Podobnie jak holodek, cyfrowe bliźniaki są wirtualną repliką świata fizycznego, umożliwiając branżom przewidywanie i optymalizację procesów na podstawie bieżących danych. W sektorze produkcyjnym cyfrowe bliźniaki w czasie rzeczywistym tworzą cyfrowy profil linii produkcyjnych, zasobów i procesów. Producenci mogą dzięki nim analizować wydajność, przewidywać awarie oraz udoskonalać przepływy pracy jeszcze przed wprowadzeniem fizycznych zmian.
Cyfrowe bliźniaki nie są jednak wcale nowym zjawiskiem – ani w filmach, ani w rzeczywistości. Po prostu boom na cyfryzację w ostatnich latach sprawił, że stały się znacznie bardziej dostępne. Przewiduje się, że globalny rynek cyfrowych bliźniaków¹) wzrośnie z 10,1 mld dol. w 2023 r. do 110,1 mld dol. w 2028 r., przy średniorocznej stopie wzrostu wynoszącej 61,3%. Producenci coraz częściej wykorzystują tę technologię na wielu etapach cyklu życia produktu.
Transformacja rozwoju produktów dzięki cyfrowym bliźniakom
Zdolność do opracowywania i wprowadzania na rynek nowych produktów jest często kluczowa dla przetrwania firmy. McKinsey szacuje, że w nadchodzących latach ok. 30 bilionów dolarów²) przychodów przedsiębiorstw będzie zależeć od produktów, które jeszcze nie istnieją. Oczekiwania klientów w zakresie jakości, innowacyjności i zrównoważonego rozwoju nieustannie rosną, co zmusza firmy do szukania sposobów na obniżenie kosztów i przyspieszenie cykli projektowania.
Badania McKinsey wskazują, że wykorzystanie cyfrowych bliźniaków może skrócić całkowity czas opracowywania produktu o 20–50% i znacząco obniżyć koszty związane z fizycznym prototypowaniem. Doskonałym przykładem jest koncern motoryzacyjny³) Renault.
Podobnie jak inżynierowie ze "Star Treka" dopracowywali "Enterprise" w symulowanym środowisku, tak i Renault tworzy kompletne cyfrowe bliźniaki 3D swoich pojazdów. Dzięki temu projektanci mogą optymalizować aerodynamikę, ergonomię i kompatybilność systemów, zanim powstanie choćby jedna fizyczna część. Optymalizacja na etapie cyfrowym skraca czas projektowania i przyspiesza proces powstawania pierwszych prototypów.
Cyfrowe rozwiązania dla procesów produkcyjnych
Cyfrowe bliźniaki oferują również ogromne korzyści dla procesów produkcyjnych. Symulując różne scenariusze i stale integrując dane w czasie rzeczywistym, umożliwiają operatorom podejmowanie świadomych decyzji w celu usprawnienia produkcji.
Przykładem jest fabryka LG Electronics4) w Changwon (Korea Południowa), która wdrożyła cyfrowego bliźniaka do symulacji wizualnej linii montażowej w czasie rzeczywistym. W efekcie wydajność operacyjna wzrosła o 17%, jakość produktów poprawiła się o 70%, a zużycie energii spadło o 30%.
Podobne podejście przyjęło BMW w ramach projektu BMW iFACTORY5). Firma zeskanowała swoje zakłady produkcyjne w 3D, tworząc cyfrowe bliźniaki dostępne wirtualnie w czasie rzeczywistym, niezależnie od lokalizacji czy strefy czasowej.
To rozwiązanie pozwala użytkownikom przechodzić przez linie produkcyjne, uwzględniając zarówno maszyny, jak i pracowników, oraz szybko integrować nowe pojazdy z istniejącymi systemami. Dzięki temu BMW może efektywnie wykrywać obszary wymagające poprawy w łańcuchu produkcyjnym, oszczędzając czas i zasoby.
Stałe gromadzenie danych umożliwia operatorom bieżący wgląd w stan systemów, pozwalając na szybką identyfikację potencjalnych problemów i podjęcie działań naprawczych.
Integracja systemu wirtualnego uruchamiania z procesami operacyjnymi i obsługą techniczną
Wirtualne uruchomienie to kluczowe zastosowanie cyfrowych bliźniaków. Pozwala ono producentom testować i optymalizować systemy automatyki w środowisku wirtualnym, jeszcze przed fizyczną instalacją. Dzięki symulacji rzeczywistych warunków można upewnić się, że wszystkie komponenty – takie jak sterowniki PLC, roboty i interfejsy HMI – współpracują bez zakłóceń. Minimalizuje to przestoje, zmniejsza ryzyko i zapewnia pełną funkcjonalność systemu po wdrożeniu.
W firmie IDM-Systems Zrt.6), należącej do COPA-DATA Partner Community (Silver Partner), koncepcję tę rozwinięto w kompleksowy system, oparty na dwóch kluczowych komponentach:
- Digital Asset Twin – okresowo uruchamiany (na żądanie), funkcjonalnie zweryfikowany model 3D, który zawiera wirtualne urządzenia peryferyjne, takie jak HMI, PLC i programy robotów potrzebne do działania. Model ten umożliwia wykonywanie rzeczywistych programów PLC, robotów i HMI, dzięki czemu idealnie nadaje się do wirtualnego uruchamiania (testowania i optymalizacji programów PLC), a także do celów szkoleniowych;
- Operational Twin – stale działający, oparty na danych logiczny bliźniak, który pozostaje zsynchronizowany z rzeczywistym systemem. Utrzymuje połączenie danych w czasie rzeczywistym ze środowiskiem fizycznym i zawiera takie moduły, jak Predictor, Energy Optimizer i Correlation Explorer, aby wydobyć cenne informacje z danych operacyjnych.
Oba modele płynnie integrują się za pomocą wspólnej struktury i interfejsów, umożliwiając wymianę danych w czasie rzeczywistym z systemami SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) i MES (Manufacturing Execution System). Oparty na oprogramowaniu zenon system SCADA dodatkowo zwiększa wydajność, ułatwia szkolenie operatorów i poprawia ogólną efektywność produkcji.
Inteligentniejsze fabryki, mniejszy ślad węglowy
Podczas gdy produktywność i wydajność stanowią oczywiste korzyści, cyfrowe bliźniaki odgrywają też kluczową rolę w zwiększaniu zrównoważonego rozwoju w produkcji, zapewniając wgląd w czasie rzeczywistym w wykorzystanie energii, wytwarzanie odpadów i zużycie materiałów. Analizując te dane, producenci mogą zidentyfikować obszary, w których da się zmniejszyć zużycie energii i zasobów, ostatecznie zmniejszając swój wpływ na środowisko.
W "Star Treku" załoga "Enterprise" nie podejmowała decyzji na podstawie domysłów. Jej członkowie korzystali z symulacji, danych w czasie rzeczywistym i technologii predykcyjnej. Obecnie cyfrowe bliźniaki wnoszą ten sam poziom przewidywania do przemysłu. Wykorzystując dane w czasie rzeczywistym i takie narzędzia cyfrowe, jak zenon Software Platform7) firmy COPA-DATA, przedsiębiorstwa mogą optymalizować rozwój na każdym etapie cyklu życia produktu.
1) https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/digital-twin-market-225269522.html
2) https://www.mckinsey.com/industries/industrials-and-electronics/our-insights/digital-twins-the-key-to-smart-product-development
3) https://www.renaultgroup.com/en/magazine/technology/vehicle-digital-twin-when-physical-and-digital-models-unite
4) https://www.weforum.org/stories/2023/05/digital-twins-manufacturing-sustainability/
5) https://www.bmwgroup.com/en/news/general/2022/bmw-ifactory-digital.html
6) https://www.idm-systems.hu/?lang=en
7) https://www.copadata.com/en/industries/process-manufacturing
Reinfried Kößlbacher
COPA-DATA Polska Sp. z o.o.
sales.pl@copadata.com
tel. +48 12 290 10 54
