Inteligentne technologie

Technologia wirtualnych bliźniaków

29 listopada 2021

Postępy w obszarze IIoT i technologii czujników sprawiają, że zastosowanie wirtualnych bliźniaków jest dziś wszechobecne w transporcie, sektorze budowlanym, handlu czy energetyce. Wirtualne bliźniaki pozwalają na symulację niemal wszystkich obiektów – od samolotów i turbin wiatrowych, po całe miasta i ludzkie organy. Jednak technologia ta wywiera największy wpływ na sektor produkcyjny, w którym wdrażana jest na wszystkich poziomach organizacji.

Modele CAD (Computer-Aided Design) od od dziesięcioleci są wykorzystywane do projektowania, symulacji i produkcji części, produktów, maszyn, podsystemów i systemów. Najbardziej znanym przykładem jest Boeing 777 z lat 80., który był pierwszym samolotem odrzutowym zaprojektowanym w całości cyfrowo. Dziś modelowanie cyfrowe wyewoluowało w kierunku wirtualnych bliźniaków lub cyfrowych bliźniaków (ang. virtual twins lub digital twins), gdzie projektanci mają możliwość rozszerzenia parametrów symulacji podczas projektowania wirtualnego modelu produktu. Zamiast ograniczać się parametrami fizycznymi, mogą teraz wprowadzać dane wejściowe ze świata rzeczywistego, takie jak informacje z czujników i urządzeń IIoT, do modelu wirtualnego, aby stworzyć cyfrową reprezentację rzeczywistego produktu. To połączenie pozwala na stworzenie cyfrowej reprezentacji obiektu i jego otoczenia na platformie software’owej i dostarcza szereg możliwości zarówno dla projektantów produktów, jak i producentów.

Korzyści krótko- i długoterminowe

Modele wirtualnych bliźniaków uwzględniają parametry działania operacyjnego, jak wydajność, błędy, wymagania utrzymaniowe, umożliwiając całościowe analizy, dające możliwości optymalizacji i poprawy wydajności przy użyciu analitycznych modeli predykcyjnych, analityki big data, edge computing, przetwarzania w chmurze, sztucznej inteligencji (AI) i innych. Inżynierowie i decydenci mogą wykorzystać wyniki tych analiz do optymalizacji funkcjonalności rzeczywistych obiektów i utrzymania ich działania na najwyższym poziomie. Przedsiębiorstwa mogą w czasie rzeczywistym monitorować operacje i procesy w ramach wirtualnego bliźniaka, aby dokonać odpowiednich korekt, a systemy kontroli w zamkniętej pętli można wykorzystać do automatyzacji procesów i ciągłego doskonalenia.

Ponieważ wirtualne bliźniaki mogą być wykorzystywane jako “laboratorium testowe” do przewidywania zachowania i reakcji rzeczywistego obiektu w określonych warunkach, projektanci mogą zbadać wyniki wprowadzonych potencjalnych zmian już na poziomie jego wirtualnej reprezentacji. Dzięki temu eliminuje się czasochłonne i kosztowne eksperymenty w świecie rzeczywistym.

3DEXPERIENCE Twin

W ramach platformy 3DEXPERIENCE, Dassault Systèmes oferuje m.in. bogate portfolio aplikacji do modelowania 3D oraz aplikacji symulacyjnych do tworzenia wirtualnych bliźniaków produktów. 3DEXPERIENCE Twin integrujący modelowanie, symulację, inteligencję informacyjną i współpracę, jest wirtualnym bliźniakiem stworzonym za pomocą rozwiązań dostępnych na platformie. 3DEXPERIENCE Twin pozwala firmom analizować w wirtualnym świecie różne czynniki wpływające na zachowanie produktu i optymalizować go pod kątem indywidualnych potrzeb klienta. Możliwość tworzenia wirtualnych kopii produktów sprawia, że produkcja staje się znacznie bardziej wydajna i zrównoważona. Do minimum ograniczone zostają bowiem fizyczne prototypy, które po zakończeniu prac nad produktem stają się bezużyteczne.

Jak to działa w praktyce?

Sunreef Yachts wywodzi się z branży Marine&Offshore i jest światowym liderem w projektowaniu i budowie katamaranów żaglowych, łodzi motorowych i superjachtów. Firma wybrała oprogramowanie SOLIDWORKS i SIMULIA, zasilane przez platformę 3DEXPERIENCE, do modelowania 3D i projektowania kadłubów. Aby usprawnić proces projektowania, Sunreef Yachts wdrożył oprogramowanie SOLIDWORKS od Dassault Systèmes pozwalające na modelowanie całych jednostek w 3D, zaczynając od kadłuba, ożaglowania, przez wszystkie systemy, a kończąc na elementach wyposażenia wnętrz. SOLIDWORKS pozwala także przygotować dokumentację produkcyjną w 2D.

Drugi z wdrożonych programów od Dassault Systèmes, SIMULIA X-flow, umożliwia projektowanie kadłubów jachtów i poprawę ich właściwości nautycznych oraz aerodynamicznych. Dzięki SIMULIA X-flow, Sunreef Yachts może testować wiele scenariuszy – kształtów, prędkości, warunków morskich, aby wybrać atrakcyjny i zoptymalizowany pod kątem zdolności żeglugowej i konsumpcji paliwa, kadłub jednostki. W rezultacie, czas reakcji Sunreef Yachts znacząco się poprawił: wcześniej czas budowy łodzi o kadłubie długości 74 stóp wynosił 6 -7 miesięcy; obecnie w trzy i pół miesiąca budowana jest jednostka o długości 80 stóp. Kolejny przykład pochodzi z branży transportowej: jest to PESA Bydgoszcz SA, lider wśród polskich producentów pojazdów szynowych i jeden z głównych dostawców taboru kolejowego w Europie. Proces rozwoju produktu w PESA obejmuje wiele równoległych działań, które odbywają się w różnych obszarach organizacji. Od wstępnej wizji, przez projektowanie, prototypowanie, walidację, aż po przygotowanie produkcji i wykorzystanie produktu, cały proces jest bardzo złożony, a jego integracja wymagająca. Wykorzystując platformę 3DEXPERIENCE, PESA będzie w stanie zoptymalizować i przyspieszyć proces rozwoju nowych produktów oraz skrócić czas wprowadzania ich na rynek. Dzięki temu, że wszystkie informacje znajdują się w jednym, centralnym repozytorium, firma i jej pracownicy korzystają z posiadania całej wiedzy o produktach i związanych z nimi procesach w jednym miejscu. Możliwości zarządzania projektami zapewniają pełną identyfikowalność i przejrzystość wszystkich zadań i procesów, co zwiększy ogólną produktywność i wydajność operacji, jednocześnie podnosząc jakość i pomagając spełnić oczekiwania klientów. Ostatecznie PESA może zmaterializować i przyspieszyć swoją podróż w zakresie transformacji cyfrowej, a także stać się bardziej innowacyjna i szybciej reagować na szybko zmieniające się standardy branżowe i oczekiwania klientów.

Uwolnienie potencjału produkcji

Konsumenci stają się coraz bardziej świadomi wartości, jaką otrzymują z produktów, dlatego gwałtownie rośnie zapotrzebowanie na innowacyjne rozwiązania. Skutkuje to zaostrzeniem konkurencji rynkowej wśród firm produkcyjnych. Firmy powinny skracać cykle rozwoju produktów oraz zwiększać sprawność i elastyczność całego ekosystemu rozwoju i wytwarzania produktów.

Wirtualne bliźniaki hali produkcyjnej i procesów mogą w znacznym stopniu rozwiązać ten problem, ponieważ przenoszą inżynierię, projektowanie, produkcję, kontrolę jakości, montaż, zapasy, łańcuch dostaw, planowanie i inne ważne aspekty związane z procesem decyzyjnym, na wyższy poziom efektywności. Firmy, które skutecznie wdrożą technologię virtual twin, osiągną przewagę konkurencyjną, a ponieważ technologię tę można dostosować do potrzeb większości organizacji, wirtualne bliźniaki powinny stać się elementem cyfrowej transformacji w organizacji każdej wielkości.


Artykuł ukazał się w nr 5(35) październik-listopad 2021 czasopisma „Production Manager”.
Więcej interesujących treści w naszym najnowszym wydaniu. Dołącz do klubu naszych prenumeratorów ▶ http://www.production-manager.pl/prenumerata/