Τα ψηφιακά δίδυμα εισέρχονται στη βιομηχανία, φέρνοντας απέραντες δυνατότητες.

Η έννοια της χρήσης φυσικών μοντέλων, που μιμούνται τη συμπεριφορά πραγματικών προϊόντων δεν είναι νέα. Το πρόγραμμα Apollo της NASA χρησιμοποίησε πανομοιότυπα διαστημικά οχήματα, έτσι ώστε ένα από τα οχήματα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή διαδικασιών στη γη, ενώ το άλλο βρισκόταν στο διάστημα. Τα μοντέλα πλέον, όμως, έχουν μεταφερθεί στον ψηφιακό κόσμο και έχουν προκύψει τα Digital Twins (Ψηφιακά Δίδυμα). Στη βιομηχανία, συγκεκριμένα, εξελίχθηκαν σε ψηφιακά μοντέλα προϊόντων, μηχανών και εγκαταστάσεων παραγωγής. Πώς μεταφράζεται όμως αυτή η αφηρημένη ιδέα σε χειροπιαστά αποτελέσματα;

Πώς να δείτε μέσα σε μια κονσέρβα χωρίς να την ανοίξετε – Το digital twin των προϊόντων
Μια από τις προκλήσεις που έχει να αντιμετωπίσει η βιομηχανία Τροφίμων είναι η μεταφορά καινοτόμων, γευστικών δημιουργιών από το εργαστήριο στην κανονική παραγωγή, διασφαλίζοντας παράλληλα την ασφάλεια, την ποιότητα και την ομοιομορφία των προϊόντων. Ο σχεδιασμός της διαδικασίας πρέπει επίσης να μεγιστοποιεί την απόδοση μαζί με την ελαχιστοποίηση της χρήσης ενέργειας και πρώτων υλών. Ένα παράδειγμα τέτοιας διαδικασίας είναι η αποστείρωση. Όταν αναπτύσσεται ένα νέο προϊόν, συχνά, μόνο ένας περιορισμένος αριθμός πειραμάτων με περιορισμένο αριθμό ανιχνευτών θερμοκρασίας είναι εφικτός. Και στις περισσότερες περιπτώσεις πολλές κρίσιμες μεταβλητές δεν μπορούν να μετρηθούν μέσα σε ένα σφραγισμένο δοχείο τροφίμων χωρίς να επηρεαστεί η ίδια η διαδικασία.

Η δημιουργία του digital twin του προϊόντος έδωσε τη λύση. Για παράδειγμα, το λογισμικό Simcenter STAR-CCM+ μπορεί να προσομοιώσει ποικίλες πλευρές της φυσικής συμπεριφοράς ενός προϊόντος, όπως τη δυναμική ρευστών, τη μηχανική στερεών, την ηλεκτρομαγνητική συμπεριφορά, τη μεταφορά θερμότητας, την πολυφασική ροή, τη δυναμική σωματιδίων, την ηλεκτροχημεία και αεροακουστική. Και το κάνει αυτό επιλύοντας μερικές διαφορικές εξισώσεις που προέρχονται από τους πιο θεμελιώδεις νόμους διατήρησης της μάζας, της ορμής και της ενέργειας.

Με αυτόν τον τρόπο, η ConAgra Brands, Inc. πραγματοποίησε προσομοιώσεις ενός νέου προϊόντος (σπαγγέτι με κομμάτια κιμά σε σάλτσα ντομάτας) χρησιμοποιώντας το Simcenter STAR-CCM+ για να αποκτήσει μια εικόνα σχετικά με τη διαδικασία αποστείρωσης. Το υπό εξέταση σύστημα αποτελούνταν τόσο από υγρά όσο και από πολλαπλά στερεά με ποικίλες ιδιότητες. Ο στόχος ήταν να εξακριβωθεί ότι καθένα από τα στερεά είχε φτάσει στην απαραίτητη θερμοκρασία. Η προσομοίωση βοήθησε την ConAgra να επιταχύνει τη διαδικασία υλοποίησης της γραμμής παραγωγής ενώ αύξησε την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας και ελαχιστοποίησε τις απώλειες ποιότητας.

Πώς να δοκιμάσετε μια μηχανή που δεν υπάρχει – Το digital twin των μηχανών
Η Automha S.p.A. προσφέρει λύσεις αποθήκευσης σε όλο τον κόσμο, σε βιομηχανίες κάθε είδους. Στην Automha δημιουργούν ψηφιακά δίδυμα των μηχανών τους. Αυτά χρησιμοποιούνται για την επαλήθευση του σχεδιασμού και τη δοκιμή του λογισμικού αυτοματισμού πολύ νωρίς στο έργο και επιτρέπουν τη δημιουργία της βέλτιστης τεχνολογικής, μηχανικής και ηλεκτρικής λύσης. Ως αποτέλεσμα, εξοικονομούν πολύ χρόνο, που σπαταλούσαν προηγουμένως για πρωτότυπα και δοκιμές κατά τη φάση της σχεδίασης και είναι έως και 35% πιο γρήγοροι.

Μοντέλο «εικονικής θέσης σε λειτουργία» (virtual commissioning)
Το μοντέλο «εικονικής θέσης σε λειτουργία» (virtual commissioning) που χρησιμοποιεί η Automha προκύπτει από το συνδυασμό τριών ψηφιακών διδύμων και περιλαμβάνει τρία μοντέλα.
• Το πρώτο είναι το φυσικό και κινηματικό μοντέλο της μηχανής που προσομοιώνει τα μηχανολογικά στοιχεία της μηχανής. Αυτό μπορεί να γίνει με το λογισμικό NX Mechatronics Concept Designer (MCD). Το MCD σας δίνει τη δυνατότητα να προσθέσετε γρήγορα δεδομένα στο λειτουργικό μοντέλο από μια βιβλιοθήκη. Αυτά τα δεδομένα περιλαμβάνουν αρθρώσεις, κίνηση, αισθητήρες, ενεργοποιητές και άλλες κινηματικές και δυναμικές ιδιότητες για κάθε εξάρτημα.
• Το δεύτερο είναι το ηλεκτρικό και λειτουργικό μοντέλο που προσομοιώνει τους αισθητήρες και τον εξοπλισμό κίνησης. Αυτό μπορεί να γίνει με το λογισμικό SIMIT.
• Το τρίτο μοντέλο προσομοιώνει το σύστημα αυτοματισμού και είναι το PLC Sim Advanced.

Το ψηφιακό δίδυμο μιας μηχανής δημιουργείται χωρίς να υπάρχουν πραγματικά πρωτότυπα. Επιτρέπει τον εντοπισμό σφαλμάτων σε πρώιμο στάδιο του κύκλου ζωής του προϊόντος. Εξοικονομεί χρόνο και κόστος στην πραγματική θέση σε λειτουργία. Επιτρέπει στους κατασκευαστές μηχανών να σχεδιάσουν και να προγραμματίσουν το μηχάνημα από το χώρο εργασίας που προτιμούν, π.χ. από το γραφείο ή το σπίτι. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εικονικές δοκιμές, βελτιστοποίηση μηχανών και εκπαίδευση των χειριστών.

Πώς να παράγετε περισσότερα με λιγότερα – Το digital twin των συστημάτων παραγωγής
Η ZAHORANSKY AG κατασκευάζει και διανέμει μηχανήματα και εξοπλισμό για τη παραγωγή πλαστικών. Έτσι, χρησιμοποιώντας digital twins των γραμμών παραγωγής μείωσαν τον χρόνο παραγωγής έως και 70%. Ενώ στο παρελθόν θα χρειάζονταν χρόνια δοκιμών και σφαλμάτων για να προσδιοριστεί η βέλτιστη σχεδίαση, σήμερα αυτό μπορεί να λυθεί γρήγορα και με ακρίβεια με την προσομοίωση. Θεωρούν ότι η βελτιστοποίηση απόδοσης 20% είναι ρεαλιστική. Η προσομοίωση έχει δύο βασικά αποτελέσματα: Το ένα είναι η γρήγορη εύρεση της καλύτερης ιδέας και το άλλο είναι η εύρεση της μέγιστης απόδοσης που μπορεί να επιτύχει αυτή η ιδέα.

Το λογισμικό που χρησιμοποιούν στην ZAHORANSKY AG είναι το Tecnomatix Plant Simulation. Πρόκειται για ένα εργαλείο Προσομοίωσης Διακριτών Γεγονότων (Discrete Event Simulation), που χρησιμοποιείται για μελέτες προσομοίωσης και πειράματα ροής υλικών, λειτουργιών, στελέχωσης και logistics σε κάθε τύπο παραγωγής. Με το Tecnomatix μπορεί να επιτευχθεί ο εντοπισμός και εξάλειψη προβλημάτων που διαφορετικά θα απαιτούσαν δαπανηρά και χρονοβόρα διορθωτικά μέτρα, η ελαχιστοποίηση του επενδυτικού κόστους για νέες γραμμές παραγωγής χωρίς να τεθεί σε κίνδυνο η απαιτούμενη παραγωγή και η βελτιστοποίηση της απόδοσης των υφιστάμενων συστημάτων παραγωγής με την εφαρμογή μέτρων που έχουν επαληθευτεί σε μελέτη προσομοίωσης, πριν από την εφαρμογή στο πραγματικό σύστημα.

Siemens A.E.
Αγησιλάου 6-8, 151 23 Μαρούσι
T: 210- 6864111
Ε: [email protected]
W: www.siemens.gr