Есть способ лучше. Выявление путей повышения эффективности процессов конструкторско-технологического проектирования. Как будет выглядеть ваш цифровой двойник Зачем нужны «цифровые близнецы»
IBM внедрит в порту Роттердам новейшие облачные технологии и интернет вещей.
В ближайшее время порт Роттердам ожидает новый рекорд: он станет не только самым крупным европейским портом по грузообороту, но и самым умным портом в мире. И в этом ему поможет IBM.
Совместные усилия будут направлены в первую очередь на реализацию системы «подключенного судоходства» (connected shipping), по аналогии с подключенными автомобилями в автопроме. Суда, имеющие доступ к системе, управляются автономно и обмениваются данными для безопасной навигации. По заявлению администрации порта Роттердам, у них в планах прием первых автономных судов уже в 2025 году.
Программа цифровизации рассчитана на несколько лет. В результате 42-километровая территория порта будет организована в единое цифровое пространство при помощи облачных технологий IBM Cloud и интернета вещей IBM IoT, и порт Роттердам сможет по праву называться самым умным портом в мире.
Для построения такой системы будет создан цифровой двойник порта – точная цифровая модель всех операций, которая будет со 100%-ной точностью отражать ресурсы и портовые мощности, передвижения судов, инфраструктуру, погодные, географические и гидрологические условия.
Через порт проходит ежегодно более 140 тысяч судов, в процесс обработки грузов вовлечено множество заинтересованных сторон. Цифровая модель позволит увидеть общую картину, протестировать сценарии работы порта и при помощи централизованной панели управления лучше координировать действия всех участников. Это повысит скорость выполнения портовых операций и объемы обрабатываемых грузов, а также обеспечить соблюдение самых жестких стандартов безопасности. В конечном итоге время нахождения судна в порту сократится в среднем на 1 час . Для портовых операторов это выразится в экономии порядка 80 000 долларов США , а для порта – в увеличении количества принимаемых судов.
В порту будут использоваться технологии обработки данных интернета вещей и дополненного интеллекта (Augmented Intelligence), а также интеллектуальные метеорологические и гидрологические данные, при помощи которых перевозчики смогут определить наиболее благоприятное время для захода в порт Роттердам. А благоприятные навигационные условия позволяют экономить топливо, оптимизируют скорость захода и швартовки и обеспечивают лучшую сохранность груза.
С этой целью причалы и буи будут оснащены «цифровыми дельфинами» – интеллектуальными датчиками, которые обеспечивают поддержку перевалки грузов, фиксируют вакантность или занятость швартовых терминалов, генерируют данные о статусе портовых операций в конкретный момент времени, а также отслеживают условия окружающей среды, прямо или косвенно влияющие на навигацию. Цифровые дельфины будут самообучаемыми, и точность их показаний в режиме реального времени заявлена на уровне 100%. Эти сведения порт планирует передавать пользователям посредством специально разработанного приложения для планирования и контроля операций.
Еще одна инициатива порта Роттердам – создание вспомогательной производственной лаборатории (RAMLAB). Ее цель – снабжение судоверфи качественными промышленными запчастями по требованию. Это первая лаборатория трехмерной печати , ориентированная на порты и морских перевозчиков, способная сократить время ожидания нужной детали с 1,5-2 месяцев до нескольких дней.
Скорость и эффективность – два главных достоинства любого порта, – Пол Смитс
«Скорость и эффективность – два главных достоинства любого порта, – утверждает Пол Смитс, финансовый директор Администрации порта Роттердам. – Именно они привлекают бизнес и позволяют увеличивать грузооборот». Очевидно, что нововведения порта Роттердам напрямую служат достижению этих двух целей.
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.
В России сегодня сложно говорить о 4-й промышленной революции, но мы верим что говорить надо. Среди технологических драйверов на промышленных предприятиях в новом поколении появятся платформы индустриального интернета вещей, реализующие концепцию цифрового двойника.
Аналитики Forrester определяют цифрового двойника как создание реального физического объекта в абстрактной цифровой форме, который выступает в качестве посредника для любой связи с реальным устройством.
Согласно General Electric, идея цифрового двойника заключается в том, чтобы идти дальше, чем просто работать с цифровыми моделями. Компания говорит, что техническое обслуживание также будет происходить в синхронизации с цифровой модели с реальным объектом через системы датчиков и средства связи.
Аналитическое агентство Gartner прогнозирует, что к 2021 году половина крупных промышленных компаний будет использовать цифровых двойников и в результате эти организации получат повышение эффективности работы на 10%.
«Цифровые двойники влияют на бизнес-влияние IoT, предлагая мощный способ мониторинга и управления активами и процессами», — говорит Альфонсо Велоса, вице-президент по исследованиям в Gartner. Это особенно возбуждает наш коллектив, поскольку мы в проекте SAYMON очень плотно занимаемся автоматизированным мониторингом и управлением, в том числе и информационными системами и интернет вещами. Конечно, конкуренция на рынке платформ для управления IoT довольно велика — буквально каждая крупная цифровая корпорация сегодня заявляет о наличии платформ, но далеко не все успели сделать собственные наработки или приобрести компанию с готовым решением. Часто заявление о наличии является данью приличию — есть технологический тренд, есть заявление корпорации.
Сегодня мы пока не работаем с цифровыми моделями и чертежами — открыты к имеющим опыт в данной сфере партнёрам. На данный момент имеется опыт сотрудничества с компанией формирующей фото-реалистичные копии промышленных объектов и в результате на свет появился отдельный проект VIOTR , объединяющий силу оцифрованного пространства с возможностью получения данных с реальных датчиков и видеокамер, возможность управлять выключателями, реле и заслонками в реальном мире. Проект VIOTR сегодня имеет ориентир на образовательные технологии будущего, но по сути своей является частью концепции цифрового двойника.
Именно так формулируют и наши коллеги из журнала Computer Weekly — новый подход предполагает управление связью между пограничными устройствами и внутренними системами и зеркальное отражение изменений в виртуальной модели устройства — другими словами, появляется цифровой двойник.
Примеры показывают, что даже на таких простых операциях как управление замками дверей можно получить существенную экономию при эксплуатации. Компания Dormakaba, которая делает умные дверные замки, с 2012 года использует программное обеспечение для управления полевыми работами предприятия ServiceMax, помогая ему контролировать его установки. Детальные данные о работе каждой двери помогают Dormakaba и её партнерам более эффективно управлять зданиями. Недавнее исследование Vanson Bourne для ServiceMax показало, что промышленные компании теряют 260 000 долл. США в час из-за незапланированных простоев. Прогнозирование неудачи с использованием цифровых близнецов может помочь преодолеть эту проблему. Цифровой двойник может предоставить инженерам в Dormakaba самую свежую запись о каждом действии или событии, которое регистрировали датчики на дверях, зарегистрирует установку компонентов и обновлений прошивки и может использоваться сервисной командой Dormakaba для определения срока службы продукта вместе с подробным описанием журнала безопасности, который связан к дверью. Важно также обеспечить тесную связь с поставщиками деталей и компонентов и управлением жизненным циклом продукта, обеспечивая чрезвычайно чёткий уровень контроля и обслуживания. Используя цифровое прогнозирование работы замков, компания Dormakaba рассчитывает снизить количество обращений клиентов и повысить качество обслуживания. Совместно с компанией Swisscom была создана облачная платформа для управления замками. Обучение партнёров является важным элементом данных инноваций и трансформации бизнеса, признают в компании Dormakaba.
В отчете Gartner Digital Twins Will Impact Economic and Business Models , аналитическая фирма проводит аналогию между объемом сбора данных, выполненным такими компаниями, как Google, Amazon и Netflix, и тем, какой объем данных создадут цифровые двойники в промышленных фирмах для постоянного мониторинга работы, подключенного к системам управления оборудования.
Аналитики предупреждают, что это потребует еще большего контроля компонентов и обновления программного обеспечения, а также потребует, чтобы производители автомобилей стали поставщиками программного обеспечения. «Операторы активов должны будут добавлять навыки работы с программными средствами в свои подразделения эксплуатации, поскольку они добавляют более разумные активы, а также добавить владение программным обеспечением и данными в контракты на поддержку», — предупреждают аналитики.
Image from https://www.ge.com/
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»
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».
