Цифровые двойники: так ли нужен цифровой паспорт материала (DMP)? Ч.2

Предприятия все глубже погружаются в цифровизацию. А значит, к информации возникает все больше требований:

- необходимо больше информации о компонентах, используемых в продукции;

- информация должна быть качественнее и детализированнее;

- большая часть информации (в идеале - вся) должна быть именно в цифровом виде.

С ростом числа производителей, разнообразием производственных технологий и борьбой с издержками на рынок выходит всё больше товаров, сделанных по ТУ. Это не является нарушением, однако зачастую меняет характеристики конечного продукта: сырья, материала, комплектующих, деталей и сборочных единиц (ДСЕ) и т.д. Часто изменения затрагивают ключевые характеристики, влияя на поведение материалов и комплектующих изделий (МКИ) при обработке и в конечном изделии.

Покупатели всё чаще поднимают вопросы о повышении качества продукции. Для этого необходимо:

- повысить требования к продукции со стороны государства – через выпуск новых или обновление существующих ГОСТ с ужесточением характеристик, определяющих качество каждого вида продукции;

- контролировать качество у производителя.

Нет никаких оснований полагать, что в ближайшие 10-15 лет хотя бы одно из этих двух направлений примет затухающий вектор развития или отойдет на второй план.

Прообраз цифрового паспорта материала

Материалы и комплектующие изделия являются ключевым элементом затрат при изготовлении любого физического предмета. Поэтому именно к МКИ в первую очередь предъявляются требования как по автоматизированному и цифровому прослеживанию жизненного цикла, так и по качеству. А объединение этих двух цифровых показателей (контроль жизненного цикла и качество) в единый цифровой документ создают прообраз цифрового паспорта материала - DMP.

Как только покупатели МКИ начнут переход от использования цифровых моделей к цифровым двойникам и виртуальным испытаниям, сразу же появится запрос к DMP с обогащенными цифровыми данными для CAE. Для возникновения такого запроса предприятиям-заказчикам МКИ даже не надо переводить на виртуальные  испытания все свои системы контроля качества, достаточно и одной. Но поставщик должен помнить, что для каждого покупателя даже это одно виртуальное испытание может быть разным, а ему, как поставщику, необходимо  методами контроля обеспечить данными каждого заказчика.

Стоит учесть и положительные эффекты, которые привнесет  DMP для всех участников жизненного цикла конкретного продукта: от производителя до утилизатора. 

1. DMP претендует на стержень унификации между ИТ-системами  для контроля жизненного цикла продукта, на которых сделан DMP, и продукта с участием DMP.

2. Является исходной информацией для любой ERP, ведь данные из DMP можно забирать без участия человека, исключая бумажный документооборот.

3. Станет одним из ключевых компонентов в данных цифровых двойников, претендующих на объект для виртуальных испытаний, куда эти данные также могут попадать с минимальным участием человека, исключая бумажный документооборот. 

4. Создает новые конкурентные преимущества на рынке.

DMP на практике

Работа по формированию шаблона DMP на ОАО «ЗиД» началась всего с двух задач:

- автоматически получать от производителя данные для CAD/CAE и ERP;

- снизить трудоёмкость обработки материальных потоков в ERP.

Разработанный для ОАО «ЗиД» шаблон структуры DMP получил следующие форматы данных:

Тренды развития ИТ технологий говорят о том, что инструкции, бирки, лого, фото товаров и тары, паспорта, сертификаты и т.д., будут полностью оцифрованы в наиболее пригодные для работы форматы и из них по максимуму будет выделена реквизитная часть. В общих чертах уже сейчас можно сказать, как будет выглядеть следующая трансформация данных:

Наибольший интерес представляют данные раздела Digital data. Изначально он содержит цифровые данные о продукции: технические чертежи, BIM, 3D модели и/или цифровой двойник. Однако, следуя направлениям развития технологий и, как мы увидим ниже, требованиям к качеству, стоит готовиться к задачам обогащения моделей данными.

А нужно ли обогащать?

Вернемся к объекту виртуальных испытаний, о котором шла речь в первой части материала (Скрытые грани «цифровых двойников»: почему виртуальные испытания отличаются от физических? Ч.1), – стальной ножке стула, изготовленной из трубки. Будем считать, что в DMP лежит цифровой двойник этой самой стальной трубки.

Выбор стальной трубки происходит по трём ключевым параметрам:

- характеристики материала;

- наружный диаметр;

- толщина стенок.

Этих же параметров вполне достаточно и для расчетов, которые мы делали ранее. Но ключевой особенностью является то, что в ГОСТ, как и в ТУ производителей, всегда есть допустимый процент отклонения по каждой характеристике, как в плюс, так и в минус.

Сами по себе эти отклонения уже будут вызывать расхождение между виртуальными испытаниями и физическими. При этом можно провести расчеты по трём сценариям:

- оптимистическому: параметры трубки увеличены на максимально допустимый процент, т.е. и толщина трубки, и диаметр больше;

- оптимальному: полное соответствие параметров ГОСТ или ТУ;

- пессимистическому: параметры трубки уменьшены на максимально допустимый процент, т.е. и толщина трубки, и диаметр меньше;

Однако в каждом из этих сценариев мы всё равно сохраняем ситуацию грубых допущений, в частности, не учитываем, что:

- параметры могут быть отклонены в разные стороны (толщина меньше, а диаметр больше);

- скачки размерности в любую сторону могут наблюдаться по длине всей трубки с разной повторяемостью и расстояниями между ними;

- присутствует локальный «брак», когда в каком-либо месте трубки на очень малой длине параметры отклонения размеров превысили допустимые по ГОСТ или ТУ отклонения.

В итоге для проведения расчетов, максимально приближенных к реальности, нам необходимо обогатить цифровой двойник набором данных (Dataset). Например:

Было бы прекрасно, если бы к этому набору добавились ещё данные по:

- кривизне трубы - отклонениям от центральной оси в мм. от края;

- деформации наружной поверхности – отклонения от среднего наружного диаметра в мм от края;

- локальных вмятин поверхности в мм от края.

Если посмотреть на Dataset, приведенный чуть выше, то математика сразу обнаружит локальный брак (строка в таблице, выделенная красным цветом) – часть трубки, теоретически непригодная для изготовления ножек стула. Однако расчеты именно с этими параметрами могут показать, что ножка выдержит даже с запасом.

Если же рядом с этим местом обнаружится ещё один локальный брак с другими характеристиками, то расчет на данных всего Dataset уже вполне может показать излом ножки даже на немаксимальных углах наклона стула.

Модель DMP, которая вероятнее всего возникнет при обогащении цифровыми данными, представлена ниже:

Тогда просматриваемый в перспективе формат DMP приобретает вид матрешки DMP - компонент с идентичными структурами, и так от самой «руды»:

В следующей статье речь пойдет о новых конкурентных преимуществах, которые не являются пока очевидными, но будут связаны с запросом на DMP от покупателей. Следите за обновлениями!

 Читать еще:

Скрытые грани «цифровых двойников»: почему виртуальные испытания отличаются от физических? Ч.1

Истинные причины импортозамещения: отечественные решения и ИБ

Встреча клуба: «Промышленность. Кейсы из практики"