Trzy typy cyfrowych bliźniaków w zakładzie przemysłowym

-- piątek, 29 lipiec 2022

Oczekuje się, że zastosowanie cyfryzacji w zakładach przemysłowych może przynieść im takie korzyści, jak niemal dwukrotne zwiększenie mocy produkcyjnych, skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek o 20% oraz wzrost efektywnego czasu pracy personelu o 20% i wskaźnika wykorzystania przestrzeni o 40%.

Technologie cyfrowe wprowadzają wiele zmian w przemyśle produkcyjnym. W tym artykule przedstawiamy, w jaki sposób te zmiany są realizowane. Dzięki umożliwieniu elastycznej i wydajnej produkcji, skróceniu czasu wprowadzania produktów na rynek oraz poprawie jakości produktów cyfryzacja sprawia, że marzenia dyrekcji firm produkcyjnych stają się rzeczywistością.

Firma Siemens, znajdująca się wśród twórców oraz budowniczych koncepcji Przemysłu 4.0, wykorzystuje cyfrowe przedsiębiorstwa jako swoją strategię rynkową. W kwietniu 2019 r. Siemens zakończył proces połączenia swoich oddziałów Fabryki Cyfrowej (Digital Factory – DF) oraz Przemysłu Procesowego i Napędów (Process Industries and Drives – PD). W wyniku tej fuzji powstała firma Siemens Digital Industries (DI), specjalizująca się w przemysłowym biznesie cyfrowym.

W latach 2014–2020 Siemens rozbudował przedsiębiorstwa cyfrowe za pomocą eksploracji i praktyki. Obecnie firma posiada dojrzałe rozwiązania i może się pochwalić przypadkami skutecznych wdrożeń. Dokonała znacznego postępu od fazy opracowania metodologii do mapy drogowej, technologii cyfrowych bliźniaków (ang. digital twins), cyfryzacji cyklu życia, konsultacji oraz wdrożeń. Na początku 2021 roku przedstawiciele dyrekcji generalnej firmy Siemens Digital Industries wyjaśnili koncepcję cyfrowego przedsiębiorstwa.

Uzyskane korzyści – od produktów do wydajności

Wang Haibin, wiceprezes wykonawczy firmy Siemens Lts., China oraz dyrektor generalny Siemens Greater China Digital industries powiedział, że podstawową propozycją wartości oraz trasą techniczną firmy Siemens jest tworzenie trzech typów cyfrowych bliźniaków za pomocą technologii cyfrowych. Są to:

  1. Cyfrowe bliźniaki produktów, wykorzystujące technologię cyfrowych bliźniaków do efektywnego projektowania nowych produktów.
  2. Cyfrowe bliźniaki produkcji, wykorzystujące technologię cyfrowych bliźniaków w produkcji oraz planowaniu produkcji.
  3. Cyfrowe bliźniaki wydajności, wykorzystujące technologię cyfrowych bliźniaków do przechwytu i analizy danych operacyjnych oraz działania na podstawie wyników tej analizy.

Wang Haibin powiedział, że tworzenie cyfrowych bliźniaków nie jest tak ważne, jak wzajemne połączenie w sieci danych dla tych trzech typów. Projektowanie wyrobów oraz sterowanie pracą linii produkcyjnych generuje wielkie ilości danych. Dla przedsiębiorstw ważną siłą napędową zwiększania wydajności produkcji oraz wprowadzania innowacji jest porównywanie, czy dane projektowe są zgodne z rzeczywistymi danymi operacyjnymi oraz określanie, jaki jest poziom zgodności tych danych i jakie problemy są wyjaśniane w przypadku niezgodności danych, co napędza następną iterację.

Za tym wzajemnym połączeniem stoją potrzeby posiadania oprogramowania przemysłowego, które umożliwia zbieranie i przetwarzanie podstawowych danych systemów automatyki podczas pracy zakładów, wykorzystując takie technologie, jak Przemysłowy Internet Rzeczy, chmura obliczeniowa oraz przetwarzanie danych na krawędzi sieci.

Firma Siemens pomaga w tworzeniu oraz wzajemnym łączeniu tych trzech typów cyfrowych bliźniaków w łańcuchu wartości opracowania produktów, procesach produkcji oraz zarządzania fabryką. Firma Siemens oferuje takie oprogramowanie, jak pakiety do opracowywania produktów NX 3D i Teamcenter, program do projektowania dla inżynierów Comos oraz platformy w chmurze: TIA Portal, Simatic IT, PSE, Mendix i MindSphere. Siemens tworzy integrację świata wirtualnego z rzeczywistym i wykorzystuje technologie cyfrowych bliźniaków w przemyśle – w procesie opracowywania produktów oraz samej produkcji. Cyfrowe bliźniaki są wdrażane już od kilku lat w symulacji 3D przy projektowaniu wyrobów, symulacji projektów procesów produkcji, dystrybucji cyfrowej (elektronicznej) oraz wirtualnym usuwaniu wad produktów. Mniejsza ilość zastosowań technologii cyfrowych bliźniaków dotyczy połączeń sieciowych. Firma Siemens wdraża wspomniane trzy typy bliźniaków w swoich fabrykach.

Zastosowania technologii cyfrowych bliźniaków w zakładach przemysłowych

Li Lei, dyrektor generalny firmy Siemens CNC Co. Ltd z siedzibą w Nanjing (Chiny) powiedział, że pierwsza oryginalnie cyfrowa fabryka chemiczną w Chinach, czyli nowa fabryka firmy Siemens Numerical Control Ltd. (CNC), wykorzystująca trzy rodzaje cyfrowych bliźniaków jako podstawę swojego działania, ma być oficjalnie zainaugurowana w 2022. Zakład ten, zbudowany w Nanjing, opiera się na cyfrowych koncepcjach oraz cyfrowej technologii symulacyjnej firmy Siemens. Od analizy popytu do budowy i pracy fabryki, wszystko opiera się tu na cyfrowych bliźniakach, zaś realizowane w zakładzie procesy są wzajemnie połączone. System ogólnej bazy danych zbiera wszystkie dane, które są potrzebne do symulacji, testowania i korygowania produktów. Podczas pracy zakładu system ten może także być monitorowany w czasie rzeczywistym. Uzyskiwane są informacje zwrotne, dzięki którym system ten jest optymalizowany.

Fabryka firmy SNC ściśle integruje opracowanie produktu z zarządzaniem synergią łańcucha dostaw za pomocą cyfryzacji oraz metody Lean Manufacturing. W tym nowym zakładzie trzy obszary: cyfryzacji produktu, cyfryzacji produkcji oraz cyfryzacji wydajności, są połączone ze sobą w sieci. Wykorzystywana jest zunifikowana platforma cyfrowa, zunifikowana baza danych oraz zunifikowane metody symulacji i analizy. Dzięki temu, gdy występują jakieś problemy z produktem, informacje o nich mogą być przekazane do działu badawczo-rozwojowego (R&D). Wówczas specjaliści z tego działu mogą wprowadzić niezbędne poprawki i ulepszenia.

Li Lei powiedział, że nowa fabryka SNC uzyska niemal dwukrotnie większe moce produkcyjne, redukcję czasu wprowadzania produktu na rynek o 20%, wzrost efektywnego czasu pracy personelu o 20% oraz wzrost wskaźnika wykorzystania przestrzeni o 40%.


Stone Shi, redaktor naczelny Control Engineering China.