Эссе на тему Цифровые двойники в проектировании и эксплуатации технических объектов

Содержание:

Введение. 4

1. Понятие цифровых двойников. 5

2. Финансовые перспективы
использования цифровых двойников в проектировании и эксплуатации технических
объектов. 8

Заключение. 11

Список использованной литературы.. 12

Введение:

Разработка продуктов на
основе технологии цифровых двойников позволяет в кратчайшие сроки создавать
конкурентоспособные на мировом рынке и востребованные высокотехнологичные
продукты, существенно сокращать объем физических и натурных испытаний, которые
при традиционном подходе необходимы для «совершенствования продукта до
требуемых характеристик с большим количеством прототипов», что в целом, по
сравнению с традиционными подходами, позволяет в несколько раз сократить время,
стоимость других ресурсов, в некоторых случаях — на 10 и более раз.

Рост цифровой экономики
(Digital Economy) в современном мире во многом обусловлен эффективной работой с
быстро растущими объемами больших данных, а точнее, с существенными («умными»)
данными (Smart Big Data), включая сокращение количество «мусорных» данных и
транзакционные издержки, а также повышение прозрачности и видимости
производства и обработки данных.

Центральное место в
экономике по праву занимает производство материалов — высокотехнологичная
отрасль, отвечающая, в первую очередь, требованиям высокой производительности
труда, экономической эффективности и глобальной конкурентоспособности. Для
удовлетворения этих требований необходимым и актуальным шагом в развитии
высокотехнологичной отрасли является цифровая трансформация бизнес-процессов и
бизнес-моделей, то есть фактически трансформация высокотехнологичной отрасли в
цифровую индустрию, основанную на разработке и использовании цифровых двойников
(Digital Twin, DT):

— поведение в различных
условиях эксплуатации реальных материалов, объектов, изделий, продуктов,
систем, машин, конструкций, оборудования, киберфизических систем на основе
семейства взаимосвязанных математических моделей высокого уровня владения
реальными материалами, объектами и физико-механическими процессами, которые
могут быть описаны только нестатическими нелинейными дифференциальными
уравнениями в частных производных (цифровой двойник типа 1, DT-1).

— разнообразные
технологические процессы, создающие реальные материалы и реальные объекты,
изделия, изделия и т. д. (например, процессы литья металлических изделий,
процессы вакуумного впрыска для композитных конструкций, герметизация,
металлургия, сварка, сборка и т. д.), которые представляют собой описанные
нестатические нелинейные процессы, как в случае DT-1, из нелинейных
нестатических уравнений в частных производных (цифровой двойник типа 2, ДТ-2).

Важно отметить, что эти
глобальные изменения сопровождаются развитием принципиально новых
бизнес-процессов и бизнес-моделей на всех уровнях и, конечно же, изменением
корпоративной культуры в компаниях.

 На основании вышеизложенного цель настоящей
работы – исследовать роль цифровых двойников в проектировании и эксплуатации
технических объектов.

Для достижения поставленной
цели в работе решаются следующие задачи:

— рассмотреть понятие цифровых двойников;

— определить финансовые перспективы использования
цифровых двойников в проектировании и эксплуатации технических объектов.

Объектом исследования
выступают цифровые двойники, предметом – роль цифровых двойников в
проектировании и эксплуатации технических объектов.

Теоретической базой
исследования послужила нормативно-правовая база и учебно-методическая
литература в области цифровизации и управления.

Методическая база
исследования: анализ нормативных и литературных источников, сравнительный
анализ показателей, прогнозирование.

Работа состоит из введения, основной
части, заключения, списка использованной литературы.

Заключение:

Цифровой двойник — это
цифровое представление реальной вещи или системы.

Современные PLM производятся
без создания цифровых двойников. Технологии (управление жизненным циклом
продукта, управление жизненным циклом продукта) не могут быть реализованы. IIoT
и PLM — важные особенности умного предприятия. Его особенностью является
перетекание материала в формирование и использование цифровой модели, то есть
цифровые двойники уже не отдельный продукт, а производственная система. Все
вышеперечисленные технологии представляют собой подходы к осуществлению
Четвертой промышленной революции (Индустрия 4.0). В традиционной промышленности
требуемые характеристики продукта подвергаются серии полевых экспериментов, а в
Industrial 4.0 цель состоит в проведении нескольких экспериментов с цифровыми
двойниками и первого полномасштабного испытания.

Он предназначен для
удаления, но на основе данных, собранных из браузеров, он предназначен для
взаимодействия с технической ситуацией и определения оптимального времени для
ремонта, чтобы предотвратить сбой устройства. Цифровые двойники могут
использоваться в качестве предупредительного инструмента для моделирования
различных вариантов, принимая во внимание общие и частичные отказы
оборудования, работу оборудования, их рабочие условия, влияние окружающей среды
и различные уровни защиты. Мы уже работаем над всеми необходимыми
принадлежностями, инструментами и инструкциями по обслуживанию.

Дополнительные шаги,
разработанные в двойной операционной системе PST, работы по техническому
обслуживанию и ремонту в бизнес-плане производителя будут иметь небольшое
влияние на скорость прохождения технологических продуктов через
производственные компоненты компании. Эту работу выполняют системы MES (система
реализации программного обеспечения — программное обеспечение, предназначенное
для бизнес-планирования).

Следующее пропорциональное
равновесие основано на множественности описаний различных жизненных циклов
(системы, машины, структуры и т. Д.) В семействе, в котором существует
множество математических моделей. В результате после выполнения физических
исследований (поля и т. д.) И высокой степени соответствия экспериментальным
данным мы получаем матрицу MDT (*), которая соответствует логически
идентифицируемому цифровому двойнику (система, машина, конструкция и т. д.).
Баланс противоречивых целей и ограниченные ресурсы.

Внедрение двойных цифровых
технологий — сложная задача, требующая больших инвестиций и первоначальной
оценки их эффективности. Однако, согласно исследованию Deloitte, технологии
быстро проникают в такие отрасли, как аэрокосмическая промышленность.

Розничная торговля,
здравоохранение и многое другое. Цифровые двойники ускоряют производство и
разработку процессов, оптимизируют рабочие процессы и помогают поддерживать
прогнозы.

По данным издания,
глобальный двойной цифровой рынок Ожидается, что к 2023 году он достигнет 16
миллиардов долларов, а к 2020 году количество переходов на технологии (особенно
Интернет и машинное обучение) увеличится вдвое.

Самыми быстрорастущими
секторами использования цифровых двойников могут быть отрасли, требующие
ресурсов, такие как производство, нефть и газ, авиалинии и автомобили. Однако
эти технологии также перспективны для розничной торговли, здравоохранения и
умного городского планирования.

Фрагмент текста работы:

1. Понятие цифровых двойников Исследовательская и
консалтинговая компания Gartner дает очень краткое определение:

Цифровой двойник — это
цифровое представление реального объекта или системы[1].

Расширенное определение
может быть:

Цифровой двойник — это
программное аналоговое устройство, моделирующее внутренние процессы,
технические характеристики, а также действия и поведение в реальном мире.
Важной особенностью цифровых двойников является то, что информация реального
датчика устройства, который работает параллельно, используется для определения
входного воздействия на него. Вы можете работать онлайн или офлайн. Вы также
можете сравнить информацию цифровых двойных виртуальных датчиков с датчиками
реального устройства для выявления аномальных и причинных факторов[2].

Установка датчиков в
реальное устройство является частью внедрения компанией технологий IIoT в
Интернет.

Современные PLM производятся
без создания цифровых двойников. Технологии (управление жизненным циклом
продукта, управление жизненным циклом продукта) не могут быть реализованы. IIoT
и PLM — важные особенности умного предприятия. Его особенностью является
перетекание материала в формирование и использование цифровой модели, то есть
цифровые двойники уже не отдельный продукт, а производственная система. Все
вышеперечисленные технологии представляют собой подходы к осуществлению
Четвертой промышленной революции (Индустрия 4.0). В традиционной промышленности
требуемые характеристики продукта подвергаются серии полевых экспериментов, а в
Industrial 4.0 цель состоит в проведении нескольких экспериментов с цифровыми
двойниками и первого полномасштабного испытания[3].

Цифровой двойник продукта
включает в себя следующие

Геометрическая и структурная
модель объекта.

Сбор вычислительных данных
для классов, встреч и продуктов.

Математические модели,
описывающие все физические процессы в продукте.

Информация о производстве и
сборке отдельных узлов и общих технологических процессах изделия.

Система управления жизненным
циклом продукции.

Цифровой двойник
используется на всех этапах жизненного цикла продукта, включая проектирование,
производство, эксплуатацию и утилизацию.

На предпроектной стадии:
создаются вариации модифицированной компьютерной модели изделия для оценки и
выбора возможных технических решений.

На этапе технического
проектирования: предыдущие выборки завершаются и фильтруются с использованием
моделей элементов. Полученная модель продукта позволяет учесть и оптимизировать
взаимодействие всех компонентов с учетом условий эксплуатации и воздействия на
окружающую среду, уже производимый продукт можно назвать цифровым двойником.

Встроенная модель помогает
определить необходимые конструктивные допуски для достижения требуемых
характеристик и обеспечения безопасности продукта на протяжении всего
жизненного цикла, а также позволяет быстро определять причины повреждений в
процессе тестирования.

В процессе: цифровая двойная
модель может быть изменена и использована для внесения корректировок в
разработку и производство продукции, для диагностики и прогнозирования
неисправностей, для повышения операционной эффективности и для выявления новых
потребностей потребителей.

Частое размещение товаров[4]:

Прототип цифрового двойника
(DTP). DTP содержит информацию, необходимую для описания и создания физических
версий экземпляров продукта. Эта информация включает геометрические и
структурные модели, спецификации и условия, стоимостная модель,
конструктивно-технологическая модель изделия. Двойник DTP можно рассматривать
как условную постоянную виртуальную модель продукт.

Присутствие цифрового
двойника (DTI). Соответствующие DTI для продукта описывают конкретное
физическое присутствие продукта, к которому двойник остается привязанным на
протяжении всей своей жизни. Близнецы этого типа создаются на основе двойника
DTP и также содержат модели производства и эксплуатации, которые включают
историю продукта, использование материалов и компонентов, а также статистику неисправностей,
ремонтов, замен узлов и агрегатов и т.д. Таким образом, двойник DTI продукта
подвергается изменениям в соответствии с изменениями физического присутствия во
время работы.

Агрегатные близнецы (Digital
Twin Aggregate, DTA). Двойники продуктов DTA определяются как информационная
система управления физическим присутствием для семейства продуктов, которая
имеет доступ ко всем цифровым двойникам.

Классификация двойных
производственных систем[5]:

Цифровой двойник всей
производственной системы (ПС)

Цифровой двойник
производственной линии

Цифровой двойник конкретного
актива на производственной линии

Цифровой двойник PS
включает:

Инженерная модель ПС,
содержащая цифровое описание ресурсов компании, структуры продуктовых ресурсов,
структуры технологического оборудования, продуктов и технологий, представляет
собой систему сбора информации о текущем состоянии оборудования.

Это операционная модель
цифровой платформы для определения бизнес-логистики, планирования продуктов,
дополнительных услуг и внешнего сотрудничества, включая правила обслуживания и
ремонта оборудования.

Самым сложным в реализации
является практическая модель цифрового двойника ПТ, на которую специально
возложены следующие функции.

Сделайте необходимые расчеты
для принятия управленческих решений.

Показать производственные
процессы в производственной системе в реальном времени.

Проведите различные
эксперименты для моделирования продукта.

Еще одна важная функция
цифровых производственных систем — минимизация потенциальных отказов
технологического оборудования (ТОиР). Один из самых сложных видов услуг — PDM.
Это позволяет проводить ремонт по мере необходимости, а не по плану.

Он предназначен для
удаления, но основан на информации, полученной из браузеров, для определения
технической ситуации и определения оптимального времени для обслуживания, чтобы
предотвратить сбой устройства. Цифровые двойники могут использоваться в качестве
защитного инструмента для моделирования различных ситуаций с учетом общих и
частичных отказов устройств, характеристик устройства, условий эксплуатации,
влияния окружающей среды и различных уровней защиты. Мы уже работаем над всеми
необходимыми принадлежностями, инструментами и инструкциями по обслуживанию.

Дополнительные шаги,
встроенные в два бизнес-плана для двойной операционной системы PST,
обслуживание и ремонт, мало повлияют на скорость, с которой технологические
продукты перемещаются по производственным объектам компании. Эта работа
выполняется на системах MES (система реализации программного обеспечения —
программное обеспечение, предназначенное для бизнес-планирования).

Учитывая текущее состояние
продукта, важно проинформировать PS Digital Twin, установив прямой контакт с
компонентами продукта. Для решения этой проблемы используются технологии IIoT.
С их помощью вы можете подключать датчики, показатели и другую информацию для
сбора информации о существующих системах управления продуктами и текущей модели
цифрового двойника[6].

Таким образом, цифровые
двойники — это базовая концепция умного завода, которая должна быть связана с
самим продуктом (в данном случае используется термин «цифровой двойник») и с
производственным процессом. В данном случае термин «цифровые двойники системы».
Эти цифровые двойники, которые работают вместе на каждом этапе жизненного цикла
производства (PLM), должны быть связаны с работой и обеспечивать продукт,
разработанный и изготовленный для предполагаемой цели.

Системная инженерия, которая
отвечает за весь образ, позволяет вам выполнять и контролировать
производственные потребности на протяжении всего жизненного цикла продукта,
системы и т. д.

Следовательно, необходимы
подходы и методы для управления всей системой и всеми взаимодействиями (или —
взаимозависимыми) подсистемами, компонентами, узлами и т. д. В любое время в
процессе разработки

Это особенно важно, потому
что в конечном итоге конкурентоспособность продукта, системы и т. д.
Определяется «самым слабым звеном» (еще раз вспомните определение «слабого
звена» — «общая сила цепи зависит от самого слабого звена»). Вместо
подготовленных или изготовленных компонентов.

Требования, цели и
ограничения ресурсов многоуровневой таблицы MDT

Многоуровневое ограничение
стандартов, целей и ресурсов MDT (стандарты, финансы, технологии, производство,
среда и т. д.) является ключевым компонентом двух технологий цифровой
разработки.

Назначение данной таблицы
целевых показателей — обеспечение «сбалансированного» баланса между суммой и
отдельными элементами и большим количеством (несколько тысяч или десятков
тысяч), как правило, «конфликтующих» между собой.

— На одном уровне и в разных
описаниях системы,

— На обеих стадиях и в
разных жизненных циклах.

Также важно не только
достижение целевых характеристик, но и соблюдение различных ресурсных
ограничений[7].

Список целевых соискателей
должен не только отслеживать коллективное влияние сторон или нарушать
определенные ограничения, но и позволять им вносить необходимые изменения и
объяснения в кратчайшие сроки — внедрять процесс «управления потребностями и
изменениями» в ходе реализации проекта. Когда цели и границы разбиты и
рассредоточены, целевое табло заполняется и работает последовательно — обычно
сверху вниз, сверху вниз.

Следующее пропорциональное
равновесие основано на множественности описаний различных жизненных циклов
(системы, машины, структуры и т. д.) В семействе, в котором существует
множество математических моделей. В результате после выполнения физических
испытаний (полей и т. д.) И сравнения экспериментальных данных с данными
испытаний мы получаем матрицу MDT (*), которая логически связана с цифровым
двойником объекта (системы, машины, конструкции и т. д.). Баланс противоречивых
целей и ограниченные ресурсы.

На продвинутом уровне
мультидисциплинарные математические модели являются необходимым и обязательным
шагом в развитии семейного полного цифрового двойника — процесса отождествления
математических (математических, компьютерных и т. д.) моделей с реальными
объектами (системами, машинами, конструкциями и т.д., а также реальные
физико-механические процессы, основанные на надежных данных физических или
полевых экспериментов.

Виртуальные эксперименты,
виртуальные фонды и виртуальные проверки

Как правило, в процессе
разработки цифровых двумерных композиционных материалов, систем, машин,
конструкций и т. д. Необходимо провести десятки тысяч объектов, деталей,
деталей, подсистем и систем, и опыт показывает, что количество виртуальных экспериментов
примерно равно количеству . Цели и ограничения представлены в таблице MDT (Nm).

Чтобы проводить виртуальные
эксперименты и получать надежные результаты, важно разрабатывать и использовать
наиболее актуальные виртуальные аналоги всех соответствующих экспериментальных
инструментов, тестовых примеров и диапазонов, используемых в физических и
полевых экспериментах — семейных экспериментальных задач и виртуальных
экспериментальных задач.

Наиболее универсальные
математические модели, полученные путем применения всех вышеперечисленных
подходов, методов и технологий, позволяют семье различать результаты
воображаемых экспериментов с 5% или меньше и результаты физических или
естественных экспериментов. [1] https://www.gartner.com/it-glossary/digital-twin [2] Цифровые двойники в сфере высоких
технологий. Краткий отчет (сентябрь 2019 г.) / А.И. Боровков, А.А. Гамзикова,
К. Кукушкин, Ю.А. Рябов. СПб .: Политех-пресс, 2019,62 [3] Боровков А.И., Рябов Ю.А. Цифровые
двойники: определение, подходы и методы развития // Цифровая трансформация
экономики и промышленности: сборник материалов научно-практической конференции,
20-22 июня 2019 г. / под ред. Α.Β. Бабина. СПб .: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019, с. 234 [4] https://www.it.ua/ru/knowledge-base/technology-innovation/manufacturing-execution-system-mes https://www.information-age.com/gartner-digital-twins-123479330/ [5] Боровков А.И., Рябов Ю.А. Цифровые
двойники: определение, подходы и методы развития // Цифровая трансформация
экономики и промышленности: сборник материалов научно-практической конференции,
20-22 июня 2019 г. / под ред. Α.Β. Бабина. СПб .: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019, с. 234 [6] http://www.tadviser.ru/index.php/ Статья:
Digital_Twin_ (Digital_Twin) [7] Цифровые двойники в сфере высоких
технологий. Краткий отчет (сентябрь 2019 г.) / А.И. Боровков, А.А. Гамзикова,
К. Кукушкин, Ю.А. Рябов. СПб .: Политех-пресс, 2019, с.59