двете да се разгледат поотделно – първо да се отличи дадена физическа характеристика, а после да се намери съответстващата й дигитална такава.

Digital twin моделът позволява вместо това да видим идеалната стойност заедно със съответния коридор допустими разлики – положителните и отрицателните отклонения, които можем да допуснем, преди да считаме резултата за неприемлив.

Съвместна работа - едно от най-сериозните предимства на човешкия интелект е възможността за съвместна работа и обогатяване на наличната информация, добиване на различна перспектива и по-добра възможност за иновации и решаване на проблеми.

От тази гледна точка, голям проблем при концептуализацията е, че тя се случва на ниво индивид, а не екип. Дигиталните двойници на физически активи обаче позволяват този процес да се извършва споделено и да се визуализира по абсолютно същия начин от неограничен брой хора.

В миналото, управителите на заводи разполагаха офисите си с изглед към цялото производство, за да придобиват по-ясна представа как протичат процесите. Digital twin технологията обаче позволява не само на управителите, но и на всеки участник в производството да споделят един и същ виртуален прозорец с поглед към целия завод.