Цифровой близнец - ключевой компонент для индустрии 4.0

Автор: Кузин Дмитрий [email protected].

Публикация: 2025-03-13 18:51.

Последние изменения: 2025-03-13 18:51

Определение цифрового близнеца постоянно развивается [1]. Поэтому полезно поближе познакомиться с текущим состоянием исследований в этой области, работой немецкой «Платформенной индустрии 4.0» и некоторыми прикладными сценариями, в которых цифровой близнец используется в качестве ключевого элемента.

Определение: что такое цифровой близнец?

Первоначально цифровой близнец считался серией реалистичных математических моделей, которые максимально точно отражают поведение реальных активов (например, физических устройств, систем и услуг) (слева на рисунке). Затем это представление было расширено, чтобы включить имитированные и видимые динамические трехмерные модели реальных активов (в середине рисунка).

Термин «цифровой близнец» в настоящее время определяется как «развивающийся цифровой профиль исторического и текущего поведения физического объекта или процесса, который помогает оптимизировать эффективность бизнеса. Цифровой близнец основан на обширных, кумулятивных измерениях данных в реальном времени, которые проводятся по измерениям в реальном мире »[3].

Эта информация дополняется метаданными, свойствами и документами, такими как отчеты, документация или операционные процедуры, которые создаются на всех этапах жизненного цикла актива. Однако истинное значение цифрового близнеца можно увидеть только во взаимодействии с другими цифровыми близнецами или программными инструментами.

В то время как цифровой близнец в месте нахождения производителя содержит различные модели для проектирования и изготовления типа продукта, цифровой близнец на стороне клиента содержит различные модели для покупки, установки, эксплуатации, обслуживания и утилизации экземпляров продукта. Обмен данными между цифровыми близнецами завершает картину для обеих сторон.

Компендиум дизайн машины

Разумный дизайн

Цифровые близнецы в жизненном цикле систем Industry 4.0

Цифровой близнец является ключом к преимуществам Industry 4.0, поскольку он связывает информацию с отдельными активами предприятия. Информация, зависящая от контекста, которая доступна в нужном месте в нужное время, обеспечивает новые сценарии применения, которые невозможны со статической и, следовательно, общей документацией и данными.

Картина иллюстрирует видение АББ для планирования, построения и эксплуатации систем Industry 4.0 и роль цифрового близнеца на каждом этапе:

• 1. На шаге 1 должна быть разработана полная цифровая модель, основанная на результатах фазы планирования (что не относится к Industry 3.0). Неявные знания и предположения инженеров по планированию явно моделируются и сохраняются в цифровом двойнике системы. Требуемые устройства выбираются людьми из цифровой библиотеки ролей и связаны с цифровым близнецом системы. Роли абстрактны и аппаратно независимы. На более поздних этапах некоторые из указанных ролей выполняются реальными устройствами.
• 2. На шаге 2 каталоги производителей с доступными типами продуктов доступны в электронном виде и могут просматриваться через стандартизированные интерфейсы. Эти каталоги содержат цифровые близнецы типов продуктов, которые охватывают все аспекты жизненного цикла типов и предоставляют стандартный интерфейс для доступа к информации.
• 3. На шаге 3 создаются экземпляры выбранных типов продуктов, а соответствующая информация (идентификатор, параметры и т. Д.) Интегрируется в цифровые двойники экземпляров продукта. Цифровые близнецы экземпляров продукта интегрированы в цифровой близнец системы и связаны с соответствующими цифровыми двойниками типов продуктов. Информация добавляется на каждом этапе, и цифровой близнец актива созревает в течение жизненного цикла завода. Цифровые близнецы экземпляров продукта могут, например, Б. для моделирования и испытаний на основе топологии растений. Результаты моделирования в свою очередь управляются в цифровом близнеце экземпляров продукта.
• 4. На шаге 4 реальные продукты заказываются с использованием цифрового двойника экземпляров продукта. Части цифрового близнеца, имеющие отношение к заказу, сообщаются поставщику продукта. Затем продукт затем интегрируется в систему, настраивается, тестируется и вводится в эксплуатацию. На этом этапе цифровые близнецы дополняются информацией об установке и вводе в эксплуатацию, размещением устройств, серийными номерами и т. Д.
• 5. На шаге 5 цифровые близнецы отдельных экземпляров продукта и системы дополняются информацией об эксплуатации и обслуживании. К ним относятся, например, B. Параметры реального времени, функциональные состояния и количество отказов. В «Platform Industry 4.0» [6] цифровой близнец (называемый там «административной оболочкой») организует информацию для сценариев приложений в соответствующую подмодель, которая содержит характеристики, файлы, вызовы методов, внешние соединения или другие данные именно для этого сценария.,

Цифровой близнец

Что может сделать цифровой близнец?

На каждом из шагов, описанных выше, существующие подмодели дополняются или добавляются новые подмодели для сценария приложения.

Видео: в чем разница между цифровым двойником и цифровой тенью?

Цифровой близнец как ключевой элемент для приложений Industry 4.0

С помощью цифрового близнеца различные сценарии применения могут быть реализованы более эффективным способом. Некоторые примеры описаны ниже:

Комплексное проектирование, комплексная эксплуатация, комплексное обслуживание

Различные источники информации, модели и инструменты становятся актуальными на протяжении всего жизненного цикла продукта. Тем не менее, поток информации внутри или между отдельными фазами жизненного цикла в настоящее время в основном прерывается. Итак, информация о фазе технического обслуживания z. Б. не может быть легко возвращен к стадии разработки, чтобы обеспечить лучшую настройку параметров устройства. Этот прерванный поток информации не только приводит к отвлечению или даже потере информации, но также затрудняет доступ к нужной информации.

Сохранить дату: встреча пользователей для проектирования машин Учитывая растущую оцифровку и создание сетей машин и систем, возникает вопрос, актуальны ли классические технологии в эпоху Индустрии 4.0 и где можно найти новые концепции машин. Собрание пользователей машиностроения 21 мая 2019 г. дает ответы и помогает принять решение по выбору наиболее подходящих методов и компонентов.

Дополнительная информация: Собрание пользователей машиностроения.

Цифровой близнец выступает в качестве контейнера для интеграции информации из разных источников на разных этапах жизненного цикла. Содержащаяся в ней информация может быть в разных форматах, поступать из разных инструментов и не обязательно должна храниться в центральном месте. Цифровой близнец помогает сократить усилия, необходимые для доступа к информации и управления. Итак, з. Например, можно избежать внесения изменений вручную в техническую документацию во время работы на месте. Информация, содержащаяся в цифровом близнеце, также может быть использована для анализа текущей производительности активов и получения проектных данных для будущих систем.

Цифровой близнец

Так цифровой близнец меняет мышление дизайнера

Прогнозный дизайн продукта, прогнозное производство и прогнозный анализ

В настоящее время невозможно беспрепятственно обмениваться информацией между компаниями. Например, разработчик продукта, продаваемого АББ, обычно узнает о поведении продукта в среде клиента только в том случае, если клиент предъявляет гарантийные претензии, делится отчетами об услугах или предоставляет поставщика - например, Б. через торгового представителя - дает явный отзыв. Однако все эти источники являются неполными и могут быть неточными, что означает, что разработчик продукта имеет ограниченную и неопределенную информацию, доступную для создания продукта следующего поколения.

КНИГА СОВЕТДигитализация - это коренное изменение промышленного производства. Книга «Индустрия 4.0 - признание и реализация потенциала» описывает возможные потенциалы и конкретные варианты реализации для приложений Индустрии 4.0 и служит практическим руководством для читателя.

Цифровой близнец рассматривается как ключевой элемент для обмена информацией между компаниями. Итак, з. B. Выбранная информация об эксплуатации и обслуживании для актива в цифровом близнеце может управляться и обмениваться соответствующим образом с внешними сторонами. В частности, данные процесса, модели и результаты моделирования в реальном времени, содержащиеся в цифровом близнеце, помогают прогнозировать требования и улучшают дизайн для следующих поколений типов активов. Прогнозный анализ помогает производителям надежно прогнозировать будущие проблемы. В этом сценарии применения концепция цифрового близнеца позволяет непрерывно улучшать дизайн типов активов на основе реальных данных.

Дизайн машины для 2-й встречи пользователей

Запрос документов для 2-й встречи пользователей машиностроения

Plug & Produce для полевых устройств

Ручная работа требуется сегодня, чтобы получить правильную конфигурацию для полевых устройств из существующего технологического проекта. Некоторые стандартизированные форматы описания не используются, и, если они есть, они не могут быть открыты для общего доступа. В этом случае базовые стандарты проектирования процессов и автоматизации отличаются тем, как они воспроизводят одну и ту же информацию. Поток информации может быть прерван во время пересылки данных.

Кроме того, при использовании технологии полевой шины обнаружение, адресация, идентификация и онлайн-конфигурирование устройств в основном выполняются вручную и поэтому подвержены ошибкам. Кроме того, точки измерения, полевые устройства, сигналы и т. Д. В разных инструментах обычно имеют разные имена или идентификаторы. Ручная коробка передач часто необходима для обеспечения правильного назначения. Прежде всего, однако, эти этапы ввода в эксплуатацию должны быть повторены, если устройство необходимо заменить во время эксплуатации установки.

Такие технологии, как FDI (интеграция полевых устройств) и OPC UA (унифицированная архитектура OPC), уже помогают уменьшить количество проблем при вводе в эксплуатацию полевых устройств.

Дополнительная информация по теме цифрового близнеца на ABB

Ввиду значительной роли цифрового близнеца в Industry 4.0, его различные аспекты исследуются в рамках исследовательских проектов ABB. Проект Basys 4.0 [7], финансируемый Федеральным министерством образования и науки Германии (BMBF), включает в себя: B. 15 партнеров из промышленности и научных исследований. Целью проекта является разработка открытой эталонной платформы, в которой цифровой близнец как ключевой элемент помогает достичь гибкости в обрабатывающей и перерабатывающей промышленности.

Цифровой близнец для полевых устройств

Цифровой близнец для полевых устройств основан на этих технологиях и позволяет подключать и производить сценарии для полевых устройств. Интегрируя дополнительные стандарты в области ИКТ (информационные и коммуникационные технологии) и автоматизации - включая рекомендации групп по интересам клиентов, таких как Namur - цифровые близнецы объединяют всю информацию, необходимую для проектирования, ввода в эксплуатацию, использования и обмена полевыми устройствами единообразным образом. Связь между цифровым близнецом и его физическим аналогом позволяет пользователю автоматически загружать параметры в полевые устройства и вводить их в эксплуатацию. В то время как обученный персонал все еще требуется для физического обмена,Цифровой близнец обеспечивает немедленную реконфигурацию без помощи эксперта по устройству или процессу.

Цифровой твин сокращает время, необходимое для базового проектирования и ввода в эксплуатацию полевого устройства, с примерно 10 минут (при условии отсутствия проблем) до менее 1 с. При использовании системы среднего размера с 10000 точек ввода / вывода работа сокращается с недели до нескольких минут.

Дизайн машинной встречи пользователей 2018

Системный дизайнер как решатель проблем

Краеугольный камень промышленной автоматизации

Поддерживая поток информации на всех этапах жизненного цикла, систематическое повторное использование существующей информации из первоначального проекта процесса становится еще более полезным. Конфигурация полевого устройства становится прямым следствием намерений инженера-технолога, и причина каждой конфигурации может быть объективно и автоматически отнесена к запросу клиента. Это повышает качество инженерных данных, поскольку ошибки ограничены исходным проектом процесса.

В то время как IIoT набирает скорость, цифровые близнецы становятся краеугольными камнями промышленной автоматизации. Возможность реализации эффективных цифровых близнецов будет играть решающую роль в формировании цифрового будущего ландшафта автоматизации.

Знания - конкурентное преимущество Будьте в курсе: с нашей новостной рассылкой редакторы строительной практики всегда информируют вас по вторникам и пятницам о темах, новостях и тенденциях в отрасли.

Подпишись сейчас

Ссылки

[1] Р. Драт (2018): «Цифровой близнец: эволюция ключевой концепции индустрии 4.0». Гостевая статья для VisIT / Fraunhofer IOSB 2018. Доступна по адресу:

[2] М. Гривз (2014): «Цифровой близнец: совершенство производства благодаря репликации виртуальной фабрики». Белая бумага. Доступно по адресу:

[3] «Делойт Консалтинг»: «Индустрия 4.0 и цифровой близнец - производство соответствует своему уровню». Университетская пресса Делойта, 2017.

[4] К. Ганц: «Цифровой близнец - практически идентичен?». АББ Ревю 02/2018, с. 94-95.

[5] К. Вагнер и др.: «Роль оболочки администрирования активов Industry 4.0 и цифрового близнеца в течение жизненного цикла предприятия». Международная конференция IEEE по новым технологиям и автоматизации производства, Лимассол, Кипр, 2017.

[6] Платформа Industry 4.0: «Структура административной оболочки». Доступно по адресу: https:// www. Plattform-i40.de/I40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/struktur-derverwaltungsschale.pdf

[7]

* Сомайи Малакути, Ян Шлейк, Стен Грюнер, Дирк Шульц, Ральф Гицель, Йоханнес Шмитт, Мари Платениус-Мор, Филипп Ворст, Центр корпоративных исследований ABB, Ладенбург, Кай Гаррелс, Продукты электрификации ABB, Гейдельберг