От редакции сайт: В конце мая в Москве прошел форум Siemens PLM Connection, основными темами которого стали создание цифрового двойника, 3D-печать, Интернет вещей и повышение конкурентоспособности российских изделий.
Отметим, что термин digital twin в русскоязычных публикациях переводится и как «цифровой двойник», и как «цифровой близнец».
Зал с трудом вместил всех желающих
Пять шагов к построению цифрового предприятия
Современные технологии революционным образом меняют подходы к производству изделий. Компании укоряют свои процессы, повышают гибкость работы и эффективность, улучшают качество. В Siemens считают, что для этого недостаточно фокусироваться лишь на одном этапе производства. Необходимо принять во внимание всю цепочку, начиная с разработки продуктов и заканчивая их использованием.«После того, как вы создадите и оптимизируете эти процессы, их можно интегрировать, подключить своих поставщиков и получить единый целостный подход к построению своего бизнеса. Более того, это даст возможность создать цифровой двойник вашего предприятия, который позволит смоделировать его работу, чтобы заблаговременно выявлять узкие места, например, где образуются излишки или где намечаются задержки, - сказал Жан Лука Сакко, директор по маркетингу Siemens PLM Software в регионе EMEA. – Это звучит, как фантастика, однако уже сейчас вполне осуществимо. Достаточно сделать пять шагов, и цифровой двойник сможет помочь вашей компании».
Первый шаг – разработку изделия, Жан Лука Сакко проиллюстрировал на реальном примере одного из изделий, созданного самой компанией Siemens с максимальным повторным использованием его предыдущих поколений и с учетом последующей проверки без создания физического прототипа всех его свойств, включая нагрев, охлаждение и защиту от электромагнитных воздействий. «Наша особенность – разработка продуктов на основе системного подхода на базе наполненного информацией цифрового двойника изделия, который хранится в среде коллективной работы Teamcenter таким образом, чтобы все участники разработки имели к нему доступ», – сказал он.
Второй шаг – разработка технологии производства, подразумевает моделирование уже не самого изделия, а производственных операций. «С помощью системы Plant Simulation мы моделируем все производственные операции еще до создания рабочего места, чтобы заранее предусмотреть все трудности. Причем это касается не только одного рабочего места, но и всего завода в целом. Это позволит оптимизировать материальные потоки, энергопотребление и моделировать производственные процессы задолго до начала инвестиций в построение цеха», – сказал Жан Лука Сакко и представил пример, показывающий, как с помощью модели можно избежать опасного искривления позвоночника работника в ходе сборки.
Третий шаг – подготовка и запуск производства, связан с использованием еще одного цифрового двойника, на этот раз для техпроцессов и оборудования. По словам Жан Лука Сакко, Siemens – единственная компания в мире, которая может предложить интегрированный компьютерно-инженерный комплекс, позволяющий создать полный цифровой двойник, включающий все дисциплины, такие как механика, электрика и программное обеспечение, чтобы все протестировать до начала производства. Он подчеркнул важность интеграции всех компонентов такого двойника: «Ведь в жизни все взаимосвязано. Мы конструируем изделие, на этой основе разрабатываем процесс, а особенности техпроцесса накладывают требования к разработке изделия».
Четвертый шаг - производство изделия, также реализуется с помощью цифрового двойника. Ведь без него невозможно составить реальный график работы, чтобы, например, определить потери времени и оптимизировать производственные процессы. Традиционно это требовало большого количества бумажных инструкций, что было неэффективно и чревато ошибками, а цифровое моделирование дает возможность создать идеальный набор инструкций для производства и сборки изделия. Жан Лука Сакко объяснил, что такое решение является комплексным, оно охватывает все ресурсы предприятия, такие как люди, материалы, оснастка, станки, и с помощью цифрового двойника позволяет управлять производством. Электронная информация передается оператору в тот момент. когда она ему нужна. На рабочем месте он может использовать технологию расширенной реальности и лучше понять, что ему нужно сделать с поступившим заготовкой и тем самым минимизировать ошибки при сборке. Но даже если ошибки возникнут, сравнение реального изделия с его цифровым двойником позволит их устранить. «Такой подход убирает стены, которые всегда существовали между конструкторами и рабочими, и тем самым дает возможность значительно повысить качество продукции», - сказал Жан Лука Сакко.
Пятый этап – обслуживание, станет более эффективным, если воспользоваться решением, позволяющим собирать и анализировать информацию, которую генерирует изделие в ходе своей эксплуатации.
Для реализации этих пяти шагов Siemens предлагает комплект Digital Enterprise Software Suite, включающий системы Teamcenter, NX, Tecnomatix и другие, в котором учтены процессы производственных цепочек для разных отраслей. По словам Жан Лука Сакко, это решение показывает состояние продукта на всех этапах - от возникновения начальной идеи до использования потребителем, и все это в единой среде. При этом на каждом этапе люди пользуются наработками своих коллег, получая пользу за счет того, что имеют данные не только о текущем этапе, но и обо всех предшествующих и последующих.
Российские реалии
Такой передовой подход пригодится и российским компаниям, так как они находятся в том же тренде развития, что и вся мировая промышленность. «У нас те же самые проблемы, что и везде - нарастание сложности изделий. Это характерно не только для авиации и автопрома, но для всего машиностроения, – сказал Виктор Беспалов, вице-президент, генеральный менеджер Siemens PLM Software в РФ и СНГ. – К тому же появляются новые бизнес-модели, связанные с распространением передовых технологий, таких как Интернет вещей, аддитивное производство, человеко-машинные интерфейсы, большие данные».Несмотря на все трудности, наши компании создают сложные инновационные продукты, решая задачи, которые раньше не решались. В качестве примера Виктор Беспалов привел несколько разработок. Так, при создании нового транспортного самолета Ил-76, был построен цифровой макет и реализовано единое информационное пространство, охватывающее головную организацию – КБ им. Илюшина, и поставщиков.
При разработке нового тягача КамАЗ-5490 было проведено моделирование практически всех процессов сборки до начала производства, что соответствует концепции Siemens, а при создании нового двигателя ПД-14, который сейчас проходит испытания, был разработан его полный цифровой макет, применяемый не только на производстве, но в технологических службах.
При этом, подчеркнул Виктор Беспалов, российским предприятиям приходится решать немало проблем. Так, в связи с усложнением изделий перестают работать традиционные методы декомпозиции изделий. Поэтому на самых ранних этапах надо заниматься управлением требованиями и соблюдением сертификационных норм.
Внесение изменений на этапе разработки и на следующих этапах остается непростой задачей. Здесь помогает использование цифрового моделирования и различных методов расчета, тем не менее комплексность этой задачи говорит о том, что еще есть над чем работать. Существуют проблемы управления ресурсами, связанные с взаимодействием между PLM и ERP.
Виктор Беспалов: «Несмотря на все сложности, большинство наших российских заказчиков
планирует расширить использование продуктов Siemens PLM Software».
Есть и национальные проблемы. Наши компании работают не только локально, они выходят на глобальные рынки, так как иначе невозможно. Виктор Беспалов привел данные, полученные от одного российского авиахолднига и его зарубежных конкурентов, которые показывают, что наша компания тратит почти вдвое больше времени на доводку производства, чем они. По его мнению, это тревожный сигнал, говорящий о том, что западные компании гораздо быстрее выводят продукцию на рынок, и российским производителям необходимо постараться снизить эти потери.
Для этого наши компании должны использовать технологии, которые делают их конкурентоспособными. В связи с этим Виктор Беспалов считает, что нужно внимательно относиться к выбору технологий: «Я категорически не согласен с заявлениями некоторых российских разработчиков, появившимися в последнее время в связи с политикой импортозамещения, в которых делает упор на то, что российские PLM-системы на 80% удовлетворяют требования наших предприятий. А что делать с остальными 20%? Как наши отечественные компании смогут конкурировать в такой ситуации? Как бороться с глобальными игроками, которые уже оснащены современными технологиями?».
В качестве ответа на эти риторические вопросы Виктор Беспалов привел результаты опроса российских заказчиков, которые показывают. что несмотря на все сложности, большинство из них планируют расширить использование продуктов Siemens PLM Software.
Видимо в этом не последнюю роль при этом играет внимание, которое российский офис проявляет к требованиям заказчиков. Причем, сегодня речь уже идет не об оформлении чертежей, а о функциональных требованиях. На прошлой конференции упоминался учет требований ОКБ им. Сухого и АНТК им. Антонова в системе NX CAD.
Эта работа продолжается для других продуктов, в частности усилена интеграция системы ЧПУ Sinumetrik и NX CAM для объединения реального и виртуального миров, улучшена интеграция NX и Fibersim для авиационных программ, адаптирована система Product Cost Management к российским методологиям расчета стоимости, интегрированы системы Teamcenter и Test.Lab для сквозного процесса верификации требований.
Эта тема волнует российских пользователей. Так Майклу Ребруху, директору по разработке NX, была задан из зала вопрос о том, как можно донести до разработчиков NX свои проблемы и повлиять на разработку. На что он ответил, что компания продолжает сотрудничать с заказчиками в России, прислушиваясь к пожеланиям и их учитывая: «Нам важно понимать, как они работают, где испытывает сложности и тогда мы постараемся помочь». Со своей стороны Виктор Беспалов обещал, что сразу после форума продолжится работа с заказчиками над определениями требований и созданием плана их удовлетворения в следующих версиях продуктов.
Внимание уделяется и теме создания прототипа стандартного решения. «PLM - не дешевая технология, поэтому заказчики заинтересованы в быстром получении отдачи. В связи с этим в течение последних четырех лет наши усилия были сосредоточены на сокращении сроков внедрения», - сказал Виктор Беспалов.
Уже созданы специальные преднастроенные модели данных, шаблоны NX для поддержки ЕСХД, шаблоны для процессов управления изменениями, библиотеки по стандартным деталям, материалам, технологическим ресурсам и т.д., разработана методика быстрого запуска в эксплуатацию. По оценкам Siemens и данным от пилотных проектов, сроки внедрения удается сократить вдвое благодаря тому, что почти 80% работ охвачены стандартным решением, и лишь 20-30% приходится на учет специфики заказчика.
Кроме того, в ходе реализации индустриального подхода, объявленного несколько лет назад, Siemens продвигает в России набор отраслевых преднастроенных решений Catalyst, который включает лучшие практики и базовые процессы для разных отраслей, таких как кораблестроение, автомобилестроение, машиностроение, электроника, энергетика и т.д. По словам Виктора Беспалова, эти решения позволяют внедрить новые решения в существующие процессы таким образом, чтобы сократить разрыв между передовыми технологиями и тем, что реально использует предприятие.
Выступления российских заказчиков показали, каким образом у нас реализуются перечисленные технологии Siemens. Так, Василий Скворчук, начальник департамента ИТ ООО «Уральские локомотивы», рассказал о том, что при запуске нового производства электропоездов «Ласточка» было решено создать на предприятии комплексную систему автоматизации, включающую Teamcenter, NX CAD/CAM/CAE от Siemens, российско-белорусскую ERP-систему Омега (российско-белорусская) и «1C:Управление производственным предприятием».
Василий Скворчук: «Сейчас в интегрированной корпоративной системе работает порядка 1100 человек»
ООО «Уральские локомотивы» - совместное предприятия с Siemens, было создано в 2010 г. «С этого момента на нашем заводе началось бурное развитие информационных технологий», - сказал Василий Скворчук и добавил, что сейчас в интегрированной корпоративной системе работает порядка 1100 человек, а руководство может наблюдать за ходом работы на панели руководителя, на которую поступает вся основная информация. Благодаря этой систем все подразделения имеют доступ к единому источнику актуальной информации, необходимой для выпуска высококачественного оборудования для «Ласточки».
В планах предприятия – применение трехмерных электронного макета изделия для деталей, обрабатываемых на станке с ЧПУ. Уже проведен пилотный проект.
Переход на электронный макет изделия идет и на Улан-Удэнском авиационном заводе, который разрабатывает и производит вертолеты Ми-8. ИТ-директор завода Максим Лобанов рассказал о двух проектах по организации цифрового процесса технологической подготовки производства по подлиннику конструкторской документации в виде электронного макета.
Сначала для новой модели вертолета был реализован проект «Концевая балка», в ходе которого была создана оснастка и сама балка, а затем проект «Грузовой пол», изготовленный полностью по безбумажной технологии. В рамках этого проекта был отработан процесс сборки оснастки, что позволило повысить точность сборки и сократить сроки.
По словам Максима Лобанова, в связи с переходом на безбумажные технологии появилась необходимость интеграции PLM-системы Teamcenter с применяемой на заводе системой планирования, а также создания современной информационной системы для доведение цифрового макета до каждого рабочего места.
Зарубежные примеры
С точки зрения глобальной конкуренции интересно посмотреть, как развивается переход на цифровые технологии на зарубежных предприятиях. Например, компания Konecranes, занятая производством и обслуживанием кранов и другого подъемного оборудования, начала путь по гармонизации подхода к цифровизации в 2008 г.«Производство и обслуживание - интересная комбинация, чтобы получать максимальный эффект, нужно эти элементы свести воедино. У нас на обслуживании около полумиллиона единиц оборудования и здесь очень важна цифровизация», – объяснил Матти Лето, директор по Product & Engineering Process компании Konecranes.
По его словам, сначала было выполнено определение процессов, а потом начался поиск решения для обеспечения этих процессов таким образом, чтобы системы продолжали работать и в будущем в течение многих лет. Был составлен список платформ, включая ERP, CRM и т.д, но самой важной с точки зрения долгосрочной устойчивости компания считает систему PLM, так как в нее закладывается информация о продукции. Выбор пал на Teamcenter.
На данный момент часть систем внедрены, остальные внедряются. А Konecranes тем временем переходит на следующий уровень цифровизации за счет применения технологии Интернета вещей для автоматизации обслуживания оборудования и оптимизации других процессов. Для этого создан портал, предназначенный для обмена информацией между компанией, партнерами и заказчиками.
Проект Интернета вещей в Konecranes успешно стартовал. К сети подключено более 10 тыс. единиц оборудования. «PLM-система существенно повышает ценность Интернета вещей, т.к. данные об изделии вместе с данными мониторинга оборудования позволяют быстро принимать обоснованные решения, – поделился опытом Матти Лето. - Мы считаем, что Интернет вещей - это новая модель для бизнеса, за которой будущее».
Цифровой двойник как основа будущего производства
Происходящая сейчас промышленная революция трансформирует бизнес, ставит непростые задачи перед предприятиями. Меняются процессы разработки, например, за счет применения краудсорсинга и систем-ориентированного подхода к проектированию, а в области производства перемены происходят за счет применения аддитивного производства, современных робототехнических систем и интеллектуальных средств автоматизации.«Создание цифрового двойника для управления жизненным циклом всей системы производства позволяет предприятиям выйти на новый уровень инноваций», – заявил Роберт Мешел, старший директор Siemens PLM Software по стратегии Manufacturing Engineering Software, и рассказал, что действуя в этом направлении, компания развивается направления производственного инжиниринга и цифрового производства. «Несколько новинок, над которыми мы сейчас работаем, позволяют устранить разрыв между проектированием и производством», - сказал Роберт Мешел.
Кроме того, все более активно используются роботы, которые сейчас стали гораздо более гибкими, чем раньше. 3D-печать, которая еще недавно считалась пригодной только для прототипирования, начинает применяться в реальном производстве. В качестве доказательства Роберт Мешел привел конкретные примеры из отраслей авиационно-космической, судостроения, машиностроения и автомобилестроения, которые показывают что это дает радикальное ускорение: «Мы обновляем свои продукты, чтобы предоставить заказчикам возможность использовать эту технологию».
Еще одной многообещающим передовым подходом является виртуальная пуско-наладка с использованием интегрированного программно-аппаратных комплекса. По мнению Роберта Мешела, все это указывает на то, что основу будущего производства составит моделирование реальности, а важной предпосылкой для этого является цифровой двойник - модель с высокой степенью детализации.
Немаловажно и то что использование цифрового двойника позволяет интегрировать расчеты и натурные испытания, а также модели и данные. По словам Вутера Дехандшуттера, технического директора по продукту, Siemens PLM Software, здесь задача состоит в том, чтобы максимально использовать информацию, создаваемую на разных этапах и увязывать ее между собой, но сейчас есть ряд этапов, на которых инженерная информация производится изолировано.
Вутер Дехандшуттер: «Использование цифрового двойника позволяет интегрировать расчеты и натурные испытания»
Он показал, что эту проблему можно решить с помощью цифрового двойника, анализируя продукт на самых ранних этапах посредством виртуальных испытаний, управляя этим двойником и повышая уровень его детализации и точности, чтобы на натурных испытаниях сосредоточиться именно на удовлетворении требований, а не на поиске решений.
В качестве примера Вутер Дехандшуттер привел корпорацию «Иркут», которая применила такой подход при проектировании самолета МС-21, использовав для расчета поведения системы продукты LMS Imagin.Lab и LMS Amesim. При этом моделировались не только отдельные части, но общее взаимодействие систем, что позволило еще на этапе проектирования проверять, как поведет себя целый самолет и, по данным «Иркут» в пять раз сократить создание самых сложных моделей по сравнению с применявшимся раньше решением.
Что нового в NX 11
Продвигая концепцию цифрового двойника, Siemens не забывает о своих базовых продуктах. Майкл Ребрух, директор по разработке NX, Siemens PLM Software, представил некоторые новинки, которые появятся в августе в версии NX 11, и в ноябре в NX 11.01.Впрочем, одна новинка уже доступна. Это бесплатное мобильное приложение Catchbook, предназначенное для разработки. «Рисуя от руки эскиз на планшете, результат которого конвертируется в геометрию, мы можем добавлять размеры и управлять позиционированием эскизов. Также можно сделать фотографию с помощью мобильника и посредством этой системы исследовать возможности данного проекта», – объяснил Майкл Ребрух.
Майкл Ребрух рассказывает о новинках версии NX 11
Вместе с NX 11 выйдет новый продукт Converging Model, который позволяет в одной модели комбинировать точную геометрию и клеточное представление на основе граней. По словам Майкла Ребруха, клиенты, которые уже с ним познакомились, говорят, он изменил подход к работе, так эту модель можно использовать при проектировании, проведении испытаний и использовании новых методов, таких как 3D-печать и гибридное производство.
В состав NX 11 также войдет новое решение Lightworks Iray+ на базе технологии Iray компании Nvidia, которое предназначено для построения фотореалистичных изображений и включает библиотеку материалов и сцен.
Кроме того, в NX 11 появится возможность сканировать и загружать в систему огромные облака точек и взаимодействовать с ними так же как в реальном мире, чтобы выполнять проектирование в контексте физического окружения.
В NX 11.01 будет реализована новая технология оптимизации топологии, предназначенная для создания поверхностей сложной формы, оптимизации формы, массы, используемых материалов, размеров и топологии конструкций с сохранением функционирования детали. Предполагается, что это позволит улучшить взаимодействие с аддитивным производством. -->
Совсем недавно Герман Греф, президент Сбербанка, сказал, что через 5 лет искусственный интеллект заменит многих людей: 80% решений будут принимать машины, и это приведет к тому, что работы лишатся десятки тысяч людей.
Эксперт по машинному обучению и искусственному интеллекту Педро Домингос идет еще дальше: он предполагает, что люди обзаведутся компьютерной психологической моделью своей личности. Какой она будет?
Секс, ложь и машинное обучение
Цифровое будущее начинается с осознания факта: взаимодействуя с компьютером - будь то ваш собственный смартфон или удаленный за тысячи километров сервер, - вы каждый раз делаете это на двух уровнях. Первый - желание немедленно получить то, что вам нужно: ответ на вопрос, желаемый товар, новую кредитную карточку. На втором уровне, стратегическом и самом важном, вы рассказываете компьютеру о себе.
Чем больше вы его учите, тем лучше он будет вам служить или манипулировать вами.
Какую модель вашей личности вы хотите предложить компьютеру? Какие данные можно ему дать, чтобы он построил эту модель? Эти вопросы надо держать в уме всякий раз, когда вы взаимодействуете с алгоритмом машинного обучения - точно так же как при общении с людьми.
Цифровое зеркало
Подумайте обо всех своих данных, которые записаны во всех компьютерах мира. Это электронные письма, документы MS Office, тексты, твиты, аккаунты на Facebook и LinkedIn, история поиска в интернете, клики, скачанные файлы и заказы, кредитная история, налоги, телефон и медицинская карта, информация о вождении, записанная в бортовом компьютере вашего автомобиля, карта перемещений, зарегистрированная вашим мобильным телефоном, все фотографии, которые вы когда-либо делали, короткие появления в записях камер слежения.
Если бы у будущего биографа был доступ только к этому «выхлопу данных» и ни к чему больше, какая бы картина у него сложилась? Вероятно, довольно точная.
Представьте, что вы взяли все свои данные и отдали их настоящему Верховному алгоритму будущего, в котором уже есть знание о человеческой жизни, которому мы можем его научить. Он создаст вашу модель, и вы сможете носить ее на флешке в кармане. Безусловно, это будет прекрасный инструмент самоанализа - как посмотреть на себя в зеркало. Но зеркало было бы цифровое и показывало бы не только вашу внешность, но и все, что можно узнать, наблюдая за вами. Зеркало могло бы ожить и поговорить.
Польза цифрового двойника
Что бы вы захотели сделать, какие задания поручить своей цифровой половинке? Вероятно, первое, что вы захотели бы от своей модели, - поручить ей договариваться с миром от вашего имени: выпустить ее в киберпространство, чтобы она искала для вас всякую всячину.
Из всех книг в мире она порекомендует десяток, которые вы захотите прочитать в первую очередь, и советы будут такими глубокими, что Amazon и не снились. То же произойдет с фильмами, музыкой, играми, одеждой, электроникой, чем угодно. Разумеется, ваш холодильник будет всегда полон. Модель станет фильтровать вашу электронную и голосовую почту, новости на Facebook и обновления на Twitter, а когда это уместно, отвечать вместо вас.
Она позаботится обо всех надоедливых мелочах современной жизни, например о проверке счетов по кредитке, об обжаловании неправильных транзакций, о планировании расписания, обновлении подписок и заполнении налоговой отчетности. Она подберет вам лекарство, сверится с лечащим врачом и закажет его в интернет-магазине.
Модель подскажет, кто вам понравится. А после того, как вы познакомитесь и понравитесь друг другу, ваша модель объединится с моделью вашей избранницы и выберет рестораны, которые вам обоим могут понравиться. И здесь становится по-настоящему интересно.
Общество моделей
В очень быстро надвигающемся будущем вы окажетесь не единственным человеком с «цифровой половинкой», которая круглые сутки исполняет ваши поручения. Подобная модель личности появится у каждого, и модели будут все время общаться друг с другом.
Если вы ищете работу, а компания X - сотрудников, то ее модель будет проводить собеседование с вашей. Их «разговор» во многом напомнит настоящий, «живой», - ваша модель будет хорошо проинструктирована, например, она не станет выдавать о вас негативную информацию, - однако весь процесс займет всего долю секунды.
В мире Верховного алгоритма «мои люди свяжутся с вашими» превратится в «моя программа свяжется с вашей программой». У каждого человека будет свита ботов, призванная сделать более легким и приятным его путь по миру. Сделки, переговоры, встречи - все это будет организовано, не успеете вы шевельнуть пальцем.
Ваша цифровая половинка окажется похожа на гидроусилитель руля: жизнь пойдет туда, куда хотите, но с меньшими усилиями с вашей стороны.
Это не значит, что вы окажетесь в «фильтрующем пузыре» и станете видеть только то, что вам гарантированно понравится, без каких-то неожиданностей. Цифровая личность окажется гораздо умнее, у нее будет инструкция оставлять место для шанса, давать вам соприкасаться с новым опытом, искать счастливые случайности.
По мере совершенствования моделей взаимодействие будет все более похожим на то, что сложилось бы в реальном мире, однако происходить оно будет in silico и в миллион раз быстрее. Киберпространство завтрашнего дня превратится в очень обширный параллельный мир, который станет выбирать все самое перспективное, чтобы испробовать в реальности. Это будет похоже на новое, глобальное подсознание, коллективный «Ид» человечества, или «Оно».
Сегодняшний мир примечателен тем, что теории разума начали появляться и у компьютеров. Пока эти теории все еще примитивны, но они быстро развиваются, и нам придется с ними работать не меньше, чем с другими людьми, чтобы получить желаемое.
По материалам книги «Верховный алгоритм»
Есть способ лучше. Выявление путей повышения эффективности процессов конструкторско-технологического проектирования
Аарон Френкель, Ян Ларссен
Производство изделия — несомненно, наиболее важная часть из всех процессов жизненного цикла. На этом этапе идеи превращаются в реальность. Более того, без скоординированных процессов проектирования и изготовления, гарантирующих успешную сборку изделия в цехе, идеи так и останутся всего лишь красивыми чертежами либо не будут реализованы в полной мере. Многие годы способы конструирования и разработки технологических процессов оставались неизменными, сохраняя все традиционные недостатки, приводящие к росту себестоимости и сроков. Учитывая, что сегодня инновации стали жизненно необходимыми для выживания машиностроительных предприятий, компания Siemens PLM Software про-анализировала процессы подготовки производства c целью выявления путей их дальнейшей оптимизации. В настоящей статье Аарон Френкель (Aaron Frankel), старший директор по маркетингу решений для машиностроения, и Ян Ларссен (Jan Larsson), старший директор по маркетингу в Европе, на Ближнем Востоке и в Африке компании Siemens PLM Software, обсуждают, какие источники неэффективности необходимо устранить, чтобы внедрить концепцию «цифрового двойника изделия», и как это повлияет на способы выпуска изделий.
Прекрасная симфония
Если вы окажетесь на современном предприятии, то увидите потрясающую симфонию труда людей, роботов и станков, движения материалов и деталей — и все это делается с точностью до секунды, чтобы не отстать от графика. Картина получается просто фантастическая.
Но за кулисами мы увидим устаревшие процессы конструкторско-техноло-гичес-кой подготовки производства. Мы не собираемся кого-либо критиковать. Разработка конструкции изделия — само по себе немалое достижение. Проектирование может оказаться очень сложной задачей. В некоторых случаях изделие состоит из миллионов деталей, а над его созданием трудятся тысячи сотрудников и партнеров, причем нередко по всему миру. Более того, в таких важнейших отраслях, как электронная промышленность (более быстрые процессоры, миниатюризация), автомобилестроение (вопросы экологичности и снижения выбросов) и авиационно-космическая отрасль (экологичность и внедрение композитных материалов), наблюдается постоянное стремление к оптимизации и ускорению процессов создания новых изделий. С учетом высокой сложности решаемых задач вполне понятно нежелание отходить от проверенных на практике процессов подготовки производства. Однако при этом наши заказчики сообщают об общих для всех проблемах при проектировании и изготовлении продукции, которые в ряде случаев приводят к дорогостоящим задержкам.
Общие проблемы
Одна из наиболее серьезных трудностей, которую мы наблюдаем, заключается в том, что конструкторы и технологи применяют различные системы. На практике это приводит к тому, что конструкторы передают свои разработки технологам, которые пытаются создавать технологические процессы в компьютерных системах, к которым они привыкли. При таком сценарии — а он встречается очень часто — происходит рассинхронизация информации, что затрудняет контроль над ситуацией. Кроме того, возрастает вероятность возникновения ошибок.
Проблемы регулярно возникают и в ходе разработки цеховых планировок. Их причина состоит в том, что планировки обычно создаются в виде двумерных поэтажных планов и бумажных чертежей. Это длительный и трудоемкий процесс. Двумерные чертежи — важная составляющая процесса, но у них нет нужной гибкости. Нередко случается, что перестановка оборудования в цехе не фиксируется на чертеже. Проблема особенно обостряется при работе на быстро изменяющихся рынках (например, бытовой электроники), когда требуется постоянное расширение и модернизация производственных систем. Почему? Потому, что у двумерных планировок отсутствуют интеллектуальность и ассоциативность. Они не позволяют технологам узнать, что именно происходит в цехах, и быстро принять умные решения.
После создания планировки разрабатывается технологический маршрут. Как правило, затем он проходит этап контроля. Здесь лежит еще одно существенное препятствие росту эффективности. Технологам, чтобы оценить характеристики оборудования, обычно приходится ждать, пока оно не будет установлено. При этом если характеристики оказываются ниже ожидаемых, то разрабатывать альтернативную технологию бывает уже поздно. Наш опыт показывает, что такая ситуация приводит к значительным задержкам.
Наконец, заказчики сообщают о еще двух проблемах, возникающих в конце цикла подготовки производства. Это оценка производительности отдельных операций и всего технологического процесса в целом.
Из-за высокой сложности современного производства и нередкого отсутствия координации между различными системами технологического проектирования выявить, какие именно операции или производственные участки вызывают задержки работы всей линии, оказывается непросто. А когда дело доходит до собственно изготовления изделия, заказчики сообщают, что оценить производительность и степень соответствия реальных процессов запланированным, как правило, крайне сложно. И снова проблема заключается в высокой сложности, а также в отсутствии обратной связи между производством, конструкторами и технологами.
Цифровой двойник
Цифровой двойник представляет собой виртуальную копию реального объекта, которая ведет себя так же, как реальный объект. Не углубляясь здесь в технические подробности наших продуктов, достаточно сказать, что наши средства управления жизненным циклом изделия (PLM) обеспечивают создание полноценной цифровой платформы. Она поддерживает применение цифровых двойников, точно моделирующих сквозные процессы проектирования и изготовления изделий.
Что же все это означает на практике? Давайте еще раз посмотрим на вышеперечисленные этапы и покажем основные возможности, предоставляемые новым подходом.
Конструирование
В системе NX (и других CAD-системах) создается модель изделия, передаваемая в Teamcenter в 3D-формате JT. За считаные секунды приложение создает тысячи различных виртуальных исполнений изделия, точно соответствующих реальной продукции. При этом для выявления потенциальных проблем применяются технологии обработки больших данных, конструкторско-технологическая информация (PMI), содержащаяся в моделях (допуски, посадки, связи между деталями и узлами), а также базовое описание технологического процесса. Этот подход уже был проверен на практике при создании выпускаемых нашей компанией электронных изделий. Например, мы смогли сразу установить, что резьбовые отверстия на разъеме видеовыхода неточно совпадают с отверстиями под винты на печатной плате. Если бы ошибка осталась незамеченной, это привело бы к гарантийным претензиям от заказчиков: разъем мог бы отделиться от печатной платы. Выявление ошибок в конструкции на ранних этапах существенно экономит время и деньги — как при разработке технологии, так и в ходе производства.
Проектирование технологических процессов
Цифровой двойник позволяет улучшить совместную работу конструкторов и технологов, оптимизировать выбор места и технологии изготовления, а также выделение необходимых ресурсов. Рассмотрим пример внесения изменений в процесс сборки. Используя наши программные средства, инженеры-технологи на основе новой конструкторской спецификации добавляют новые операции в рабочую 3D-модель технологического процесса. Можно моделировать любую производственную систему, находясь при этом в любой точке земного шара: скажем, технологи в Париже подготавливают производство на заводе в Рио. Обладая информацией времени на каждую добавленную операцию, технологи проверяют, соответствует ли новый технологический маршрут заданным показателям производительности. Если это не так, то технологические операции заменяются или переставляются. Затем снова выполняется численное моделирование, пока выбранный технологический маршрут не будет удовлетворять требованиям. К новому технологическому процессу немедленно получают доступ все разработчики, чтобы его утвердить. Если выявляются какие-либо проблемы, то конструкторы и технологи вместе работают над их устранением.
Цеховые планировки
При работе над планировками мы рекомендуем создавать цифровой двойник, содержащий механическое оборудование, системы автоматизации и ресурсы, причем четко связанные со всей «экосистемой» конструкторско-технологической подготовки производства. При помощи набора PLM-инструментов технологические операции можно менять местами путем перетаскивания. Столь же легко выполняется размещение оборудования и персонала на производственной линии и моделирование ее работы. Это очень простой, но в то же время исключительно эффективный способ создания и редактирования технологичес-ких процессов. При внесении изменений в конструкцию, требующих применения нового промышленного робота, специалис-ты по численному моделированию проверяют, например, возможно ли установить робот таких габаритов, не задев конвейер. Разработчик цеховых планировок вносит необходимые поправки и подготавливает извещение об изменениях, на основании которого отдел закупок закупает новое оборудование. Такой анализ последствий вносимых изменений позволяет избежать ошибок и, при необходимости, сразу уведомлять поставщиков.
Контроль технологических проектных решений
На этапе контроля цифровой двойник применяется для виртуальной проверки процесса сборки. Виртуальное моделирование и количественный анализ позволяют оценить все факторы, связанные с ручным трудом на сборке, и выявить такие проблемы, как неудобная поза рабочего. Это дает возможность избежать утомления и получения производственных травм. На основе результатов моделирования создаются учебные видеоролики и инструкции.
Оптимизация производительности
Цифровой двойник применяется для статистического моделирования и оценки проектируемой технологической системы. С его помощью легко установить, что следует применять — ручной труд, роботов или комбинацию роботов и рабочих. Можно выполнить численное моделирование всех процессов — вплоть до энергопотребления отдельного станка, чтобы максимально оптимизировать технологию. Анализ показывает, сколько деталей изготавливается на каждой операции. Это гарантирует, что производительность реальной производственной линии будет соответствовать заданной.
и реальным мирами. Это позволяет сравнить конструкторский проект с реально изготовленным
изделием. На рисунке показано, как технологии работы с большими данными применяются
для сбора текущей информации по качеству продукции, которая передается для анализа
в хранящийся в системе Teamcenter цифровой двойник
Изготовление изделия
Цифровой двойник обеспечивает обратную связь между реальным и виртуальным миром, что позволяет оптимизировать процессы изготовления изделий. Технологические инструкции передаются прямо в цех, где операторы оборудования получают их вместе с видеороликами. Операторы передают конструкторам производственные данные (например, сведения о наличии зазора между двумя крепящими панель винтами), а другие автоматизированные системы собирают сведения о производительности. Затем происходит сравнение конструкторского проекта и реально изготовленного изделия, при этом отклонения выявляются и устраняются.
Новые подходы к работе
Применение цифрового двойника, являющегося точной копией реального изделия, помогает быстро выявить потенциальные проблемы, ускоряет подготовку производства и сокращает себестоимость. Кроме того, наличие цифрового двойника гарантирует возможность изготовления, спроектированного конструкторами изделия; все технологические процессы поддерживаются в актуальном и синхронизированном состоянии; разработанные технологии оказываются работоспособными, а производство функционирует точно по плану. Цифровой двойник позволяет проверить, как можно встроить новые технологии в существующие производственные линии. Это устраняет риски, возникающие при закупке и монтаже оборудования.
Машиностроение — одна из самых передовых отраслей мировой промышленности, где уже давно применяются проверенные на практике, но устаревшие подходы к технологической подготовке производства. Пришло время привнести дух инноваций, открывающий путь к успеху при разработке и изготовлении изделий. Пора попробовать что-то новое!
23 июня 2017 г. Создание трехмерного Цифрового двойника (Digital Twin) включено в перечень стандартного функционала Winnum® - платформы для промышленного Интернета вещей. Теперь в Winnum® создание трехмерных Цифровых двойников также просто, как и подключение датчиков.
«Цифровой двойник» — компьютерное представление конкретного физического изделия, группы изделий, механического или технологического процесса, которое полностью повторяет все то, что делает его физический прообраз, начиная от движений и кинематики, и заканчивая представлением его физической среды и текущих условий эксплуатации, включая движение жидкости и газа. Цифровой двойник выступает посредником между физическим изделием и важной информацией о нем, например, данными по эксплуатации или обслуживанию. Теперь с помощью Winnum для любых производственных систем реализуются полноценная обратная связь на основе сбора данных из реального мира и передачи этих данных в цифровой мир.
Что такое трехмерный Цифровой двойник?
Трехмерный Цифровой двойник — это компьютерное 3D представление конкретного физического изделия, группы изделий, механического или технологического процесса, который включает не только трехмерную геометрию, технические характеристики и текущие параметры работы, но и другую важную информацию - окружающую среду и условия эксплуатации, техническое состояние и наработку, взаимодействие с другими объектами, данные предиктивной аналитики, в том числе, по прогнозированию отказов и сбоев. Цифровой двойник может быть, как упрощенным, так и очень детальным и отражать широкий спектр самых разных характеристик как самого изделия, так и технологических и производственных процессов.
Наличие трехмерного Цифрового двойника помогает организовать связь изделия с подключенными к нему объектами, программным обеспечением, отвечающим за управление изделием, контроль рабочего состояния и процесса эксплуатации и т.д. Трехмерный Цифровой двойник представляет особую ценность, когда он наиболее точно отображает реальное состояние и рабочие характеристики своего физического прообраза. Какими бы точными, детальными и проработанными не были действия на этапах проектирования, моделирования и подготовки производства, в реальной жизни, как правило, процессы протекают немного иначе и именно Цифровой двойник способен выступить тем самым мостиком к необходимой информации о реальной эксплуатации изделий. Данную информацию можно использовать по-разному, например, на оценки узких мест, возможностей для улучшений и изменений, подтверждения целесообразности изменений и т.д. Кроме того, поскольку Цифровой двойник — это трехмерный объект, его работа с ним для человека гораздо понятнее, чем работа с любыми таблицами или графиками. Трехмерный Цифровой двойник позволяет заглянуть внутрь реального физического объекта непосредственно во время работы без необходимости остановки оборудования и открытия панелей, которые закрывают доступ к узлам, требующим проверки.
Уникальный функционал Winnum позволяет нашим заказчикам создавать трехмерные цифровые двойники и управлять ими, соединяя информацию, которая поступает от физических объектов и реальных процессов, с информацией, которая создается в различных системах автоматизированного проектирования (САПР). Winnum поддерживает загрузку трехмерных моделей САПР в нейтральных форматах, таких как STL, VRML и OBJ, для Blender и Collada доступна прямая загрузка. Наличие уже готовых трехмерных библиотек роботов, оборудования, датчиков и других геометрических объектов еще больше ускоряет и упрощает процесс создания Цифровых двойников даже для тех компаний, которые не могут похвастаться наличием полностью оцифрованных изделий в трехмерном виде.
Трехмерные сцены и умные Цифровые двойники (Smart Digital Twin)
Каждый Цифровой двойник соответствует одному конкретному экземпляру изделия. То есть, если компании использует 100 единиц оборудования или выпускает сотни тысяч изделий, то для каждого экземпляра оборудования/изделия существует свой Цифровой двойник. Уникальные возможности Winnum по работе с большими данными (Big Data) помогают работать с таким количеством цифровых двойников для решения повседневных задач и обеспечивают высокую производительность системы независимо от их количества.
Трехмерные сцены используются для объединения Цифровых двойников и получения представления об их общих эксплуатационных характеристиках и показателях, общих отклонениях с учетом среды эксплуатации и т.д. Трехмерные сцены в Winnum - это не просто трехмерная обстановка, как это принято в системах автоматизированного проектирования. Трехмерные сцены в Winnum - это возможность создания полноценного трехмерного мира с широким инструментарием по работе с источниками света (включая Raytracing, зеркальные виды, туман, интенсивность, прозрачность), текстурами (включая динамические текстуры с видео потоком), пользовательскими камерами и механизмами взаимодействия с трехмерными объектами (выбор объекта, нажатие на объект, передача управляющего действия).
Все действия трехмерной сцены и весь инструментарий по работе с трехмерным Цифровым двойником доступен исключительно в Веб браузере.
О компании Signum
Signum (СИГНУМ) - глобальный поставщик решений для промышленного Интернета вещей (IIoT). Решения компании помогают трансформировать процессы создания, эксплуатации и обслуживания изделий при помощи технологий промышленного Интернета вещей (IIоT). Платформа нового поколения Winnum™ предоставляет компаниям инструменты, необходимые для сбора, анализа и получения дополнительной прибыли за счет больших объемов данных, создаваемых подключенными к вычислительной сети контроллеров, датчиков, сенсоров, изделий и систем.
Интерес к теме дигитализации производства проявляет все больше предприятий. В этом смогли убедиться организаторы региональной научно-технической конференции «Дигитализация производственных процессов. Применение промышленного программного обеспечения для построения цифровых предприятий», которая прошла недавно в Самаре.
Ее инициатором стала группа компаний «СМС-Автоматизация», известная как универсальный интегратор, специализирующийся на создании и поддержке систем промышленной автоматизации, совместно с департаментом «Цифровое производство» фирмы «Сименс» - одного из самых больших мировых концернов в области автоматизации и электротехнической продукции, с которой самарских разработчиков связывает более двух десятков лет плодотворного сотрудничества.
Форум производственников и разработчиков информационных систем поддержало и министерство промышленности и технологий Самарской области. Его специалисты неоднократно отмечали успехи группы компаний в сфере промышленной автоматизации и построения крупных информационных систем.
Представителей промышленных предприятий Самарской области познакомили с концептуальными основами и конкретными инструментами для построения эффективного цифрового производства. Промышленная автоматизация - только часть дигитализации, или цифровизации, как ее еще называют. Дигитализация - это автоматизация процессов на всем жизненном цикле изделия, оборудования, предприятия. В нее вписываются и проект, и его функционирование, и модернизация.
Большой интерес участников конференции вызвал доклад председателя совета директоров Группы компаний «СМС-Автоматизация» Андрея Сидорова «Индустриальное программное обеспечение как инструмент дигитализации». «Мы стоим на пороге интеллектуализации систем управления, - отметил Андрей Сидоров (на нижнем фото). - Сейчас производители оборудования на Западе меняют модель производства. У оборудования начинает появляться цифровой двойник. Изменение модели бизнеса приведет к тому, что существенным фактором при выборе поставщика будет наличие цифрового двойника».
Цифровизация - это в том числе и отработка ситуаций на виртуальных цифровых моделях, которая позволяет экономить гигантские средства. «Сименс» уже сейчас на своей площадке по дигитализации, не дожидаясь поступления станка для производства деталей, получив его виртуальный образ, подключает к нему виртуальных же роботов и начинает отладку технологических процессов, не теряя времени.
Поднимаемые экспертами темы, связанные с применением конкретных инструментов цифрового производства, были с интересом восприняты участниками конференции, вызвали немало вопросов и дискуссий. Помимо докладов, внимание гостей конференции привлекли демостенды с практическими примерами воплощения принципов дигитализации в реалии АСУТП промышленных предприятий России. Отдельное внимание на конференции было уделено вопросам информационной безопасности современных систем автоматизации. Знакомство с актуальными тенденциями развития предприятий в рамках концепции «Индустрия 4.0», по мнению экспертов, может стать дополнительным инструментом в процессе повышения конкурентоспособности в эпоху «Индустрии 4.0».