ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ОТРАСЛИ

АННОТАЦИЯ

В настоящее время значительно расширяется практическое применение информационных технологий в промышленной отрасли, а одним из примеров использования новых технологий на промышленных предприятиях является цифровой двойник, с помощью которого возможно выполнить моделирование работы изделия в различных условиях, что позволяет сэкономить как временные, так и финансовые ресурсы, а также повысить эффективность работы предприятия. В данной статье рассматриваются и описываются основные возможности и примеры использования цифровых двойников на современных промышленных предприятиях.

ABSTRACT

Currently, the practical application of information technologies in the industrial industry is significantly expanding, and one of the examples of the use of new technologies in industrial enterprises is a digital twin, with which it is possible to simulate the operation of a product in various conditions, which saves both time and financial resources, as well as increase the efficiency of the enterprise. This article discusses and describes the main features and examples of the use of digital doubles in modern industrial enterprises.

Ключевые слова: цифровой двойник, промышленные технологии, Индустрия 4.0, технологические процессы, промышленная автоматизация, 3D-моделирование.

Keywords: digital twin, industrial technologies, Industry 4.0, technological processes, industrial automation, 3D-modeling.

Одним из методов применения информационных технологий в промышленности является использование цифровых двойников, с помощью которых возможно соединить физические объекты производственной среды с цифровыми системами, что позволяет существенно улучшить способ разработки и тестирования новых продуктов По данным исследования консалтинговой компании Deloitte рынок цифровых двойников к 2025 году достигнет 35 млрд долларов, так как многие промышленные отрасли, включая аэрокосмическую, оборонную, а также транспортную и автомобильную, заинтересованы в возможностях цифровых двойников и инвестируют в данную технологию. [1] Согласно информации из исследования, проведённого компаний Gartner, к 2031 году совокупный рынок цифровых двойников достигнет стоимости 183 млрд долларов. [2]

Цифровой двойник – это динамическая и виртуальная модель детали, объекта, оборудования или целого производственного процесса, которая состоит из физического объекта, виртуального представления данного объекта, а также их связи, с помощью которой возможно передавать данные между физическим и виртуальным объектом. Выделяют три различных типа двойников, каждый из которых выполняет определённые задачи. [3]

1. Цифровые двойники-прототипы (Digital Twin Prototype, DTP). Данный цифровой двойник является виртуальной моделью для реального физического объекта и включает в себя как данные для всесторонней характеристики модели, так и требования к условиям производства.
2. Цифровые двойники-экземпляры (Digital Twin Instance, DTI). Этот тип цифрового двойника используется для хранения данных по описанию физического объекта и обычно содержит аннотированную трёхмерную модель, а также данные о материалах и компонентах, выполняемых процессах, данные, полученные от датчиков.
3. Агрегированный цифровой двойник (Digital Twin Aggregate, DTA). Данный цифровой двойник является вычислительной системой, которая используется для объединения всех цифровых двойников, а также их реальных прототипов с целью сбора данных и их передачи.

Таким образом благодаря динамической функциональности цифрового двойника он не выполняет роль цифрового чертежа, а включает в себя все элементы объекта и то, как этот объект функционирует в реальном мире. При помощи данных, полученных в режиме реального времени в физическом мире, возможно выполнить моделирование с использованием виртуальной среды.

Для выполнения 3D-моделирования и визуализации физических объектов цифровые двойники могут использовать как средства виртуальной, так и дополненной реальности. Получение необходимых данных производится с помощью устройств промышленного интернета вещей, а также различных датчиков. Таким образом возможно гарантировать, что цифровой двойник точно отображает объект или процесс на промышленном предприятии в заданный момент времени. [4]

Благодаря данным функциям цифровой двойник может быть использован для критически важных компонентов производства или всего оборудования. При более широком использовании данной технологии возможно создать модели для отслеживания отдельных производственных операций или всей технологической линии промышленного предприятия.

Цифровые двойники находят применение во многих отраслях промышленности, особенно тех, где выполняется разработка сложных технологических продуктов и изделий, ошибки при проектировании которых могут стоить компании значительных финансовых потерь, например, из-за необходимости отозвать этот продукт с рынка.

Примером одной из такой отраслей является автомобильная промышленность. Инженеры, занятые в данной промышленной отрасли, нуждаются в создании виртуальной среды, с помощью которой возможно выполнить тестирование, рассмотреть различные параметры и характеристики как самого автомобиля, так и его составных частей, включая такие комплексные элементы, как двигатель внутреннего сгорания. Разработка новой модели двигателя является ключевой задачей и для другой отрасли промышленности – авиационной. При его разработке необходимо правильно определить конструкцию двигателя и рассчитать его эксплуатационные характеристики. В данном случае технология цифровых двойников позволяет с помощью создания цифровой модели двигателя проверить его возможности при различных погодных условиях. Использование моделирования с использованием цифровых двойников при разработке новых типов двигателей позволяет упростить этот трудоёмкий процесс и повысить эффективности работы инженеров, занятых в данной отрасли.

В нефтегазовой промышленности также происходит внедрение цифровых двойников на различных промышленных предприятиях. С их помощью возможно повысить производительность бурильных установок благодаря прогнозному анализу. Выполнение тестирования с использованием физических данных в режиме реального времени в средах, имитирующих типичные, а также экстремальные условия работы нефтяной или газовой установки, позволяет инженерам получить необходимые вычисления, которые используются для оптимизации работы и улучшения производительности нефтяных и газовых установок.

Одним из наиболее распространённых примеров использования цифровых двойников в энергетической промышленности является тестирование ветряных турбин. С помощью данных, полученных от датчиков, установленных на физической турбине, в режиме реального времени, возможно создать виртуальную модель турбины, которая будет использована для изучения различных условий и их влияния на производительность турбины, благодаря этому становится гораздо проще выполнить точный прогноз для расчёта производительности турбины в течение определённого промежутка времени и того количества энергии, которое может быть получено с её помощью.

Список литературы:

1. Цифровые двойники // Digital Twins. Deloitte [электронный ресурс] – URL: https://www2.deloitte.com/uk/en/insights/focus/tech-trends/2020/digital-twin-applications-bridging-the-physical-and-digital.html
2. Почему компонуемость является ключом к масштабированию цифровых двойников // Why composability is key to scaling digital twins. VentureBeat [электронный ресурс] – URL: https://venturebeat.com/ai/why-composability-is-key-to-scaling-digital-twins/
3. Как цифровые двойники помогают российской промышленности [электронный ресурс] – URL: https://rb.ru/longread/digital-twin/
4. Применение и способы использования цифровых двойников // Digital Twins Applications and Use Cases. Unity [электронный ресурс] – URL: https://unity.com/solutions/digital-twin-applications-and-use-cases