Меня зовут Александр Никитин, руководитель направления цифровых двойников @UMNODigital (ГК НефтеТрансСервис). С 2018 года я специализируюсь на разработке цифровых двойников для промышленных предприятий, и за это время реализовал проекты на 10+ предприятиях, в т.ч. обогатительной фабрики, угольного карьера, портового терминала, вагоноремонтного предприятия, цеха подготовки ковшей на сталеплавильном комбинате и т. п.
Несмотря на то, что в передовых западных компаниях цифровые двойники используются повсеместно, в России эта технология еще только набирает популярность. Многие клиенты еще не знают, что такое цифровые двойники, или имеют ошибочное представление о том, что это такое, и как это использовать для максимизации эффективности своих компаний.
Чтобы развеять ненужные мифы и рассказать об использовании цифровых двойников в промышленности, я решил сделать несколько статей, где поделюсь своим опытом и раскрою все детали данной технологии. Расскажу и том, как оценить целесообразность разработки цифрового двойника на конкретном предприятии, о примерах их применения в промышленности, а также — как можно повысить эффективность производства с помощью цифрового двойника.
Что же такое цифровой двойник?
Самое распространенное ошибочное представление, которое я периодически слышу, что это просто 3D‑модель, которая используется исключительно для визуализации производственного актива/станка/здания. т. е. некая красивая объемная картинка без какого‑либо дополнительного функционала.
Есть противоположное заблуждение, что цифровой двойник — это такая волшебная коробка, в которую ты кидаешь неэффективное предприятие, а она сама, без твоего участия выдает идеально работающий актив. Это говорит о том, что люди часто не осознают объем работы и вовлеченности, который требуется как от разработчиков, так и от клиентов, чтобы создать ценный продукт.
На мой взгляд, наиболее точно и корректно описывает цифровой двойник следующее определение:
Цифровой двойник предприятия — это его копия в виртуальной среде. Цифровой двойник с высокой точностью воспроизводит процессы и операции на предприятии и позволяет решать широкий спектр бизнес‑задач.
Для общего понимания стоит упомянуть так называемый «цифровой двойник объекта» (речь может идти о вагоне, автомобиле, турбине и т. д.). Это как раз та самая «красивая картинка», которая упоминалась ранее. Несмотря на схожесть в названиях, это совсем другая тема — речь там идет лишь о 3D‑визуализации, без какого‑либо погружения в логику процессов.
Для чего могут быть использованы цифровые двойники
Здесь возможен целый спектр задач, например сменно‑суточное планирование, оптимизация политики управления запасами, оценка инвестпроектов и многое другое. В зависимости от специфики работы предприятия и текущих приоритетов его развития, функционал и интерфейс двойника может быть заточен под решение тех или иных задач.
Заказчик может тестировать гипотезы на базе возможностей и параметров, заложенных в продукт, в соответствии с исходным техническим заданием. Важно понимать, что цифровой двойник обычно используется не для отслеживания ситуации «на данный момент», а для того, чтобы заглянуть в будущее.
Пример задач, которые поможет решить ЦД:
Точное прогнозирование объемов производства.
Оценка эффекта введения в эксплуатацию дополнительного комплекса установок и оборудования.
Определение оптимального количества техники.
Анализ узких мест по переделам, включая декомпозицию потерь производительности на каждом переделе.
Определение оптимальной политики управления запасами ресурсов.
Например, у меня был проект по моделированию порта, где основной болью заказчика было низкое качество сменно‑суточного планирования. Мы в UMNO.digital разработали двойник и настроили режим, в котором быстро прогоняются все возможные сценарии развития событий в течение смены и пользователю выдается оптимальная последовательность действий, которая обеспечит наилучший результат. Помимо этого, разработанный двойник используется как инструмент оценки пропускной способности порта, позволяющий точно оценить, на какие объемы может законтрактоваться порт, чтобы максимизировать выручку без существенной потери уровня сервиса.
Основные этапы создания цифровых двойников
Как и создание многих цифровых продуктов, разработку цифрового двойника промышленного объекта можно разделить на типовые этапы. Мы в UMNO.digital выделяем 4 основных, во время которых:
Обследование: изучаем нормативные документы, тех.карты и инструкции, проводим интервью с экспертами на предприятии. Зачастую большая часть информации о работе предприятия и его процессах не оцифрована и хранится «в головах» сотрудников, поэтому проведение интервью очень важная часть подготовительного этапа. Чем более полную картину мы сможем собрать в начале работы, тем более приближенный к реальности цифровой двойник сможем создать в итоге. Также важно отметить, что даже если процесс задокументирован, не факт, что в жизни этот процесс выполняется «строго по инструкции» — в реальности он может выполняться по‑другому, может выполняться не всегда или вовсе игнорироваться. Поскольку нашей задачей является воспроизведение процессов «как есть», важно все проговаривать с экспертами на местах, а не слепо руководствоваться нормативными документами.
Разработка: воссоздаем инфраструктуру и логику операций предприятия в виртуальной реальности с помощью блок‑схем и программного кода. Разработка ведется в специализированной программе — это среда разработки сродни Eclipse или IntelliJ IDEA. На большинстве проектов это самый долгий и трудоемкий этап.
Валидация: прогоняем модель на исторических данных и сравниваем результаты с фактом. В случае значительных расхождений разбираемся, что не так, и устраняем ошибки и неточности.
Цель — добиться минимального расхождения с фактом. Это позволяет убедиться в надежности двойника.
Эксперты считают оптимальной погрешностью между работой цифрового двойника и его физического прототипа — не более 5%. Мы в UMNO.digital создаем цифровые двойники с расхождением от реального производства не более чем на 2–3%.
Эксплуатация: получаем цифровой двойник, который работает так же, как предприятие в реальности. Разработанный двойник можно использовать для решения актуальных бизнес‑задач.
Сколько времени требуется на создание цифрового двойника
Я часто слышу этот вопрос от наших клиентов, которых либо пугают слишком долгие сроки реализации проектов или наоборот настораживают слишком «быстрые» в разработке решения. В моей практике были проекты длительностью и один месяц, и пятнадцать. Важно понимать, что создание цифрового двойника всегда индивидуальная история, поэтому и сроки зависят от его параметров и задач проекта, а также степени зрелости предприятия (как в части ИТ, так и в целом). Также ни для кого не секрет, что на темпы реализации проекта сильно влияет вовлеченность со стороны клиента.
Если говорить в среднем, то на создание ЦД для небольшого актива с высокой степенью цифровизации понадобится минимум 3–4 месяца. Для актива со средней степенью оцифровки процессов — около 6 месяцев. Для масштабных же проектов или предприятий с низким уровнем цифровой среды срок создания ЦД может доходить до 9–12 месяцев.
Результаты, которые обеспечивает цифровой двойник
Один из основных результатов, который дает ЦД — это оценка инвестпроектов. Цифровой двойник прогнозирует в безрисковой среде, как будет работать предприятие в новых условиях и позволяет оценить целесообразность изменений.
Помимо этого, ЦД обеспечивает повышение качества планирования и прогнозирования, с высокой точностью воспроизводя деятельность бизнес‑актива.
Еще одним важным аспектом является возможность анализа узких мест. Двойник отражает потери производительности в наглядном виде на каждом переделе и позволяет оценить эффект изменений на любом участке производства.
Жизненный цикл ЦД – продукт, который будет работать вечно
Отличительная черта цифровых двойников в том, что их жизненный цикл не ограничивается сроками реализации конкретного проекта. т. е. ЦД — это актив, который может работать для компании вечно, и продолжать использоваться, например, для анализа инвестиционных решений, тестирования гипотез, прогнозирования и анализа чувствительности, а также для оценки пропускной способности и анализ узких мест.
Я надеюсь, что по итогам прочтения данной статьи у вас сложилось общее представление о цифровых двойниках и решаемых с помощью них задач. Далее, как правило, у бизнеса возникает вопрос, а нужен ли именно ему цифровой двойник? И зачем?
О том, на что стоит обращать внимание при решении о целесообразности разработки цифрового двойника, а также о конкретных примерах их применения в различных отраслях промышленности я расскажу в следующем материале.
