Комментарии 31
Полученного аватара нужно обработать и представить в полезном и понятном виде. Например, в виде дашборда, графика, системы предупреждения о критических отклонениях или другом виде.
Состав физического двойника:
По идее, сигнал с контроллера должен уходить в систему управления и сбора данных (SCADA). А информация из SCADA потом уйдёт в инфосистему цехового уровня (MES) и дальше в систему управления всем предприятием (ERP).
Обычно SCADA \ MES уже умеет "обработать и представить в полезном и понятном виде. Например, в виде дашборда, графика, системы предупреждения о критических отклонениях или другом виде."
При чем тут тогда аватар (DT)? Часто SCADA \ MES выдают за DT. Тут не так?
Можете показать две структурные схемы физического и цифрового двойника?
«Прежде, чем объединяться, и для того, чтобы объединиться, мы должны сначала решительно и определенно размежеваться» - покажите размежевание обоих сущностей физика - двойники и цифро - двойника.
Также см. Digital Twin. Цифровой двойник vs цифровой самозванец
Да, я понимаю в чем вы нас заподозрили и о чем вы говорите) Учитывая хайп и путаницу в терминологии подозрения могли бы быть обоснованы) Но реальный цифровой двойник появится во второй части статьи. Так что попрошу набраться терпения.
Я не любитель теоретических изысков и в своих рассказах всегда стараюсь показать как оно выглядит на практике.
На практике, чтобы перейти к цифровому двойнику нужно дособрать двойника физического. А он, как я уже писал в статье, часто очень фрагментарен, кончается и начинается в самых неожиданных местах.
Но суть цифрового двойника, надеюсь, понятна.
Вот не очень понятна. Когда есть регламент и аварийные/технологические границы, то это примерно понятно. И ответственность понятна, кто/что/когда делает.
А если есть двойник/модель:
Получая информацию с датчиков и контроллеров, модель вносит коррективы в свою работу, обучается ...
Пример 1. Резко подскочил уровень вибраций двигателя. Он не укладывается в нормативы, определённые производителем.
Модифицируем "Пример 1":
Уровень вибраций двигателя медленно нарастал (условно, в течение года) и пересёк нормативы, определённые производителем. Весь этот год модель, получая информацию об уровне вибрации, обучается и (например) понимает, что это "норма": растёт плавно, всё работает, аварий нет. Проходит год, вибрация выходит за границы и есть два "мнения": с одной стороны вышли за границы, определённые производителем; в другой стороны модель рапортует, что всё в норме.
Что делаем? На что смотрим (вариант "никуда" - не наш случай)?:
Если смотрим только на регламент - отлично, проверим подшипник. Но зачем такая модель?
Если смотрим только на модель - будут затраты на капремонт. И зачем такая модель?
Если смотрим и туда и туда - отлично. Зачем модель?
-- Другой вариант: модель начинает заранее об чём-то оповещать: посмотри там, посмотри здесь. Насколько модель права? Проводить внеочередное ТО по любому поводу (остановка процесса)? Так себе решение.
-- Третий вариант: модель очень умная, работает не хуже регламентов и ещё делает предварительное оповещение без ложных срабатываний. Вот это шикарный вариант. С другой стороны, сколько условных станков именно ЭТОЙ модели (и желательно в этом цеху) нужно сжечь, чтобы такую модель создать (и с учётом указанного зоопарка оборудования)?
--
К чему весь этот комментарий?:
Повторюсь: не очень понятна суть цифрового двойника. Если его обучать только на отдельном производстве "с нуля" - возможно это совсем гиблое дело. Если он весь предобученный (условно, как chatgpt и т.д.) - так ему не нужен физический двойник: для аварийных ситуаций есть регламент (и штатные датчики), по которому работается точнее и проще; для моделирования есть некоторая предобученная модель (возможно, разово загнали данные для калибровки).
Если делать ЦД с дообучением, то необходимо (условно) ещё одну SCADA накатить со своими датчиками и контроллерами, пообучаться на каких-то авариях (обучение без аварийных ситуаций оно может быть неполным) ... и вот тогда ... что?
Получается, что ЦД нужен только для "Пример 3" - высший пилотаж? Покрутить "кубик рубика", поиграться вариантами?
--
Ну правда, может автор добавит побольше примеров что цифровой двойник даёт в плюсе (с учётом минуса: необходимости доработок и доп.оборудования)?
Интересный вопрос. Попробую разбить на части и ответить.
Вопрос номер один. Зачем обучать модель на предиктивку? Есть же регламент и штатные датчики?
Модель хороша там, где слишком сложна или не работает линейная логика.
Давайте расширим пример с двигателем. Итак, пошел рост вибраций. Постепенно, но стабильно.
Чем мы можем руководствоваться при принятии решения?
Исторические данные. У нас уже стоят похожие двигатели и в прошлом с ними было нечто аналогичное. К чему это привело тогда?
Рекомендации производителя. Этот рост нормален или так быть не должно?
Дополнительные признаки. ОК, у нас растут вибрации. А температура ротора растет? Вибрации и перегрев ротора - это прям очень высокая вероятность, что беда с подшипником.
Какой-то несчастный двигатель, а уже столько вариантов и ветвлений. А ведь завод - это может быть сотни таких двигателей и еще тысячи единиц оборудования. И завод не стоит на месте, там постоянно что-то внедряют или демонтируют. Не получится один раз загрузить логику работы и больше к этому не возвращаться.
Вопрос номер два. Это что, вторую СКАДУ поднимать, чтобы за всем этим следить?
Признаюсь, этот вопрос меня немного поставил в тупик. Давайте так. Прямо вторая СКАДА нам не нужна. Нам нужны данные с датчиков. Есть несколько архитектур, как мы можем их получать. Можем напрямую, подцепившись к датчику модулем опроса. Если на уровне цеха все уже сведено в единый контроллер, то цепляться проще туда. Какие-то узлы может потребоваться дооснастить датчиками. Чаще всего выстреливает комбинированный вариант.
В вашем вопрос как будто сквозит, что получение реальных данных - это какая-то проблема с колоссальными трудозатратами. Иногда это так. Но эти данные нужны для любой системы автоматизации. СКАДА без них все равно работать не сможет. Если же данные получены и легли в хранилище, то нам уже нет необходимости строить какую-то дублирующую систему опроса. У нас все есть. Берем и анализируем.
Более того, наша платформа позволяет свести все системы в единое окно, она не только про цифрового двойника. Это особенность единой цифровой среды - когда у вас данные затянуты в Платформу, то их могут использовать те, кому они требуются.
Разве не лучше всегда цепляться к датчикам? Контроллер может (в теории) выдать не сырые данные, а уже обработанные. Плюс (в теории) часть данных уже может быть потеряна (был кейс потери из-за помех на шине rs485). Также контроллер может просто на просто подвиснуть (увы, тоже есть опыт - завис от переизбытка данных).
Датчики ставятся относительно легко и дальше все зависит от того как, с помощью чего вы их передадите к себе и как быстро сумеете сохранить без потерь.
Я из тех кто со скепсисом относится к полноценным цифровым двойникам - те, что с визуализацией. Да, красиво. Да, можно сидеть в Москве и "смотреть" на производство. Возможно даже побаловаться с метровыми экранами в переговорках и красивыми отчтетами в realtime на нарисованном в unity производстве. Но...
Но если мы говорим о работе с неисправностями (предугадываем их, подсвечиваем, избегаем на будущее), то не понимаю причем тут двойник? Возможно, сбивает термин.
Тут нужны дашбоарды, алерты. Причем четко по ролям сотрудников. Не всем всё нужно знать - спокойнее производство будет.
Ждем второй части.
Скажем так - не всегда целесообразно цепляться к датчикам. Иногда зацепиться к контроллеру банально проще.
В теории, да, любой промежуточный узел может искажать данные. И все же мы играем не в "Игру Кальмара", когда засада может быть в любом месте. Если есть документация и по ней контроллер не вносит искажений, я склонен этому поверить, пока не будет доказано обратное.
Что касается дооснащения датчиками и проблем с контроллерами, то:
Любой датчик - это деньги. В огромном проекте новые датчтики могут существенно раздуть стоимость. И вообще непонятно зачем, если уже что-то установлено и работает.
Подвесить можно любой контроллер. Надо считать число метрик на единицу времени, которое он способен переварить. Замена датчиков тут не поможет, точнее это вообще не связанные пробелмы.
Та визуализация (алармы и дашборды) о которой вы говорите - это скорее цифровые аватары. То есть цифровое представление какого-либо процесса или механизма. Это очень и очень важная часть производства, благодаря ней можно это производство оптимизировать, оценивать его эффективность, снижать простои.
Но цифровой двойник - это следующий шаг аватара. Ведь аватар, по сути, что видит, то и транслирует. У него вот идет конвейеер со скоростью V - он вам ее и напишет. Выходит у него N продукции - он вам это число и напишет. Загрузили мы массу M сырья - вам данные с весов и придут. А вот двойник уже может сэмулировать процесс. Что будет, если на вход подали 2M сырья, при том, что скорость конвеера стала 1,5V? Чему будет равен N? А насколько быстрее потребуется ТО конвеера? А насколько возрастет число электроэнергии, затрачиваемое на процесс? А на единицу продукции число электроэнергии возрастет или упадет?
А вот двойник уже может сэмулировать процесс. Что будет, если на вход подали 2M сырья, при том, что скорость конвеера стала 1,5V? Чему будет равен N? А насколько быстрее потребуется ТО конвеера?
Это называется имитационное моделирование, а не DT.
Я внимательно прочитал вашу статью про цифрового самозванца. Абсолютно согласен с ее посылом: сейчас под видом цифрового двойника хотят продать чуть ли не обычный дашборд. Но мне кажется, что вы уж слишком уходите в другую сторону и ищете фальшивку там, где ее нет. Или где она спорна.
Что такое "цифровый двойник" в моем понимании:
Физический "оригинал".
Его двойник, некая модель в цифровом мире. Важно! Я не говорю, что это за модель и я не настаиваю, что при ее создании будет использован ИИ.
Двусторонние каналы связи между этими сущностями.
Далее начинаются вариации, но все их можно притянуть к цифровому двойнику. Или обвинить в подлоге.
Ситуация примерно напоминает мне термин "Интернет Вещей" года 2016. Все употребляют, никто точно не может объяснить его границы, каждый вкладывает в него что-то свое. Все говорят о новом веянии, радостно выделяют суперновейший IIoT и стараются не обращать на людей из промышленной автоматики, у которых этот IIoT уже лет пятьдесят существует)
Но Хабр, хвала высшим силам, остается площадкой для дискуссии. Так что с удовольствием выслушаю ваше трактование термина "цифровой двойник". К сожалению, из статьи я этого явно не увидел, увидел только то, что им не является.
Конечно дождемся второй части, как вашей, так и моей (моя будет не скоро, см. проект в профиле, хотя черновик есть).
Однако если есть вариант (фактура и желание) подискутировать по "Hello DT", то предлагайте совсем простой вариант DT. Мы его обсудим. Чем проще, тем лучше, например, "DT табуретки" или "DT процесса приготовления борща". Именно на совсем простых примерах и нужно проверять гипотезы и определения. Hello World - понятен (и стар), поэтому его образ переложил в Hello Calculator для исполняемых BPMN.
Почему бы не развить тему "Hello DT" на примере примитивно-примитивного DT?
И только потом рассматривать более сложные DT, типа цифровых двойников заводов / компаний и далее: цифровых двойников министерств, государств, вселенных и т.п.
ОК. Пусть у нас есть табуретка. Табуретка предназначена для того, чтобы кто-то на ней сидел и при этом она не начала шататься и не развалилась.
Вводные такие:
У табуретки в основании ножек стоят тензодатчики. Мы знаем с какой силой сидящий давит на табуретку попой. Но эта сила не всегда эквивалентна его массе, ведь он может еще упираться в пол ногами или закинуть ноги на что-то.
У нас есть материал, из которого табуретка сделана и его характеристики.
У нас есть паспортные значения от производителя. Есть критические значения, при которых табуретка развалится, есть стандартные эксплуатационные характеристики.
Попробуйте описать цифровой двойник этой табуретки?)
Все, что Вами указано, включая тензодатчики (как и вся SCADA на заводе, MES и т.п.), - это элементы физического двойника.
По аналогии с вашим заводом, как можно реализовать DT Табуретки?
Для стула из Икеа скорей всего не нужен DT, но вот если бы наш стул был очень дорогим из редкоземельных материалов, весь обложенный датчиками, и был предназначен например для великой миссии просуществовать 1000 лет в полете на Альфа центавру... =)
Попробую такое дать определение ЦД
Цифровой двойник - это единая точка доступа к виртуальному и физическому представлению конкретного объекта, либо виртуальному прототипу и физическим экземплярам. Которая позволяет корректировать и уточнять виртуальные модели, на основе фактических данных от реальных обьектов. И управлять этими объектами, на основе предсказаний виртуальных моделей. Также позволяет собирать различные реалистичные симуляторы и тренажёры для прочих целей.
Виртуальное представление - может состоять из различных моделей: 3д, процессов, математической, симуляционных (нахождении виртуального прототипа в различных средах испытаний), модель метрик, модель размещения датчиков, расчетные/предиктивные модели
Физическое представление - состоит из данных поставляемых датчиками физического обьекта(-ов)
Стоимость в нашем случае - совсем не при чем.
Так какие варианты реализации DT табуретки? Какие инструменты реализации? Какие будут входы и выходы у этого DT?
От преследуемых целей прежде всего зависит.
Но предположим 100 таких табуретов выпустили, продали. Нарисовали 3д модельку. Вставили в стулья датчики, организовали их передачу данных к нам на сервер. Собираем статистику использования. Оцениваем часто/редко ломаются - решаем что можно сделать закладывать больше прочности или наоборот слишком перезаложились и можно сделать меньше.
Или вскрывает проблему заявленного качества, по датчикам должны были легко справляться, а по факту ломаются.
Я бы сказал так: Модель табуретки, которая сможет предсказать нам возможное разрушение, деформацию или сохранение целостности табуретки в зависимости от того, кто на нее сядет. При том, что модель работает чуть сложнее расчета силы, приложенной на седалище. Она, к примеру, может оценить, что кто-то способен на табуретке скакать, а кто-то сядет на самый краешек перераспредилив массу между табуреткой и своими ногами.
Т.к. табуретка двусторонне связана со своей цифровой моделью, модель может вносить в свои расчеты уточнения, основываясь на реальных данных.
А теперь мне все же очень хочется выслушать вашу версию. Т.к. пока я не понимаю, что является цифровым двойником в вашем понимании.
Модель табуретки, которая сможет предсказать нам возможное разрушение, деформацию или сохранение целостности табуретки в зависимости от того, кто на нее сядет.
Попробую угадать. В такой концепции DT являются: автопилот самолета и автомобиля, да и просто штатный бортовой комп, который смотрит динамику движения и прогнозирует запас топлива (километраж) и ещё кучу параметров.
Так и не понял: где происходит отчуждение одного двойника от другого: где "горсть" датчиков одного двойника, где второго и т.п. Межевание границ двойников и структуры обоих двойников не раскрыты у вас и во второй части.
Т.к. пока я не понимаю, что является цифровым двойником в вашем понимании.
В своей второй части расскажу про концепт Инструментальный DT. Это такой DT, у которого модель гарантированно соответствует своему физическому двойнику. В одном случае, физический двойник полностью автоматически (инструментально) создан из модели, а в другом - сама модель опять же инструментальными средствами создана из физического образа. Но эта статья (часть) пока в очереди, как напишу - пингану.
В конце этой статьи в "Продолжение следует" добавьте ссылку на вторую часть.
Что ж, будем ждать вашу статью) Очень попрошу туда добавить реальных примеров) Ибо увлечение концептами может привести к тому, что денег за отличные концепты никто не заплатит...
денег за отличные концепты никто не заплатит...
Когда разработают настоящего двойника, то обязательно найдется, кто скажет: Деньги не имеют... значения. "Я хочу DT ..."
А вот двойник уже может сэмулировать процесс. Что будет, если на вход подали 2M сырья, при том, что скорость конвеера стала 1,5V? Чему будет равен N? А насколько быстрее потребуется ТО конвеера? А насколько возрастет число электроэнергии, затрачиваемое на процесс? А на единицу продукции число электроэнергии возрастет или упадет?
Наверно, я не так понимаю термин "аватар" и "цифровой двойник".
В дискуссиях в которых я принимал участие под цифровым двойником понимают оцифрованную копию производства в режиме realtime. Т.е. букавально виртуальный завод по которому можно походить и посмотреть процессы "как есть сейчас".
Моделирование - это отдельная история, конечно. Сейчас часто говорят о машинном обучении, сборе/хранении больших данных, чтобы потом сделать прогноз по какому-то параметру: аварии, запасные части, выход продукции, узкие места.
Но в моем мире - это не "цифровой двойник" и тем более не "аватар". Возможно, я не так понимаю сам термин и у меня сложилось иное представление.
Как написал выше, ждем второй части ).
под цифровым двойником понимают оцифрованную копию производства в режиме realtime
На примере офиса (аналогично можно переделать к заводу), упрощенно.
В офисе висят хорошие камеры. Сотрудник написал служебную записку (СЗ) на бумаге, отнес подписать начальнику, тот подписал и передал в канцелярию и т.д. по процессу.
DT на основе распознания действий, снятых видеокамерой, в режиме realtime строит модель (оцифрованную копию), включая все действия персонала, фиксируется смена состояния документа (СЗ в состоянии «на подпись», СЗ в состоянии «подписана» и т.п.), время смены состояния (момент подписания, регистрации в канцелярии) и т.п. Так понимается «оцифрованная копия офисного производства»?
При СЭД это куда проще (внутри СЭД уже все оцифровано), но DT в общем случае может охватывать как автоматизированный, так и неавтоматизированный контур.
DT на основе распознания действий, снятых видеокамерой, в режиме realtime строит модель (оцифрованную копию), включая все действия персонала, фиксируется смена состояния документа (СЗ в состоянии «на подпись», СЗ в состоянии «подписана» и т.п.), время смены состояния (момент подписания, регистрации в канцелярии) и т.п. Так понимается «оцифрованная копия офисного производства»?
DT не строит модель, он фиксирует факты, у вас может быть процесс классического прохождения по квадратикам статусов реализованного BPMN процесса при помощи camunda например. Но чтобы построить ЦД организации целиком желательно делать в едином инструментарии как по мне.
Чтобы запустить такую симуляцию без фактов, нам нужны усреднённые предположения сколько в среднем происходит переход от статуса к статусу. Или искать баланс между аркадой и правдоподобнейшим симулятором в котором могут случится десятки если не сотни различных действий с разными вероятностями (пойти в туалет, на обед, покурить, забыть, получить срочное поручение и так далее). А потом запуская получение фактов может сравнивать нашу модель.
Для чего же нам может понадобиться точнейшая модель ЦД всей организации? Чтобы производить различные симуляции в сценариях "что-если" где у нас огромная компания с тысячами заказов со своим расписанием ТоИР, выводом/вводом в эксплуатацию новых объектов, ситуацией с рабочей силой, доступными деньгами и необходимостью быстро оценить возможность взять ещё 50-10 больших заказов
Проблема в том, что цифровой двойник пока еще очень дискуссионный термин сам по себе. И там есть много вопросов.
Пример. Оцифрованная копия завода, по которому можно походить, очевидно, подразмевает 3Д-модель? На практике это очень дорогое удовольствие и далеко не всегда оно нужно.
Я бы делал упор на то, что мы моделируем какие-либо процессы и это моделирование имеет двусторонюю связь с реальными процессами. Т.е. такая модель, имеющая теоретическую основу и откалиброванная на реальных данных.
да, в тех разговорах где я участвовал - именно так и понимается. 3Д модель и внутри все двигается согласно тому, как это двигатся на производстве: станки, продукция внутри станков (по rfid или иным меткам). Видно пополнение склада и отгрузки и т.д.
То есть дословно "двойник".
А есть "мниторинг" и "моделирование". Последнее - это когда мы собираем данные, стоим матмодель, вводим даныне и на исторических данных делаем расчеты. Вот это, на мой взгляд, не "цифровой двойник".
Но о терминах и их восприятии спорить глупо.
Тут сразу хочется спросить любимый в ИТ вопрос "чтобы что"?) Ну т.е. 3Д-модель правда дорогое удовольствие. Понятно, что с развитием 3Д-сканеров это уже не какое-то неподъемное действо, но тем не менее. И вот вопрос - окупит ли 3Д-визуализация ту пользу, которую принесет? А если не окупит, то получается, что "цифровой двоник" - он не для всех? Или мы все-таки допускаем существование двоника без каких-то элементов? Если да, то что в нем является обязательным? Ну и так далее) Я думаю, пока определение утрясется, еще прилично копий сломают. А расставит все по местам только практика)
Вопрос хороший. У меня была примерно такая же реакция.
1. Вау эффект - "у нас есть" 2. Руководители / маркетологи хвастаются такой вот штукой на ТВ в переговорной. 3. Все же - удаленный контроль производства 4. Обучение. Недавно кейс на Хабре был про нефтянку.
Наверно, что-то еще.
Я лишь пересказываю что слышал в кабинетах где года 2-4 назад активно обсуждались цифровые дневники. Т.е., еще раз повторюсь, как слепок реального производства. Сюда же умные слова про Производство 4.0 и LoRa везде и всюду.
Вы же, как я понимаю, говорите про сбор данных и дальнейшее моделирование на основе этих данных.
Добрый день!
Спасибо за статью. Интересненько.
Но вы немного по крайней мере в этой части, недораскрыли ценность ДТ. Сосредоточившись на вибрациях подшипников которая относится к ценности ТоИР (предиктивная аналитика).
другие ценности которые можно получить, это:
-Планирование(разноуровневое)
-Тренажёры(обучение)
-расшивка узких мест (привет теории ограничений).
- сквозные симуляции процессов (если к производству с одной стороны подключить процессы снабжения, а с другой процессы отгрузки).
Можно все перевести в node-based схему процессов предприятия для различных выше обозначенных целей.
Изначально в каждой node мы можем либо ML/DS на исторических данных обучить, чтобы помещая на вход X, получать на выходе Y. Либо попытаться описать формулами и логикой эти квадратики, а на основе фактов (данных от датчиков) корректировать точность модели. Переобучать квадратики на новых данных, либо попытаться понять где ошибка в формульных описаниях того или иного процесса/квадратиков.
В варианте когда цифровой двойник вырастает до хорошей точности (план/факт) отличается незначительно. Можно пробовать различные сквозные варианты "что-если" и запускать симуляции.
По идее это все должна уметь делать MES, но почему то MES как будто затухает, в отличие от DT
Мне кажется, что раскрыть ценность цифрового двойника одной статьей в принципе нереально) Да, вы правы, применений у нгео масса.
Единственное, что это такая... интересная сущность. Иногда ЦД залазит на территорию других систем и становится сложновато понять где еще ЦД, а где уже другая система. В вашем примере про снабжение-отгрузку мы уже приближаемся к функционалу ERP. И вот тут мне даже сложно сказать, в какой момент ЦД закончится.
ERP / MES и прочие системы имеют точки разрыва меж друг другом, поверх которых накладываются разные люди которые знают свой кусочек, а про другие нет, а руководителям часто бывает некогда посмотреть на все с высоты helicopter view, они пожары тушат.
По моему скромному мнению, все ЦД с качественными моделями (точностями исполнимости близкими к 100) сквозных процессов - нужны прежде всего для Индустрии 5.0 (автономные производственные системы), где не ИИ помощник и советник для человека, а наоборот, человек дает обратную связь на результаты различных действий автономных агентов.
Агентное планирование, агентное исполнение. Таким системам не нужны классические ERP/MES и прочие системы какими их задумывали для человека.
Поэтому я бы разделил ЦД организации/компании для индустрии 5.0 где условный завод строится с нуля для автономной работы и ЦД для всех остальных - с разной степенью автоматизации и автономизации
https://youtu.be/SbEkbaf4sRU?si=xuWFyelr-CnAtMVK - мультиагентное планирование
Ну и последняя моя статья попытка подсветить и разобраться в этом
Как СберМобайл завод оцифровал, и кому это вообще нужно