Proszę zaktualizować swoją przeglądarkę:

Twoja przeglądarka internetowa Internet Explorer 11 jest przestarzała i nie jest już obsługiwana.

Wyświetlanie treści i funkcjonalności nie jest gwarantowane.

Microsoft Edge
Google Chrome
Mozilla Firefox
Blog Trends in production Digitization
19/12/2022|Cyfryzacja

Czym jest cyfrowy bliźniak?

Spis treści
1.
Cyfrowy bliźniak: Model cyfrowy rzeczywistego obiektu
2.
Korzyści dla klientów
3.
Realistyczne testowanie obróbki i szkolenia
4.
Definicje

Branża produkcji przemysłowej musi stawiać czoła coraz większym wyzwaniom. Brak wykwalifikowanych pracowników już od dawna stanowi powszechny problem. Do tego dochodzi krótszy okres trwałości produktów i większe zróżnicowanie wariantów produkowanych w krótszych seriach. Dynamika rynku i zmiany w łańcuchach dostaw wymuszają coraz bardziej intensywne wykorzystanie maszyn, większą przejrzystość w procesie produkcji oraz możliwość wykonywania zadań przez pracowników w sposób ukierunkowany. W tym złożonym środowisku wielką nadzieją jest koncepcja cyfrowego bliźniaka. To dobry powód, aby sięgnąć poza granice rzeczywistości i zadać pytanie: „czym jest cyfrowy bliźniak?”

Cyfrowy bliźniak: Model cyfrowy rzeczywistego obiektu

5 axis cnc machine DMU 340 Gantry
Dr.-Ing. Daniel Niederwestberg, Head of Digital Twin in front of the DMU 340 Gantry

Na wstępnie należy zauważyć, że w ludzkim rozumowaniu koncepcja cyfrowego bliźniaka nie jest wystarczająca z technicznego punktu widzenia. W znacznej mierze polega ona na odzwierciedleniu w przestrzeni cyfrowej rzeczywistego lub założonego procesu wraz ze wszystkimi detalami i właściwościami. Jednak taka cyfrowa replika nie mogłaby samodzielnie działać, więc byłaby bezużyteczna. 

Cyfrowy bliźniak staje się naprawdę wartościowy, gdy stanowi wirtualne odzwierciedlenie rzeczywistego obiektu i jego cyfrowy obraz. Cyfrowe bliźniaki są więc dynamicznymi, trójwymiarowymi reprezentacjami rzeczywistych obiektów, które można wykorzystywać do symulacji i analiz. Obrazy cyfrowe poszczególnych rzeczywistych komponentów odzwierciedlają pozyskane dane lub mogą być symulowane na podstawie tych modeli. Zdolności cyfrowego bliźniaka w zakresie usprawniania produktów i procesów oraz eliminowania błędów w ciągłej pętli sterowania lub poprzez symulację, analizę i optymalizację na podstawie wygenerowanych informacji jest warunkowana wykorzystaniem modeli cyfrowych i cieni cyfrowych rzeczywistych komponentów.

cnc machine - What is the Digital Twin

Korzyści dla klientów

Wartość dodaną można zapewnić na wielu płaszczyznach. Bliźniak cyfrowy DMG MORI DIGITAL TWIN to rozwiązanie, które dostarcza korzyści w trzech obszarach:

  • Produktywne wykorzystanie większej liczby godzin pracy wrzeciona
    • Wirtualizacja czynności pozaprodukcyjnych, np. docierania i programowania
    • Eliminacja przestojów spowodowanych kolizjami
  • Ograniczenie kosztu komponentów
    • Ograniczenie czasów cyklu poprzez optymalizację procesu i przejrzystość czynników generujących koszty
    • Zapobieganie błędom poprzez symulację i uproszczone wykrywanie usterek 
  • Wzmocnienie pozycji pracowników
    • Zmniejszenie odsetka usterek poprzez początkowe szkolenie i w razie potrzeby dalsze szkolenie
    • Uproszczenie skomplikowanych zadań dzięki zwiększeniu przejrzystości

Realistyczne testowanie obróbki i szkolenia

W praktyce oznacza to, że CYFROWY BLIŹNIAK DMG MORI może być wykorzystywany m.in. do projektowania maszyn w całości w przestrzeni wirtualnej oraz do symulowania, analizowania i doskonalenia ich funkcji z użyciem wirtualnego systemu sterowania, wirtualnych narzędzi i uchwytów oraz wirtualnych części obrabianych aż do momentu, gdy wszystkie oczekiwania nowego rozwiązania zostaną spełnione. Każde naciśnięcie przycisku na panelu sterowania, każda zmiana narzędzia, każde zaciśnięcie uchwytu, każdy ruch osi, każde obciążenie wrzeciona: wszystko można przeanalizować i zoptymalizować cyfrowo za pomocą cyfrowego bliźniaka. I to nawet zanim rozpoczną się jakiekolwiek przygotowania do produkcji rzeczywistej maszyny!

Digitization - What is the Digital Twin
With DMG MORI DIGITAL TWIN, a planned machine can be developed completely in virtual space and its capability simulated, analyzed and improved with virtual controls, tools, clamping devices and workpieces.

Oprócz tego klienci mogą przeprowadzać realistyczne testy obróbki komponentów w czasie, gdy maszyna jest jeszcze w budowie. Daje im to możliwość dopracowania programów CNC dla nowych maszyn i przeszkolenia pracowników przed montażem maszyny w zakładzie. Już po uruchomieniu maszyna może nadal przekazywać informacje o stanie i wykonywanych zadaniach do modelu cyfrowego. Uzyskane w ten sposób dane można wykorzystywać do ciągłego doskonalenia procesów oraz podejmowania ugruntowanych decyzji operacyjnych i strategicznych.

Wydaje się, że możliwości wirtualizacji są ograniczone tylko przez granice ludzkiej wyobraźni. Modele cyfrowe nie funkcjonują w odosobnieniu – mogą współpracować między sobą, wykorzystując wspólną składnię i semantykę. Ten sposób funkcjonowania maszyn można również przenieść na działanie zrobotyzowanych komórek produkcyjnych oraz zautomatyzowanych systemów produkcji, obejmujących wiele maszyn, palet i narzędzi, a także wózki samojezdne poruszające się po wytyczonych trasach w fabryce.

Jedynym warunkiem jest dostępność wszystkich elementów systemu oraz funkcji usługi lub procesu w formie połączonego modelu cyfrowego wykorzystującego odpowiednie dane. Większa ilość i lepsza jakość dostępnych danych historycznych oraz większa precyzja bieżących danych umożliwia tworzenie bardziej inteligentnych algorytmów, dokładniejszych analiz i trafniejszych odpowiedzi. Sprawdza się to szczególnie w przypadku rozpoznawania zdarzeń jeszcze zanim do nich rzeczywiście dojdzie.

Digital Engineering - What is the Digital Twin
Digital Engineering by DMG MORI

Definicje

Po zapoznaniu się z tymi wszystkimi informacjami, jako czytelnik potrzebujesz jasnego i zwięzłego wyjaśnienia, czym jest cyfrowy bliźniak. Nawet społeczność naukowa nie wypracowała w tej kwestii zgodnej i jednoznacznej odpowiedzi. Warto jednak zapoznać się z kilkoma definicjami, które udało nam się znaleźć:

Cyfrowy bliźniak stanowi wirtualną reprezentację fizycznego obiektu lub systemu, ale jest to coś więcej niż tylko zaawansowany technicznie obraz. Cyfrowe bliźniaki wykorzystują dane, techniki uczenia maszynowego oraz Internet rzeczy (IoT), pomagając użytkownikom w optymalizacji rozwiązań, wprowadzaniu innowacji i dostarczaniu nowych usług.

Rekomendacja W3C dla architektury Web of Things (WoT) Kwiecień 2020

Cyfrowy bliźniak stanowi wirtualną replikę fizycznego obiektu lub systemu. Cyfrowy bliźniak jest czymś więcej niż tylko obrazem, wzorem czy schematem: to dynamiczny, symulowany widok fizycznego produktu, ciągle aktualizowany w cyklu projektowania, budowy i eksploatacji. Cyfrowy bliźniak oraz odpowiadający mu obiekt fizyczny istnieją równolegle i razem ewoluują.

Saracco, R. Digital Twins: Bridging Physical Space and Cyberspace

Cyfrowy bliźniak stanowi wirtualną reprezentację fizycznego obiektu lub systemu w całym cyklu eksploatacji. Wykorzystuje dane w czasie rzeczywistym, umożliwiając lepsze poznanie jego działania.

Mylonas, G.; Kalogeras, A.; Kalogeras, G.; Anagnostopoulos, C.; Alexakos, C.; Munoz, L. Digital Twins from SmartManufacturing to Smart Cities: A Survey 2021

Cyfrowy bliźniak to zintegrowana, wielofizyczna, wieloskalowa i probabilistyczna symulacja systemu w gotowej formie, która mapuje swojego rzeczywistego odpowiednika, wykorzystując m.in. najlepsze dostępne modele fizyczne, aktualizacje czujników i historię floty.

Glaessgen, E. H., Stargel D.S., The Digital Twin Paradigm for Future NASA and U.S. Air Force Vehicles», American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2012