Jak digitální dvojčata pomáhají při simulacích

Jak digitální dvojčata pomáhají při simulacích Siemens PLM

Digitální dvojčata mohou pomoci technologiím založeným na modelech poskytnout základ pro průběžnou optimalizaci procesů a efektivní provoz závodu.

Představte si, že byste mohli s naprostou jistotou vidět budoucnost a zároveň provozovat svůj závod. Klíčem k dosažení tohoto cíle jsou simulace, které se velmi blíží realitě. V modelu, jako je digitální dvojče, je realita – v tomto případě zahrnující všechny součásti závodu i jejich vlastnosti a funkce – popsána pomocí matematických rovnic.

Digitální dvojče dokáže mapovat nejen realitu, ale také scénáře „co kdyby“, aby poskytlo spolehlivé předpovědi budoucího chování závodu. Toho je možné dosáhnout, protože model není vázán technickými limity závodu ani bezpečnostními omezeními, a práce na optimalizaci procesů tak může být provedena v bezpečném virtuálním prostředí.

Protože simulace nejsou časově omezené, nejsou už ani přesné předpovědi chování závodu pouhým snem. V ideálním případě spolupracují v jednom procesním závodě tři „nezávislá“ digitální dvojčata: digitální dvojče produktu, virtuální obraz výrobního závodu a digitální modelování produktu a výkonu výroby. Pro pochopení konceptu „digitálního dvojčete“ je důležité si uvědomit, že hloubka detailů – přesnost dvojčete – závisí na zamýšleném účelu. V závislosti na konkrétní úloze, například na simulaci výroby, optimalizaci výrobního procesu nebo řešení ekonomických problémů, jsou potřebné a užitečné modely s větší či menší přesností.

Nový výrobní přístup, životní cyklus

Nové perspektivy přináší přístup, který spočívá v integraci jednotlivých modelů a softwarových nástrojů do konzistentního, sémanticky propojeného systému v průběhu celého životního cyklu závodu. K vytvoření těchto typů systémů a modelů je zapotřebí mnoho hlubokých odborných znalostí v oblasti procesního inženýrství v kombinaci s mnoha softwarovými systémy. Proto je možné využít stávající znalosti systému a nejnovější publikované informace k vytvoření počátečního digitálního dvojčete procesu pomocí simulačního softwaru. Na základě toho se navrhne závod a jeho součásti – takzvaný „koncepční návrh“.

V této fázi se veškeré poznatky přenášejí do diagramu procesního toku (Process Flow Diagram – PFD), který je základem digitálního dvojčete procesu. V další technické fázi se digitální dvojče procesu přenese do nástroje pro plánování systému a vytvoří základ digitálního dvojčete závodu. To je postupně rozšiřováno o další specifické prvky systému. Základní strukturu digitálního dvojčete závodu lze poté vytvořit pomocí nástrojů pro technické zajištění závodu.

Jakmile je procesní inženýrství dokončeno, jsou všechny potřebné informace přeneseny do technického systému v systému řízení procesu. Kromě toho je v simulační platformě zmapována provozní úroveň, aby mohl být následně virtuálně uveden do provozu automatizační software.

Virtuální uvedení do provozu má mnoho výhod – na jedné straně lze předem otestovat všechny automatizační funkce a zároveň lze simulaci využít k přípravě a školení obsluhy závodu, zejména pro kritické scénáře, které lze ve virtuálním prostředí přehrát bez jakéhokoli rizika pro skutečný závod. Proto je zajištěno školení jak pro standardní provoz, tak pro chování závodu v případě narušení.

Více než realita pomocí virtuálních senzorů

Virtuální senzory jsou důležitou aplikací digitálního dvojčete v provozní fázi. Pomocí modelu procesu odhadují regulované veličiny procesu, které nejsou k dispozici, a podle potřeby optimalizují řízení procesu. Tento model je v ideálním případě stávajícím digitálním dvojčetem závodu. Předchozí zkušenosti ukázaly, že klíčem k simulacím, optimalizaci procesů a přesným předpovědím jsou technologie založené na modelech.

Důsledné používání tří digitálních dvojčat produktu, výroby a výkonu, o nichž jsme se zmínili výše, maximalizuje ekonomické přínosy během celého životního cyklu procesního závodu. Tyto výhody lze zvýšit, pokud jsou simulační modely vzájemně propojeny nebo vzájemně přenášeny.

Eckard Eberle je CEO společnosti Siemens Process Automation. Tento článek byl původně publikován na webové stránce Control Engineering Europe. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology.

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