Цифровой двойник предприятия: для чего он нужен и как грамотно внедрить

Концепция цифрового двойника

Цифровой двойник — это виртуальный объект, который точно копирует реальное изделие или объект инфраструктуры. На базе цифрового двойника можно проводить моделирование поведения объекта с максимальной реалистичностью. Другими словами, в виртуальной реальности можно развернуть производство нового продукта, смоделировать работу конкретного участка предприятия.

Если компания проектирует и производит изделия машиностроения, применение цифровых двойников позволит смоделировать работу изделия в долгосрочной перспективе: прочность, надёжность, тепловые расчёты, газодинамика, кинематика, ударные нагрузки и многие другие типы анализа можно проводить на цифровом двойнике изделия. Понимая уже на этапе проектирования основные проблемные места, инженеры могут внести изменения ещё до появления первых прототипов.

Для производственных подразделений преимущества еще более очевидны. Представьте, что перед покупкой оборудования можно было бы оценить, насколько изменится производительность предприятия при добавлении новой единицы оборудования. А что, если эту покупку не обязательно совершать — можно достигнуть той же производительности просто модификацией производственной логистики или показателей техпроцесса? Что если не надо покупать станок за десятки или сотни миллионов рублей, а можно всего лишь организовать буфер хранения заготовок за доли процента от стоимости механообрабатывающего оборудования?

Все эти небольшие детали обычно очень сложно уловить на реальном производстве — однако, смоделировав ситуацию с помощью цифрового двойника, варианты для улучшений найти гораздо проще.

В целом, основная цель применения цифровых двойников производства — сценарное моделирование. Они помогают ответить на ряд очень важных вопросов: 

•  Сколько ещё мы можем произвести на имеющемся оборудовании?

• Оптимальна ли внутренняя логистика производства?

• Сможем ли мы произвести нужный объём товара в срок?

• Что будет, если какое-то оборудование выйдет из строя?

• Что случится, если поставщик вовремя не доставит комплектующие?

• Как изменится производственный план, если не будет хватать персонала?

• Какова вероятность возникновения травм на производстве?

• Хватит ли электрической мощности, сжатого воздуха, воды в пиковые моменты потребления?

Есть и ещё один интересный сценарий использования — совмещение цифрового двойника изделия и цифрового двойника производства. Для серийного производства технически сложных изделий процесс переналадки производства может занимать многие месяцы. И в ходе процесса непременно пострадают объёмы выпуска продукции.

Чтобы минимизировать влияние снижения производственных мощностей на этапе переналадки можно заранее осуществить виртуальную переналадку под новый продукт без остановки производственного процесса и сразу определить необходимые параметры. Цифровая модель изделия на цифровой модели предприятия проходит полный производственный цикл. Рассматривается изменение логистики производства, вносятся изменения в параметры работы конвейеров, создаются новые управляющие программы для роботов, анализируется необходимость внедрения новой оснастки — и всё это делается без остановки основного производства. Совмещение цифровых двойников изделия и производства помогает в разы сократить длительность переналадки под новую продукцию.

Этапы создания цифрового двойника

Грамотное создание цифрового двойника предприятия или продукции можно разделить на ряд этапов. Нужно понимать, что пропуск одного из них может серьёзно повлиять на эффективность внедрения двойника.

1.     Сформировать показатели, по которым можно судить об успехе проекта.

2.     Сформировать бюджет с учётом сроков окупаемости.

3.     Назначить ответственных за реализацию функциональности и дальнейшую поддержку.

4.     Создать цифрового двойника.

5.     Сформировать нормативы по процессам ведения цифрового двойника и внесения изменений на производстве - сначала в ЦД, а затем уже на практике.

6.     Следить за исполнением регламентов всю оставшуюся жизнь.

Результаты внедрения ЦД обычно очень хорошие, особенно если перед разработкой грамотно поставлены показатели. Например, одному из клиентов Connective PLM, изготавливающему металлопрокат и трубы, с помощью цифрового двойника удалось изменить логистику при минимальных капитальных инвестициях и повысить производительность на 7%. С учетом затраченных на программное обеспечение и новое оборудование сумм, проект окупился уже через два рабочих дня.

Примеров использования цифровых двойников уже довольно много. Многие компании, работающие в области добычи и обработки полезных ископаемых, движутся в направлении внедрения ЦД, повторяя путь своих западных коллег. Например, компания Knauf, в том числе в России, уже много лет с помощью этой концепции моделирует работу гипсовых месторождений: производственную логистику и движение транспорта. Постепенно развивается практика применения ЦД и в машиностроении. Об успешном создании цифровых двойников объявили подразделения Росатома, Новочеркасский электровозостроительный завод. 

Типовые проблемы при внедрении цифрового двойника

Но не всегда внедрение ЦД проходит идеально. Первая и главная проблема, которая возникает на многих предприятиях — оторванность исполнителя от бизнес-задач. При разработке цифрового двойника не ставят ключевые показатели, которые он должен воспроизводить. Часто упускают процессы, которые нужно обязательно мониторить, а в модель при этом вносят процессы, которые не важны для функционирования предприятия. 

Ещё одна проблема — заказчик не оценивает экономическую эффективность цифрового двойника. Оценивать нужно не только начальные инвестиции, но и средства на поддержку двойника. Важно понимать, что цифровой актив, как и физический, нужно обслуживать — будут возникать затраты на персонал, обновление ПО и аппаратного обеспечения. Поэтому важно перед созданием оценить экономический эффект от внедрения, а также затраты на эксплуатацию и поддержку цифровой модели. Таким образом можно понять, насколько детализированным должен быть двойник.

Излишняя сложность создаваемых моделей. Зачастую исполнители делают модели с излишней детализацией «про запас». Однако колоссальная трудоёмкость процесса разработки детализированных моделей создаёт сложности в дальнейшей поддержке комплекса моделирования — обновлять чрезмерно детализированную модель гораздо сложнее, а пользы от неё не больше.

Отсутствие ответственного за цифрового двойника подразделения. После создания цифровой актив необходимо передать “на баланс” какой-либо службе. Если же за модель никто не отвечает, она со временем устареет и через некоторое время потеряет смысл. Если мы говорим о ЦД производства, то оптимально, чтобы цифровой двойник находился в ответственности бизнес-системы предприятия либо в службе главного инженера.

Обратная последовательность внесения изменений. Сначала происходит модернизация предприятия или процессов, а уж потом, если повезёт, эта информация доходит до владельцев цифрового двойника. Последовательность должна быть диаметрально противоположной — любое изменение в оборудовании, логистике, а иногда и технических процессах сперва должно отрабатываться на цифровом двойнике, а затем претворяться в жизнь. ЦД должен являться подлинником информации о состоянии производства. В противном случае эффективность его использования будет нулевой.