حلقه های مجازی واقعی

شرکت‌های رویایی از داده‌های عملیاتی و مدل‌های مجازی در "دوقلوهای دیجیتال" استفاده می کنند.

سازندگان در سرتاسر جهان در حال ساخت حسگرها و ارتباطات در دستگاه‌های خود هستند تا داده‌ها را در زمان واقعی جمع آوری کنند. پیشرفته‌ترین آنها این داده‌ها را به آنچه که تحلیلگران «دوقلوهای دیجیتال» می‌نامند، تغذیه می‌کنند، و حلقه‌های بازخورد بی‌درنگ بین دستگاه‌های در حال استفاده و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی مورد استفاده برای ایجاد آنها ایجاد می‌کنند. Compass به نحوه استفاده چهار شرکت از بینش برای بهبود تجربیات مشتریان خود نگاه می کند.

موتورهای دیزلی چهار زمانه که Wärtsilä مستقر در فنلاند طراحی و تولید می‌کند، نیرو را برای کشتی‌های باری اقیانوس پیما و کشتی‌های کروز در ۷۰ کشور تامین می‌کند. با طول عمر معمولی 25-30 سال، آنها از بزرگترین موتورهای جهان هستند. نسخه 2015 رکوردهای جهانی گینس همچنین موتورهای Wärtsilä را به عنوان کارآمدترین موتورهای جهان به رسمیت شناخت.

Wärtsilä چگونه این کار را انجام داده است؟ با شروع دهه 1970، Wärtsilä تشخیص داد که ساخت نمونه‌های اولیه فیزیکی از هر موتور غول‌پیکر برای شناسایی و حذف خطاها، پیشنهادی غیرممکن گران است. بنابراین، این شرکت در استفاده از مدل‌سازی و شبیه‌سازی پیچیده سه بعدی برای دستیابی به طرح‌های موتوری که «اولین بار درست» در زمان تولید بودند، پیشگام اولیه شد.

Juho Könnö، مدیر پلتفرم طراحی دیجیتال این شرکت گفت: «شبیه‌سازی در این تجارت بسیار طبیعی است. "نزدیک شدن و نزدیکتر شدن به واقعیت بسیار مهم است و وقتی این کار را انجام می‌دهید، محصول خود را بهتر درک می‌کنید و چیزهای مهمی که باید به آنها نگاه کنید واقعاً چه هستند."

امروزه، Wärtsilä مدل‌ها و شبیه‌سازی‌های خود را با داده‌های عملکرد واقعی از صدها حسگر نصب‌شده بر روی هر موتور جدید تغذیه می‌کند، و یک شبیه‌سازی «دوقلو دیجیتال» ایجاد می‌کند که شرایط عملیاتی واقعی و در حین کار را تکرار می‌کند.

هنگامی که از داده‌ها برای شبیه‌سازی سه‌بعدی دقیق علمی استفاده می‌شود، این داده‌ها به متخصصان Wärtsilä اجازه می‌دهد تا نحوه استفاده از یک موتور خاص را تجسم کنند و «چه می‌شد اگر؟» سناریوهایی در جستجوی فرصت هایی برای بهبود عملکرد بر اساس تجزیه و تحلیل، Wärtsilä می تواند تغییراتی را در تنظیمات و پارامترهای عملیاتی برای بهبود نحوه کار مالکان کشتی با موتورهای خود توصیه کند.

یا، Wärtsilä می‌تواند بهبودهای طراحی شناسایی شده را در طراحی‌های موتور آینده بگنجاند

Könnö گفت: "دریافت داده‌ها از موتورهای واقعی برای توسعه روش شبیه سازی بسیار مهم است." ما سعی می‌کنیم تا حد امکان از آن برای کالیبره کردن موتورهایمان استفاده کنیم. ما همچنین از آن برعکس استفاده می‌کنیم و از مدل‌های شبیه سازی استفاده می‌کنیم تا ببینیم چه چیزی و کجا باید روی موتور اندازه گیری کنیم. این یک همزیستی است.»

دوقلو دیجیتال: یک روند رو به رشد

در سرتاسر جهان، سایر شرکت‌های نوآور در تلاش هستند تا به نقاط شیرین مشابهی در صنایع خود دست یابند. این شرکت‌ها با ترکیب قدرت محاسباتی در حال گسترش سریع، ماشین‌آلات مجهز به حسگر و جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها در زمان واقعی از طریق اینترنت اشیا (IoT)، شبیه‌سازی‌های سه بعدی هوشمند را به سطوح جدیدی هدایت می‌کنند و فرآیندهای طراحی و ساخت، محیط‌های تولید و مشتریان را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشند.

نتایج تعامل

در نتیجه، گارتنر، موسسه مشاوره فناوری اطلاعات، "دوقلو دیجیتال" را به عنوان یکی از 10 روند برتر فناوری استراتژیک خود برای سال 2017 رتبه بندی کرد.

در حالی که بیشتر شرکت‌ها به سطح پیچیدگی Wärtsilä نرسیده‌اند، رهبران سایر صنایع نیز به دنبال مزایای ایجاد یک حلقه مجازی-واقعی از بازخورد مداوم و آزمایش هستند.

به عنوان مثال، در مسابقات اتومبیل رانی، Onroak Automotive، یک واحد طراحی و تولید گروه Everspeed فرانسه، در دومین سال از یک پروژه سه ساله برای بازنگری در نحوه ساخت اتومبیل، آموزش مکانیک ها و رانندگان، و مدیریت مسابقات در Le Mans، قدیمی‌ترین مسابقه استقامت اتومبیل‌های اسپرت جهان. مسابقه سالانه مستلزم آن است که یک وسیله نقلیه به مدت 24 ساعت به طور مستقیم حرکت کند و 12 حلقه از مسیری را که ترکیبی از جاده های عمومی بسته و یک مسیر مسابقه است کامل کند.

حتی مزایای کوچک نیز می تواند تفاوت بین برد و باخت را ایجاد کند، و Onroak Automotive معتقد است که قابلیت های دیجیتال دوقلوی آن به تیم هایش مزیت رقابتی می بخشد.

سباستین متز، مدیر سایت Le Mans برای Onroak Automotive گفت: «ما می توانیم از این سیستم جدید برای طراحی و تولید خودرو استفاده کنیم. ما همچنین می‌توانیم از آن به عنوان آموزش مکانیک پیت استاپ استفاده کنیم. شما می‌توانید بدانید که قطعات کجا قرار گرفته‌اند و چگونه همه آنها با هم قرار می‌گیرند و چه فضاهایی برای دستان شما وجود دارد و آیا می‌توانید به قطعات دسترسی پیدا کنید. شما می‌توانید مکانیک‌ها و رانندگان را آموزش دهید. این شگفت انگیز است که چه چیزی می توانید به دست آورید."

Onroak Automotive به ویژه در مورد استفاده از دوقلو خود برای مدیریت یک مسابقه واقعی هیجان زده است. در حال حاضر، Onroak Automotive دارای 10-15 نقطه داده روی هر خودرو است که می‌تواند به صورت بلادرنگ بر روی آنها نظارت کند، زیرا داده‌ها از طریق اینترنت اشیا به شبیه سازی 3 بعدی آن جریان می‌یابد. اما متز روزی را پیش‌بینی می‌کند که بتواند 500 نقطه داده را به مدل دیجیتالی وارد کند و به تیم بینش‌هایی بدهد که می‌تواند برای مدیریت بهتر مسابقه، کاهش هزینه و افزایش چشم‌انداز پیروزی از آن استفاده کند.

متز گفت: «در برخی مواقع، ما قادر خواهیم بود یک پیت استاپ (قبل از وقوع آن) را شبیه سازی کنیم. ما می‌توانیم به خدمه کمک کنیم تا نوع مناسب تایر را بسته به شرایط پیست انتخاب کنند. ما می‌توانیم شرایط آب و هوایی مختلف را شبیه سازی کنیم، خواه باران باشد یا خشک. ما می‌توانیم زندگی واقعی ماشین را در پیست شبیه سازی کنیم."

مانند Wärtsilä، Onroak Automotive به دنبال دستیابی به یک جریان دو طرفه اطلاعات بین ماشین واقعی و مجازی است، بینش‌هایی که او انتظار دارد 5 تا 8 درصد در مصرف سوخت صرفه جویی کند. متز گفت که حذف حتی یک پیت استاپ می‌تواند کلید پیروزی در یک مسابقه باشد. Onroak Automotive همچنین امیدوار است آنچه را که در پیست مسابقه می‌آموزد در ویژگی‌های سطح بالا برای وسایل نقلیه مصرف کننده به کار گیرد.

ساخت و بهره برداری از پالایشگاه دوقلو

از نظر اندازه بزرگ، یکی از بزرگترین عرضه‌های مفهومی دیجیتال دوقلو در جهان در منطقه ویژه اقتصادی پالو (SEZ) در جزیره سولاوسی اندونزی رخ می‌دهد، جایی که کنسرسیوم بین‌المللی از شرکت‌های انرژی در حال برنامه‌ریزی 9.8 میلیارد یورو (11.5 میلیارد دلار آمریکا) است. پالایشگاه یکپارچه نفت خام، ذخیره استراتژیک نفت و مجتمع فرآوری پتروشیمی پایین دست.

کنسرسیوم پالایشگاه GMA پالو (PGRC) در اواخر سپتامبر 2017 یک پروژه چهار ساله برای ساخت یک پالایشگاه جدید سبز را اعلام کرد که تا حدی از شبیه سازی داده‌های زنده‌ای که سنگاپور در نزدیکی سنگاپور برای کل ایالت شهر خود ایجاد می کند الهام گرفته شده است. این شبیه سازی که به عنوان سنگاپور مجازی شناخته می‌شود، به برنامه ریزان شهری اجازه می‌دهد تا همه چیز را از ترافیک، دفع زباله و کیفیت هوا گرفته تا قرار دادن ساختمان‌های جدید را تجسم، درک و بهینه کنند. مدل دیجیتال PGRC به بهینه سازی طراحی فیزیکی مجتمع و سپس ساده سازی ساخت آن، مدیریت توالی ساخت و ساز، هماهنگی پیمانکاران فرعی، حذف خطاها و کاهش ضایعات و دوباره کاری کمک می کند. محمد روسیدی، مدیر عامل و مدیر سرمایه گذاری و مالی PGRC، گفت که این اولین پالایشگاه یکپارچه است که با استفاده از یک نسخه مجازی کامل ساخته شده است. روسیدی گفت که فراتر از یک مدل سه بعدی، دوقلو دیجیتال PGRC به دو بعد دیگر مرتبط است؛ برنامه ریزی و مدیریت پروژه، به علاوه کنترل بودجه.

او گفت: «ما آن را 5 بعدی می نامیم. این پروژه در زمان مقرر تکمیل خواهد شد و ما با هیچ هزینه‌ای مواجه نخواهیم شد. به محض شروع عملیات، روسیدی گفت: «ما می‌توانیم یک پالایشگاه دیجیتال موازی راه اندازی کنیم. همه چیز را می‌توان در دوقلو دیجیتال آزمایش و شبیه سازی کرد. ما می‌توانیم به یک مشکل قبل از وقوع حمله کنیم.»

به عنوان مثال، مدل دیجیتال مدیران را در مورد تجهیزاتی که در حال فرسودگی هستند آگاه می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد قبل از خرابی آن را تعویض کنند و برای آموزش اپراتورها در مورد نحوه واکنش به آتش‌سوزی یا سایر موارد اضطراری استفاده می‌شود. او گفت: «مثل یک خلبان هواپیمایی است که در یک شبیه ساز تمرین می کند. "اگر آتشی در کابین خلبان رخ دهد، آنها می دانند چگونه با آن برخورد کنند."

روسیدی گفت که کنسرسیوم انتظار دارد که بینش‌های ارائه شده توسط دوقلو دیجیتال خود به PGRC اجازه دهد که این مجتمع را با 25 درصد کمتر از ساخت و ساز مبتنی بر نقشه، با پیشرفت های عملیاتی 15 تا 20 درصد در مقایسه با استانداردهای صنعت، بسازد.

مقاوم سازی فرآیندهای موجود

در حالی که پروژه‌های جدیدی مانند مجتمع پالایشگاه PGRC زندگی خود را به‌عنوان یک دوقلو دیجیتال آغاز می‌کنند، فرآیندهای توسعه و تولید پروژه‌ای که در دوره پیش دیجیتالی ایجاد شده‌اند، چالش دشواری را برای مقاوم‌سازی این مفهوم در فرآیندهای قدیمی وجود دارد. بخش توربین جنرال الکتریک دقیقاً با چنین چالشی دست و پنجه نرم می کند. به گفته جف ارنو، رئیس توسعه محصولات مجازی برای تولید برق جنرال الکتریک در گرین‌ویل، کارولینای جنوبی، محصولات آن - که برای تولید برق برای صنعت و تاسیسات استفاده می‌شود - شامل 60000 قطعه است.

از آنجایی که آنها در سرتاسر جهان در آب و هواها و ارتفاعات مختلف نصب می شوند، تنظیم دقیق هر توربین برای دستیابی به راندمان بهینه در شرایط خاص خود یک چالش مداوم است.

ارنو گفت: «ماشینی که بر بالای یک کوه بارانی کار می‌کند اجزای کاملاً متفاوتی با ماشینی دارد که در دره‌ای خشک کار می‌کند. "این طبیعت جانور است."

هر یک از عملکردهای مختلف بخش طراحی، مهندسی قطعات، مهندسی سیستم و ساخت، در میان سایر موارد  به طور سنتی بر روی چالش‌های نسبتاً محدود آن تیم تمرکز کرده‌اند، بدون اینکه دید کاملی در چشم انداز کلی وجود داشته باشد. در عوض، هر تابع در سیلوهای کامپیوتری تخصصی و جدا شده کار می‌کند و آنها را مجبور به انجام فرآیندهای متوالی می‌کند که با همکاری بلادرنگ در مورد مسائل مرتبط به هم تداخل می‌کند.

ارنو گفت: "هیچ کس در سه بعدی مجازی نمی‌بیند که محصول ما چه شکلی است." «ابزارهای (میراثی) از نظر تاریخی به خوبی از داده ها استفاده نمی کنند. سیستم‌های CAD و سیستم‌های شبیه‌سازی راه خوبی برای دیدن ظاهر آن به شما ارائه نمی‌دهند." به گفته ارنو، اولین وظیفه GE Power Generation، ایجاد یک «رشته دیجیتال» است، مجموعه واحدی از داده‌های ثابت و بی‌درنگ که هر تابع و بخش می‌تواند به آن دسترسی داشته باشد و با رخ دادن تغییرات در هر نقطه از زنجیره ارزش، به‌طور خودکار به‌روزرسانی می‌شود. او گفت که تبدیل آن رشته دیجیتال به یک دوقلو دیجیتالی قوی از یک توربین هسته، به هر تابع اجازه می دهد تا طراحی را برای کاربردها و شرایط عملیاتی مختلف بهینه کند.

ارنو گفت: "این چیزی است که ما سعی می‌کنیم از این فناوری استفاده کنیم برای مدیریت این پیکربندی‌های مختلف." "شما با مدیریت آنها به طور کاملا متفاوت تحت فشار نخواهید بود." او گفت که یک مدل اصلی واحد، توسعه توربین‌های خاص سایت را تسریع می‌کند و هزینه‌ها را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

در حالی که شرکت‌ها در صنایع و کشورهای مختلف در مراحل مختلف سفر به سوی درک مزایای دوقلوهای دیجیتال در فعالیت‌های خود هستند، Wärtsilä، Onroak Automotive، PGRC و GE Power Generation این فناوری را یک تغییر واقعی بازی می‌دانند؛ فناوری که می‌تواند مزایای بسیار زیادی را نسبت به رقبای بینا و متعهد کمتر ایجاد کند.

برای آشنایی با خدمات شرکت توسعه دانش هوادریای آسیا اینجا و در صورت داشتن سفارش همین حالا با ما تماس بگیرید.

منبع