Cyfrowe bliźniaki przyszłością produkcji
| Gospodarka Projektowanie i badaniaTechnologie cyfrowe zmieniają oblicze przemysłu, pomagając firmom produkcyjnym odnaleźć się w konkurencyjnym środowisku i sprostać rosnącym oczekiwaniom klientów. Jedną z tych najbardziej obiecujących są cyfrowe bliźniaki (digital twins). W artykule wyjaśniamy, czym są i jak mogą pomóc w zarządzaniu ofertą produktową, procesami produkcyjnymi, parkami maszynowymi, a nawet relacjami posprzedażowymi z klientami.
Na wstępie warto podać definicję - cyfrowe bliźniaki to wirtualne modele rzeczywistych obiektów. Tymi ostatnimi mogą być: zasoby, produkty, systemy, a nawet procesy, czyli na przykład: budynki, urządzenia, maszyny, linie produkcyjne. Ich cyfrowe odpowiedniki tworzy się, jeśli korzystanie z tych rzeczywistych z różnych względów nie jest możliwe, na przykład jeżeli oryginał jest drogi, unikalny, jego użycie byłoby zbyt czaso- i pracochłonne, albo niebezpieczne. Dzięki nim można bezpiecznie i zazwyczaj nieporównywalnie taniej wprowadzać modyfikacje w projekcie, ustawieniach, parametrach, testując je bez wpływania na fizyczny obiekt. Pozwala to na obserwowanie skutków działań w wirtualnym środowisku, bez ponoszenia konsekwencji w realnym świecie.
Warto dodać, że w zależności od zastosowania cyfrowych bliźniaków, poziom ich abstrakcji może się różnić - czasem korzysta się z modeli o wysokiej wierności, a czasem wystarczy, że tylko w pewnym stopniu przybliżają one oryginał, na przykład gdy celem jest jedynie zaznaczenie ich obecności w jakimś większym systemie. Generalnie też zwykle stopień zbliżenia do oryginału jest wynikiem kompromisu - model powinien być na tyle dokładny, na ile jest to wymagane, z pominięciem szczegółów nieistotnych w danej symulacji. Przyspiesza to jego analizę. Ważne z punktu widzenia przydatności wirtualnych modeli jest natomiast, by były aktualizowane, gdy ich pierwowzór zostanie zmieniony.
Cyfrowe bliźniaki w R&D
Dzięki cyfrowym bliźniakom granice pomiędzy etapem opracowywania projektu a jego wdrażaniem do produkcji ulegają zatarciu. Umożliwia to sprawdzanie nowych rozwiązań bez obawy, że skutkiem niepowodzenia będzie na przykład partia nieudanych, bezużytecznych prototypów albo co gorsza stratna partia finalnego produktu. Wirtualne modele są bowiem, w zasadzie bezpłatnie, całkowicie i nieskończenie replikowalne.
Cyfrowe bliźniaki - optymalizacja procesów
Korzystanie z cyfrowych bliźniaków na etapie projektowania w dziale R&D to tylko jedno z trzech ich potencjalnych zastosowań. Poza tym wirtualne modele w połączeniu z danymi umożliwiają bowiem również optymalizowanie procesów produkcyjnych - wiadomo, że lepiej jest w środowisku cyfrowym sprawdzić, czy na przykład dana linia produkcyjna w związku z planowanymi zmianami w specyfikacji produktu wymaga modernizacji, niż później żałować, jeżeli na przykład jedno ze stanowisk stało się wąskim gardłem lub odwrotnie, jeśli zainwestowano w modyfikację całkowicie niepotrzebną.
Cyfrowe bliźniaki - konserwacja predykcyjna
Cyfrowe bliźniaki mają też zastosowanie w predykcyjnym utrzymaniu ruchu. Dane pomiarowe, w tym archiwalne, w połączeniu z modelem, na przykład maszyny, są skutecznym narzędziem w przewidywaniu potencjalnych awarii.
Warto tu wspomnieć, że szczególnie w dwóch ostatnich zastosowaniach wirtualnych modeli ich potencjał zależy od innych technologii, głównie Internetu Rzeczy, który pozwala na zbieranie danych na przykład o funkcjonowaniu wyposażenia linii produkcyjnej i technik sztucznej inteligencji, zastępującej ludzi w wyciąganiu z nich wniosków. Dzięki nim przykładowo konserwacja predykcyjna może być rozszerzona poza park maszynowy na produkty, co oznacza w praktyce, że w ramach usługi posprzedażowej producent, mając zdalny dostęp do czujników, na przykład w samochodzie klienta, będzie w stanie zamodelować stopień zużycia jego komponentów. Pozwoli to na wczesne powiadomienie właściciela pojazdu o tym, że jakaś część jego auta wkrótce będzie wymagała naprawy lub wymiany.
Wyzwania i korzyści związane z wykorzystywaniem cyfrowych bliźniaków
Cyfrowe bliźniaki to stosunkowo nowa koncepcja, zatem narzędzia do ich tworzenia nie są jeszcze ujednolicone. Nie sprzyja to ich interoperacyjności, co z kolei negatywnie przekłada się na łatwość ich obsługi i koszty. Dlatego tym, co znacząco spopularyzowałoby wirtualne modelowanie, byłyby z pewnością narzędzia open source, a przynajmniej rozwiązania umożliwiające skojarzenie narzędzi tego typu z komercyjnymi.
W jakimś stopniu byłoby to z pewnością odpowiedzią na kolejny problem, którym jest koszt utrzymania cyfrowych modeli w dłuższej perspektywie. Czasem bowiem okazuje się on czynnikiem zniechęcającym do stworzenia cyfrowego bliźniaka, jeżeli jest zbyt duży, aby się zwrócił.
Chociaż bowiem zwykle na początku projektu, gdy nie ma jeszcze możliwości skorzystania z prototypu ani z gotowego produktu, możliwość testowania cyfrowych bliźniaków jest nie do przecenienia, często z czasem, już po wdrożeniu projektu do produkcji, mogą się pojawić wątpliwości, czy warto jest inwestować siły i środki w utrzymywanie wirtualnego modelu. Zdarza się, że jeżeli projekt jest ograniczony czasowo, może się to zwyczajnie nie opłacać.
Generalnie jednak korzystanie z cyfrowych bliźniaków przynosi więcej korzyści niż strat - wysiłek i czas poświęcony na stworzenie wirtualnego modelu zwykle zwraca się, gdy oszacuje się koszty błędnych decyzji na etapie projektu, zaniedbań w zakresie konserwacji czy prze- lub niedoinwestowanych procesów produkcyjnych. Dodatkowo obecnie, w czasie pandemii, kiedy więcej osób pracuje zdalnie, cyfrowe bliźniaki przynoszą dodatkowe korzyści, zapewniając personelowi wirtualny dostęp do zasobów zakładu w dowolnym miejscu i czasie.
Przyszłość cyfrowych bliźniaków
Nie dziwi zatem to, że cyfrowe bliźniaki zyskują na popularności - według raportu firmy Gartner 13% przedsiębiorstw na całym świecie już korzysta z tej technologii, a 62% planuje w najbliższym czasie zacząć to robić. W związku z tym przewiduje się, że już w 2022 roku ponad dwie trzecie firm będzie wykorzystywać technologię wirtualnych kopii w produkcji. Znajdzie to odzwierciedlenie w wartości ich rynku - jak prognozuje Markets and Markets, zmieni się ona z 3,1 mld dolarów w 2020 do ponad 48 mld dolarów w 2026. Oznaczać to będzie rekordowy wzrost, średnio aż o 58% rocznie!
Przyszłość tej technologii zatem rysuje się jasno, chociaż z pewnością nie wszyscy się jeszcze do niej przekonali - dla niektórych opisane rozwiązanie to bowiem nic innego, jak nowe podejście do od lat praktykowanego modelowania i symulacji. W związku z tym jednak, że równolegle są także rozwijane inne nowe technologie, jak wspomniany Internet Rzeczy czy techniki sztucznej inteligencji, trudno jest obecnie przewidywać, w jakim kierunku technologia cyfrowych bliźniaków wraz z nimi będzie ewoluowała i jakie to przyniesie efekty.
Monika Jaworowska
