Przemysł 4.0, czyli tzw. czwarta rewolucja przemysłowa, to wciąż gorący temat. Ogólne założenia tej inicjatywy można podsumować jako wykorzystanie nowych technologii do znacznego usprawnienia działania różnych gałęzi przemysłu. Jedną z najważniejszych i najczęściej stosowanych technologii Przemysłu 4.0 jest Digital Twin, czyli Cyfrowy Bliźniak. Z niniejszego tekstu dowiesz się, czym jest Digital Twin i dlaczego warto sięgnąć po tę technologię.
Czym są cyfrowe bliźniaki?
Digital Twin to, w dużym uproszczeniu, wirtualny model produktu, maszyny, procesu lub całego systemu/obiektu rzeczywistego (np. fabryki czy nawet miasta), na podstawie którego można tworzyć symulacje oraz optymalizować procesy/rozwiązania przed ich wdrożeniem. Taki stworzony w wirtualnej rzeczywistości model jest połączony bezpośrednio ze swoim realnym odpowiednikiem – spływają do niego wszystkie dane ze świata rzeczywistego.
Stworzenie cyfrowego bliźniaka w przestrzeni wirtualnej jest możliwe właśnie dzięki danym pochodzącym nie tylko z gromadzonych baz, ale także m.in. sieci czujników i połączonych ze sobą urządzeń (umożliwia to kolejna technologia – Internet Rzeczy, w skrócie IoT – Internet of Things). Model wirtualny jest tworzony w specjalnych systemach CAD, które umożliwiają przygotowanie symulacji i modeli 3D na podstawie dostarczonych danych. Do tej grupy należy również jeden z naszych produktów – Virtual Factory.
Zależnie od potrzeb danego przedsiębiorstwa, Cyfrowy Bliźniak może działać na jednym z trzech poziomów:
- Digital Twin zasobu – czyli symulacja pojedynczego obiektu rzeczywistego (np. maszyny lub produktu). Zwykle korzysta się z tej opcji, gdy dany obiekt stanowi wąskie gardło, a jego możliwości nie są w pełni wykorzystywane.
- Digital Twin procesu – tutaj tworzy się odwzorowanie całego ciągu wydarzeń (np. szlaku, jaki przemierza towar od produkcji po wysyłkę z magazynu) oraz wszystkich urządzeń biorących udział w danym procesie.
- Digital Twin biznesu – na tym poziomie cyfryzacja obejmuje wszystkie działania przedsiębiorstwa, wliczając w to strategie biznesowe, kampanie reklamowe czy komunikację wewnątrzzakładową.
Jakie zastosowanie ma technologia Digital Twin?
Stworzenie cyfrowego bliźniaka otwiera niesamowite wręcz możliwości pozyskiwania informacji zwrotnych. Przede wszystkim jest to podstawa do podejmowania racjonalnych decyzji biznesowych – analiza danych w wirtualnej rzeczywistości wyraźnie pokazuje, który kierunek rozwoju będzie najkorzystniejszy oraz pozwala przewidzieć i wyeliminować potencjalne zagrożenia. Jest to nieoceniona pomoc zarówno przy planowaniu przyszłych działań, jak i w bieżących kwestiach.
Idea cyfrowego bliźniaka obejmuje też stworzenie bezpiecznego środowiska do testowania – dysponując odpowiednimi danymi (np. specyfikacją maszyny) można sprawdzić, jak konkretne rozwiązanie będzie działać przed inwestycją w nie. Najlepszym przykładem są tutaj roboty – dzięki Digital Twin można przekonać się, jak ich flota będzie zachowywać się w świecie rzeczywistym, a uzyskane w trakcie testów dane można wykorzystać jako wytyczne w ich pracy. Co więcej, prowadzenie takich testów na etapie projektowania procesu/produktu pozwoli skrócić czas jego wprowadzenia.
Przez analizę danych oraz scenariuszy serwisowych, wirtualne modele są w stanie przewidzieć ryzyko związane z awarią sprzętu. Algorytmy uczenia maszynowego stosujące analitykę strumieni danych mogą z dość dużą dokładnością przewidzieć potencjalną awarię (m.in. na podstawie ilości wykonanych cykli roboczych i charakterystyki materiału, z której wykonana jest dana część). Dzięki temu można łatwo zabezpieczyć się na taką ewentualność, a przestrzeń wirtualna cyfrowych bliźniaków pozwoli również sprawdzić, jak proces naprawy potencjalnej awarii wpłynie na pracę całego systemu.
To oczywiście nie wszystkie zastosowania Cyfrowych Bliźniaków – dzięki ogromnej elastyczności tej technologii, wirtualny model można dopasować do specyfiki danej firmy i rozwiązywać nie tylko branżowe, ale i unikalne dla niej problemy.
Jakie możliwości daje wykorzystanie Cyfrowych Bliźniaków?
Nieco żartobliwie można stwierdzić, że Digital Twin to piaskownica dla inżynierów – pozwala na testowanie praktycznie wszystkiego, pod warunkiem że dostarczy się potrzebne do tego dane (czyli odpowiednik piasku). Możliwości takiego wirtualnego modelu są więc ograniczone właściwie tylko tym, czym go „nakarmimy”. Biorąc to pod uwagę, Cyfrowe Bliźniaki niosą ze sobą wiele korzyści, do których należą przede wszystkim:
Sprawniejsza ocena ryzyka i skrócenie czasu produkcji
Wspomniane wcześniej testowanie pozwala na szeroką skalę oceniać ryzyko związane z rozpoczęciem czy modyfikacją produkcji. Cyfrowe Bliźniaki umożliwiają inżynierom sprawdzenie, jak najróżniejsze zakłócenia wpłyną na pracę systemu i na tej podstawie przygotować scenariusze, według których należy postępować, aby zminimalizować przestoje i zagrożenia. Testy w Digital Twin pozwalają również znaleźć optymalne rozwiązania produkcyjne, które znacznie skrócą czas potrzebny na wykonanie danego produktu.
Trafne prognozowanie
Dzięki zbieranym przez czujniki systemu danym Digital Twin możliwe jest proaktywne identyfikowanie problemów w systemie. Takie podejście pozwala np. dokładnie zaplanować prace konserwacyjne, żeby nie powodowały dłuższych przestojów czy wykryć konkretne obszary, które mogą sprawiać problemy w przyszłości.
Ponadto, dane uzyskane z działu sprzedaży oraz strony firmy (przede wszystkim z opinii na temat danego produktu i powiązanych produktów/usług) umożliwiają lepsze dostosowanie nowych/zaktualizowanych produktów i usług do oczekiwań użytkowników.
Efektywne decyzje finansowe wsparte twardymi danymi
Możliwość wprowadzenia danych o różnym charakterze sprawia, że Cyfrowy Bliźniak może być przydatny praktycznie w każdym aspekcie prowadzenia przedsiębiorstwa. Zintegrowanie danych finansowych (np. kosztów operacyjnych, cen materiałów, czy stawek godzinowych poszczególnych pracowników) z takim modelem wirtualnym nie tylko pozwala mieć do nich dostęp w czasie rzeczywistym, ale też wykorzystać zaawansowane narzędzia analityczne oferowane przez Digital Twin.
Dzięki temu przygotowanie planu biznesowego, czy znalezienie optymalnego pod względem finansowym rozwiązania, trwa znacznie krócej, a każda decyzja jest podparta twardymi danymi. Połączenie świata wirtualnego z rzeczywistym pozwala więc ustrzec się przed stratami finansowymi spowodowanymi pochopnymi lub nietrafionymi decyzjami.
Zdalny nadzór w czasie rzeczywistym
Internet Rzeczy współpracujący z Cyfrowymi Bliźniakami pozwala nie tylko na wymianę danych pomiędzy poszczególnymi elementami systemu i połączenie ich w jedną spójną sieć, ale też znacznie upraszcza zarządzanie. Osoba nadzorująca (np. kierownik zmiany) ma dostęp do wszystkich zasobów danych z jednego punktu.
Mało tego – dzięki tej technologii modele oparte na Digital Twin są dostępne zdalnie, co pozwala monitorować i zarządzać pracą systemu nawet spoza obiektu.
Usprawnienie pracy zespołowej
Ciągły dostęp do danych systemowych oraz automatyzacja wielu procesów (np. dzięki wykorzystaniu robotów i sztucznej inteligencji) pozwala technikom przenieść uwagę na współpracę między poszczególnymi zespołami a tym samym znaleźć metody na podniesienie ich efektywności i produktywności.
Digital Twins a roboty
Jak już tutaj wspomniano, roboty to jeden ze sposobów na automatyzację procesów zachodzących w produkcji czy logistyce wewnętrznej. Ich wprowadzenie to nie tylko oszczędność czasu, ale też sposób na usprawnienie wielu procesów zachodzących w przedsiębiorstwie, co jest bez wątpienia imperatywem biznesowym. Często jednak zdarza się, że od wykorzystania robotów (zwłaszcza klasy AMR) odstraszają ponoszone koszty wstępne.
Co ma do tego Cyfrowy Bliźniak? Przede wszystkim pozwala sprawdzić, jakie realne korzyści przyniesie wprowadzenie robotów do firmy i na wstępie przekonać się, jak szybko inwestycja w nie może się zwrócić. Ponadto, dzięki możliwości testowania przed wprowadzeniem fizycznego produktu do przestrzeni rzeczywistej Digital Twin pozwala wybrać najodpowiedniejsze modele robotów, zaplanować zakres ich wykorzystania czy dobrać optymalne rozmieszczenie stacji ładowania. Co więcej, oprogramowanie do zarządzania robotami (takie jak nasz system AUTONOMY@WORK) może zostać w pełni zintegrowane z Cyfrowym Bliźniakiem, gwarantując sprawną wymianę danych i ich ciągłą aktualizację. Zapewnia to ogromne wsparcie w planowaniu wykorzystania robotów i organizacji ich pracy.
Cyfrowy Bliźniak – podsumowanie
Technologia Digital Twin to potężne narzędzie, które można wykorzystać na różne sposoby – nawet skorzystanie z niewielkiej części jego możliwości pozwoli w znaczący sposób poprawić efektywność przedsiębiorstwa, niezależnie od branży. Stworzony za jego pomocą wirtualny model rzeczywistego obiektu pozwala m.in. w czasie rzeczywistym testować różne możliwości i rozwiązania, z których później można wybrać te najlepsze. Wszystko, co dzieje się w takim modelu, oparte jest na twardych danych, przez co Cyfrowy Bliźniak stanowi nieocenione wsparcie we wszelkich procesach decyzyjnych. Sporą zaletą takiego systemu jest również możliwość całkowitej automatyzacji gromadzenia danych i integracji z wieloma różnymi aplikacjami, wliczając w to systemy do zarządzania produkcją i wszystkimi zasobami przedsiębiorstwa.
Digital Twin to jedna z technologii, na których oparty jest tzw. Przemysł 4.0 – w połączeniu z innymi rozwiązaniami czwartej rewolucji przemysłowej (takimi jak roboty i IoT) pozwoli firmie zabezpieczyć swoją przyszłość, udoskonalić oferowane produkty/usługi i wypracować stabilną pozycję na rynku. Na podstawie danych historycznych oraz informacji z otoczenia przedsiębiorstwa pomoże również wyznaczyć optymalną strategię rozwoju.
