Jak digitální dvojčata a technologie IIoT přispívají provozu

OBRÁZEK 1: Digitální dvojče využívající software Plant Simulation od společnosti Siemens zobrazené vedle fyzického systému, aplikace polohování s robotem pro manipulaci s materiálem na kolejnici. Obrázky poskytla společnost Patti Engineering OBRÁZEK 1: Digitální dvojče využívající software Plant Simulation od společnosti Siemens zobrazené vedle fyzického systému, aplikace polohování s robotem pro manipulaci s materiálem na kolejnici. Obrázky poskytla společnost Patti Engineering

Podívejte se, jak digitální dvojčata a technologie průmyslového internetu věcí (IIoT) navzájem spolupracují. Aktualizace digitálního dvojčete lze automatizovat.

Digitální dvojčata, která do značné míry umožnil průmyslový internet věcí (IIoT), umožňují snadnější optimalizaci průmyslových provozů, zařízení a systémů. Digitální dvojčata a technologie IIoT vzájemně spolupracují. Implementace digitálních dvojčat může být přínosem pro průmyslové provozy a systémy.

Definování digitálního dvojčete

Digitální dvojče je digitálním zpodobněním reálného stroje, zařízení nebo procesu. Digitální dvojče je však více než jen simulace. Digitální dvojče přesně replikuje funkci a chování reálného systému. Tuto replikaci umožňuje digitální vlákno, komunikační rámec, který získává data z platforem připojených k reálnému systému a předává je digitálnímu dvojčeti. K digitálnímu dvojčeti mohou být připojeny systémy jako zařízení IIoT, software pro počítačem podporované navrhování (CAD), software pro řízení životního cyklu výrobku (PLM), systémy pro operativní řízení výroby (MES) a systémy pro plánování podnikových zdrojů (ERP). Digitální vlákno také umožňuje uživatelům provádět simulace na digitálním dvojčeti a rozhodovat se na základě objektivních scénářů, výsledků a dat z reálného světa.

Bez technologií, jako je IIoT a cloudová správa dat, které poskytují podrobná data v reálném čase, by digitální dvojčata nebylo možné zavést nebo by byla přinejmenším mnohem méně efektivní.

Digitální dvojčata: Míra podrobnosti

Množství podrobností potřebných pro digitální dvojče závisí na tom, čeho chce uživatel dosáhnout. V ideálním světě by digitální dvojče přesně kopírovalo celý výrobní proces, včetně externí a interní logistiky. Nebo v případě navrhování produktu by digitální dvojče kopírovalo celý proces navrhování, od konceptu až po výrobu. Pro většinu výrobců a jejich účely použití digitálních dvojčat není taková míra podrobnosti praktická ani proveditelná.

V reálném světě se většina implementací digitálních dvojčat zaměřuje na konkrétní proces nebo produkt. Pokud se digitální dvojčata používají k optimalizaci procesu, měly by informace vložené do digitálního dvojčete zahrnovat základní proces, jako je časování procesu, pracovní tok, množství a míra zmetkovosti nebo předělávek. Pokud je to možné, digitální dvojče by mělo zahrnovat také jeden nebo dva kroky před a za hlavním procesem. Nejdůležitější je, aby se po určení oblasti zájmu shromáždilo co nejvíce informací z této oblasti.

Klíčový bod: Pokud se digitální dvojče používá jako pomůcka při vývoji procesu nebo produktu, mějte na paměti, že digitální zpodobnění se vytváří, ještě než je vytvořen nebo implementován produkt nebo proces. Proto je důležité digitální dvojče aktualizovat, jakmile bude zaveden fyzický systém. Bez aktualizace bude digitální verze pravděpodobně nepřesným obrazem skutečného systému. A pokud se nepřesné digitální dvojče následně používá (k optimalizaci, dalšímu vývoji, nebo dokonce k řešení problémů), může to vést ke ztrátě času, úsilí a samozřejmě i nákladů. 

Četnost aktualizací digitálního dvojčete

Klíčový bod: Digitální zpodobnění by mělo být aktualizováno při každé změně reálného systému, i když se změna zdá být nevýznamná. Ve výrobním procesu může dojít ke změnám, které nejsou okamžitě patrné, například ke sjetí dílu z linky nebo ke snížení rychlosti linky v průběhu času. Přesné a aktuální digitální dvojče umožňuje zúčastněným stranám porovnávat skutečný proces a výsledek s tím, který digitální dvojče předpovídá. Uživatelé pak mohou s velmi vysokou přesností a spolehlivostí určit, kde k problému dochází nebo co ho způsobuje. To je jednou z klíčových trvalých výhod digitálních dvojčat, která je cenná i po prvotním návrhu, vývoji a uvedení do provozu. Ačkoli je udržování digitálního dvojčete v aktuálním stavu teoreticky jednoduché, pro některé výrobce je to náročný úkol, protože průmyslové procesy zahrnují mnoho proměnných, které se mohou neustále měnit. 

CTL2206 MAG2 F1 optimization CP CSIA ABB Digital Twin Cell Fig2OBRÁZEK 2: Simulační software Process Simulate od společnosti Siemens zobrazuje digitální dvojče robotické pracovní buňky s roboty ABB. Navigace vlevo nabízí strom objektů, strom operací a panel simulace. Strom objektů umožňuje programátorovi vybrat jednotlivé komponenty/objekty v simulaci. Strom operací obsahuje simulační akce, jako jsou dráhy robotu. Panel simulace slouží k zobrazení a simulaci vstupů a výstupů, které spouští programovací software

Automatizace aktualizací digitálního dvojčete

Mezi největší výzvy při prvním zavádění digitálních dvojčat patřila komunikace a standardizace. I když byly všechny informace k dispozici, nacházely se v různých zařízeních, jako jsou senzory, řídicí jednotky, 3D modely, systémy ERP atd. Bylo obtížné dostat informace do stejného formátu nebo jazyka, agregovat je a přenést do digitálního dvojčete.

Klíčový bod: Integrace informací v digitálním dvojčeti může být stále problémem, ale strojové učení a technologie umělé inteligence (AI) pomohly tyto problémy vyřešit. Nyní mohou platformy digitálních vláken zachycovat data z různých systémů, standardizovat je a poskytovat bezproblémové propojení mezi fyzickým procesem nebo produktem a digitálním dvojčetem. Díky možnostem automatizace digitální vlákno aktualizace do značné míry zvládá, zejména pokud se aplikuje na jednotlivé produkty nebo procesy.

Automatizace aktualizací digitálních dvojčat u velmi rozsáhlých procesů a celých průmyslových provozů je však náročnější. Pokud hovoříme o kompletní výrobní lince nebo závodu, je třeba do digitálního dvojčete přenést načasování každé události a sekvence a tyto informace lze z reálných komponent a systémů pomocí stávajících technologií získávat jen obtížně. Podívejme se proto na scénáře, ve kterých mohou digitální dvojčata přinést výrobcům skutečný užitek.

Kde se digitální dvojčata uplatní nejlépe?

Digitální dvojčata lze aplikovat na téměř jakýkoli produkt nebo proces. Digitální dvojčata se často používají i v nevýrobních odvětvích, například při vývoji softwaru. Jejich skutečná hodnota vychází z toho, jak lze digitální dvojčata využít v celém životním cyklu produktu, procesu nebo systému.

Digitální dvojčata lze použít během vývoje výrobku nebo procesu k simulaci návrhu, funkce anebo pracovního postupu. Digitální dvojčata jsou užitečná ve výrobních aplikacích, kde se vyskytuje více os nebo pohybů či procesů probíhajících současně nebo v těsném sledu za sebou.

Příklad montážní linky v automobilovém průmyslu: Díl může po výrobní lince putovat po dopravníku, přičemž na různých stanicích na něm pracuje několik robotů. Všechny tyto pohyby a procesy musejí být velmi přísně koordinovány a řízeny – od okamžiku naložení dílu na dopravník až po jeho vyložení. Pokud díl z dopravníku sjede nebo pokud se na některém místě vyskytne závada, jak to ovlivní zbytek výrobní linky? Nebo pokud je cílem zvýšit rychlost dopravníku o 20 %, uživatelé potřebují vědět, jak se musí změnit doba cyklu robotů a koncových efektorů, aby udržely krok se zvýšenou rychlostí dopravníku. Pomocí digitálních dvojčat lze tyto scénáře simulovat a řešit.

Příklad úpravy produktu nebo procesu a testování: Digitální dvojčata jsou také cenná pro testování výsledků úprav produktu nebo procesu. Digitální dvojče umožňuje konstruktérům a řídícím technikům testovat širokou škálu scénářů a případů, aniž by bylo nutné přerušit výrobu nebo investovat do fyzických prototypů a testovacích zařízení. A když je finální iterace uzamčena, implementace a spuštění jsou mnohem rychlejší a plynulejší, protože dlouhý seznam „co kdyby“, který by se normálně musel řešit v této fázi, je již vyřešen. Použití digitálních dvojčat v tomto scénáři odstraňuje z procesu značnou míru nejistoty a rizika.

Nejistota může vést k nákladným chybám a ztrátě času i úsilí. Proto se peněžní hodnota digitálních dvojčat často určuje na základě úspory času a nákladů během vývoje a uvedení do provozu, jakož i na základě úprav v průběhu životního cyklu produktu nebo procesu a řešení problémů.

Cena digitálních dvojčat: Čas a peníze

Klíčový bod: Jedním z největších omylů ohledně zavádění digitálních dvojčat je myslet si, že počáteční náklady a časová náročnost budou obtížně ospravedlnitelné. Digitální dvojče se již navrhuje digitálně jako produkt pomocí softwaru pro navrhování produktů nebo při programování řídicího systému v programovatelném automatu (PLC). Platformy digitálních vláken mohou přinést 3D modely, programy a přenášet všechna data ze zařízení, takže se inženýři a konstrukční tým nemusejí starat o přenos dat a komunikaci. Digitální dvojče vyžaduje počáteční investici, ale může ušetřit značné množství času na navrhování, programování i nastavení a předcházet nečekaným problémům a katastrofám na poslední chvíli. Tyto výhody a dlouhodobé přínosy pro simulaci změn a řešení problémů jsou mnohem cennější než počáteční čas a náklady, které digitální dvojče vyžaduje.

Autor článku je Sam Hoff, zakladatel a prezident/CEO společnosti Patti Engineering, která je certifikovaným členem Asociace integrátorů řídicích systémů (CSIA). CSIA a Patti Engineering jsou obsahovými partnery vydavatelství CFE Media. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel, Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com