УДК 007.51

Исследование применяемости цифрового двойника в производстве

Янаева Любовь Александровна – студент магистратуры Радиотехнического факультета Поволжского государственного технологического университета.

Научный руководитель Курасов Павел Александрович – кандидат технических наук, доцент кафедры Проектирования и производства электронно-вычислительных средств Поволжского государственного технологического университета.

Аннотация: Традиционное производство технического оборудования, в совокупности с основными правилами и регламентами становится все более неэффективным как по времени, так и по затрачиваемым средствам. Соответственно, возникает необходимость в поиске новых средств для автоматизации производства, приведении его к безотходному с более продвинутыми технологиями. В этой работе рассмотрен прогресс исследования цифрового двойника. Показано, что концепция цифрового двойника обеспечивает решение проблемы эффективного контроля технического объекта, его обслуживания и улучшения. Проведен обзор популяризации технологии цифрового двойника как в России, так и во всем мире.

Ключевые слова: цифровой двойник, система автоматизации, технологический процесс, искусственный интеллект, глубокое обучение, киберфизические системы.

В инженерной практике, рациональная эксплуатация различных технических систем и их обслуживание требуют учитывать контроль работы, предупреждение о внезапном отказе, своевременный запуск и паузу систем управления, обратную связь о состоянии технического обслуживания и визуализацию техобслуживания. С развитием технологий проектирование и производство механического оборудования постепенно стали более разнообразными. Наиболее актуальной становится необходимость изучения и усовершенствования технологий интеграции цифровых систем для диагностирования и совершенствования механического оборудования и систем. Возможное решение может предложить появляющаяся концепция цифровых двойников. Цифровой двойник может обеспечить обратную связь о состоянии исследуемого объекта в режиме реального времени для инженеров, которые, в свою очередь, примут необходимые решения по обслуживанию объекта, что будет значительно сокращать время и затраты.

Существует несколько вариаций технологии цифровых двойников, согласно рисунку 1: информационные, предиктивные и операционные [4]. Информационные цифровые двойники позволяют в реальном времени получить информацию о функциональном состоянии объекта, с помощью получения информации с датчиков. В производстве позволяют следить за выходом из строя дорогостоящего оборудования, а также минимизировать застои. Предиктивные цифровые двойники симулируют поведение объекта в различных установках и прогнозирует поломку, сбои. В свою очередь, операционные цифровые двойники охватывают модель компании, ее процессы и задачи. Данная система является отличным инструментом для управления не только отдельными проектами, но и производством в целом.

1

Рисунок 1. Структурная схема категорий цифрового двойника.

В настоящее время все больше стран инвестируют в производственные мощности для повышения производительности, чтобы компенсировать затраты, и производители вынуждены разрабатывать передовые производственные технологии для достижения большей производительности с более быстрыми и сложными механическими системами [1]. В России наибольшее распространение получил информационный тип цифрового двойника. Основной принцип его действия представлен на рисунке 2. Его преимущество в легкой реализации и относительной малозатратности денежных и информационных ресурсов. Тем не менее, реализация любого вида цифрового двойника требует интеграции современной IT-инфраструктуры и протоколов безопасности, покупки вычислительных мощностей и регулярного обновления систем. Так или иначе, применение технологии цифрового двойника для промышленного оборудования требует извлечения соответствующих эксплуатационных данных из физических объектов, для этого необходимы высокоточные датчики данных [2]. Кроме того, возникает проблема передачи огромных объемов данных в цифровой двойник оборудования в режиме реального времени, что требует наличия высокоскоростной беспроводной связи без задержек. Высокая сложность и стоимость компенсируется ростом производительности, качества продукции, а также оптимизацией энергозатрат и рабочих часов в целом. [3]

2

Рисунок 2. Принцип работы цифрового двойника в промышленном производстве.

В нынешнее время популярность внедрения технологий цифровых двойников все больше развивается. По результатам международного исследования Accenture 2021 года, технологию цифрового двойника использует 18% от мирового соотношения компаний, а также 24% только начинают исследовать и внедрять в свои предприятия. [5] По данным ассоциации «Технет», в России планируется к 2024 году внедрить данную технологию в более чем 250 предприятий [6].

Таким образом, несмотря на не столь стремительное развитие технологии цифрового двойника, в России были предприняты шаги к ее адаптации в производство. Цифровой двойник реализован как система оптимизации процессов и улучшения эффективности работы оборудования. Очевидно, что использование цифровых двойников имеет множество практических преимуществ для промышленности и логистики.

Список литературы

  1. Толстых Т. О., Гамидуллаева Л. А., Шка-рупета Е. В. Ключевые факторы развития промышленных предприятий в условиях цифрового производства и индустрии 4.0 //Экономика в промышленности. - 2018. - Т. 11. - №. 1. - С. 11-19;
  2. Кокорев Д.С., Юрин А.А. Цифровые двойники: понятие, типы и преимущества для бизнеса // Colloquium-journal. - 2019. - № 10 (34). - С. 101-104;
  3. Как цифровые двойники помогают российской промышленности. - [Электронный ресурс]. - URL: https://rb.ru/longread/digital-twin/ (дата обращения: 01.01.2024);
  4. Цифровой двойник: что это такое, виды, технология. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.ramax.ru/press-center/articles/tsifrovoy-dvoynik-chto-eto-takoe-vidy-tekhnologiya/ (дата обращения 01.01.2024);
  5. Отчет Accenture TechVision 2021: Десятилетний план цифрового развития
    компаний – за два года. [Электронный ресурс]. – URL: https://cnews.ru/link/n524077 (дата обращения 10.01.2024);
  6. Цифровой двойник Digital Twin of Organization, DTO. [Электронный ресурс]. – URL: https://www.tadviser.ru/a/395520 (дата обращения 10.01.2024).

Интересная статья? Поделись ей с другими: