Digital Twins
Дослідницька та консалтингова компанія Gartner дає дуже коротке визначення: Цифровий двійник — це цифрове уявлення реального об'єкта або системи.
Розширене визначення може бути таким:
Цифровий двійник (Digital Twin) — програмний аналог фізичного пристрою, що моделює внутрішні процеси, технічні характеристики та поведінку реального об'єкта в умовах впливу перешкод та навколишнього середовища. Важливою особливістю цифрового двійника є те, що завдання на нього вхідних впливів використовується інформація з датчиків реального пристрою, що працює паралельно. Робота можлива як в онлайн, так і в офлайн-режимі. Далі можливе проведення порівняння інформації віртуальних датчиків цифрового двійника з датчиками реального пристрою, виявлення аномалій та причин їх виникнення.
Установка датчиків на реальний пристрій здійснюється у процесі впровадження на підприємстві технологій промислового Інтернету речей (IIoT).
Без створення цифрових двійників виробів неможливе впровадження сучасної технології PLM (Product Lifecycle Management, управління життєвим циклом виробу). IIoT і PLM — невід'ємні атрибути "розумної фабрики" (Smart Factory). Її характерна риса — формування та використання цифрової моделі матеріальних потоків, тобто. Цифрового двійника вже не окремого виробу, а виробничої системи. Усі названі вище технології – підходи до реалізації концепції Четвертої індустріальної революції (Industry 4.0). Якщо традиційної промисловості досягнення необхідних характеристик виробу ведеться через численні натурні випробування, то Індустрії 4.0 ставиться завдання проводити багаторазові випробування з допомогою цифрового двійника, а натурні випробування проходити з першого раза.3
Цифровий двійник виробу включає:
- Геометричну та структурну модель об'єкта.
- Набір розрахункових даних деталей, вузлів та виробів загалом.
- Математичні моделі, що описують всі фізичні процеси, що відбуваються у виробі.
- Інформацію про технологічні процеси виготовлення та збирання окремих елементів та виробу в цілому.
- Систему керування життєвим циклом виробу.
- Цифровий двійник застосовується на всіх стадіях життєвого циклу виробу, включаючи проектування, виробництво, експлуатацію та утилізацію.
На етапі ескізного проектування: створюються варіанти комп'ютерної моделі виробу, що розробляється для оцінки та вибору можливих технічних рішень.
На етапі технічного проектування: вибраний на попередньому етапі варіант доопрацьовується та уточнюється з використанням моделей елементів. Отримана в результаті модель виробу дозволяє врахувати та оптимізувати взаємодію всіх елементів з урахуванням режимів роботи та впливів навколишнього середовища, її вже можна називати цифровим двійником виробу, що розробляється.
На етапі виготовлення: розроблена модель допомагає визначити необхідні допуски при виготовленні для досягнення необхідних характеристик та забезпечення безвідмовної роботи виробу протягом усього терміну служби, а також дозволяє швидко виявляти причини несправностей у процесі тестування.
На етапі експлуатації: модель цифрового двійника може бути доопрацьована та використана для реалізації зворотного зв'язку з метою внесення коректив у розробку та виготовлення виробів, діагностику та прогнозування несправностей, підвищення ефективності роботи, для виявлення нових запитів споживачів.
Класифікація двійників виробу:
- Цифрові двійники-прототипи (DTP). DTP-двійник містить інформацію, необхідну для опису та створення фізичних версій екземплярів виробу. Ця інформація включає геометричну та структурну моделі, технічні вимоги та умови; вартісну модель, розрахункову (проектну) та технологічну моделі виробу. DTP-двійник можна вважати умовно-постійною віртуальною моделлю виробу.
- Цифрові двійники-примірники (Digital Twin Instance, DTI). DTI-двійники виробу описують конкретний фізичний екземпляр виробу, з яким двійник залишається пов'язаним протягом усього терміну служби. Двійники цього типу створюються на базі DTP-двійника та додатково містять виробничу та експлуатаційну моделі, які включають історію виготовлення виробу, застосування матеріалів та комплектуючих, а також статистику відмов, ремонтів, заміни вузлів та агрегатів та ін. Таким чином, DTI-двійник виробу піддається змін відповідно до змін фізичного екземпляра під час його експлуатації.
- Агреговані двійники (Digital Twin Aggregate, DTA). DTA-двійники виробу визначаються як інформаційна система управління фізичними екземплярами сімейства виробів, яка має доступ до всіх їх цифрових двійників.
Класифікація двійників виробничої системи:
- Цифровий двійник усієї виробничої системи (ПС).
- Цифровий двійник виробничої лінії.
- Цифровий двійник конкретного активу у виробничій лінії.