Цифровой инжиниринг

IPQuorum 2019. Цифровой инжиниринг [1:03:00]

Цифровой инжиниринг — это комплекс услуг цифрового организационно-технологического дизайна и оптимизации производственно-логистических процессов и режимов работы оборудования.

Услуги включают поставку, настройку, адаптацию и внедрение программного обеспечения, выполнение инженерных работ, которые используются при модернизации действующих или при создании новых умных производств, логистических центров, лабораторий, автоматизированного и роботизированного оборудования и мехатроники.

Основа цифрового инжиниринга — глубокое понимание взаимосвязей физических процессов, происходящих в изделии или продукте на всех этапах жизненного цикла и умение рассчитать их взаимное влияние на измеряемые характеристики.

Применение цифровой информационной модели в качестве инструмента сопровождения проекта на всех стадиях жизненного цикла позволяет:

• повысить достоверность технических решений, сократить сроки рассмотрения проекта и снизить операционные расходы.- обеспечить на этапах строительства и эксплуатации целевое расходование средств и соблюдение сроков на всех этапах реализации проекта.
• снизить риски благодаря участию в ранних стадиях проекта и возможности высокой степени проработки модели.

Возможность контроля процесса реализации проекта в режиме «on-line» с помощью цифровых моделей дает возможность упростить работу проектной команды на всех этапах экспертизы и сопровождения проекта, повысить безопасность инвестиций и эффективность мониторинга инвестиционной фазы.

Типы цифровых двойников

Цифровой двойник изделия (DT1) — аналог физического объекта в цифровой среде, созданный на основе взаимосвязанных математических моделей физических процессов, протекающих в объекте, на основе выполнения десятков тысяч виртуальных испытаний в специальном образом организованном процессе

Цифровой двойник производства (DT2) — учет технологических особенностей производственных процессов в цифровом двойнике изделия в рамках единой цифровой модели

«Умный» цифровой двойник первого уровня (SDT1) —  объединение цифрового двойника объекта/продукта (DT1) и цифрового двойника производства (DT2) в рамках единой цифровой модели

«Умный» цифровой двойник второго уровня (SDT2) — объединение «умного» цифрового двойника объекта/продукта (SDT1) и данными о фактических условиях эксплуатации(SDS) в рамках единой цифровой модели

«Умная» цифровая тень  (SDS) изделия/продукта формируется на основе «умной» модели, которая адекватно описывает поведение реального объекта/продукта на всех режимах эксплуатации (пуски и остановы, нормальные условия работы и отклонения от нормальных условий, аварийные ситуации и пр.).

Мировой рынок цифрового инжиниринга

Технология «цифровых двойников», совмещающая в себе промышленный Интернет вещей и цифровое моделирование, во многих странах (США, Япония, Германия, Франция) активно внедряется на всех стадиях жизненного цикла продукции — от разработки до эксплуатации. По прогнозу консалтинговой компании Gartner, к 2021 г. примерно половина крупных промышленных компаний в мире будет использовать данную технологию. Внедрение «цифровых двойников» для моделирования и оценки различных сценариев позволит сократить количество отказов оборудования в среднем на 30 %, считают эксперты компании PTC.

Оценить мировой рынок цифрового компьютерного инжиниринга сложно. Например, в части программного обеспечения, по оценкам компании CIMdata, объем рынка так называемого традиционного PLM (mainstream PLM), который содержательно наиболее близок понятию «цифровое проектирование и моделирование», в 2017 году составил $27,16 млрд. Мировой рынок так называемого полного PLM (comprehensive PLM), по оценкам CIMdata, в 2017 году составил $43,7 млрд (рост 7,6 % по сравнению с 2016 годом), а к 2023 году достигнет $72,4 млрд.

C географической точки зрения крупнейшими рынками традиционного PLM являются США, Япония и Германия. Рынок традиционного PLM оценивается в США в $7,7 млрд, в Японии — в $3,82 млрд, в Германии — $3,75 млрд, До 2022 г рынок будет расти на 6 % ежегодно (Источник: портал « CNews»).

В большинстве развитых стран действуют национальные стратегии и программы цифровизации экономики и общества. Их цели и задачи в целом схожи, но несколько отличаются подходы к реализации стратегий. Часть инициатив встроена в более широкую наднациональную научно-технологическую и инновационную повестку. Так, стратегии цифрового развития Германии (Digital Strategy 2025) и других стран ЕС согласуются с общеевропейской цифровой повесткой (OECD, 2017).

Рынок цифрового инжиниринга в России

В России уровень использования технологий цифрового проектирования и моделирования в производственном секторе невысок^{[насколько и кто утверждает]}.

По данным компании CIMdata, в части программного обеспечения рынок цифрового проектирования и моделирования в России (традиционный PLM) составляет 0,5 % от мирового рынка. Тем не менее все больше^{[Сколько?]} российских компаний внедряют инструменты цифрового инжиниринга^{[также по данным компании?]}.

Сегодня этому в значительной способствует запуск Российской программы «Цифровая экономика Российской Федерации», внимание государства к ускоренному внедрению цифровых технологий и включение этой тематики в число приоритетных направлений развития до 2024 г. согласно Указу № 204.

В качестве примера использования цифрового инжиниринга можно привести опыт АО «Вертолеты России». В рамках реализации концепции цифровой трансформации АО «Вертолеты России» внедряют комплекс цифровых технологий в конструкторско-технологическую подготовку (системы трехмерного проектирования). Важное место отводится имитационному моделированию процессов производства.^{[нет источника]}

Компания^{[какая?]} активно использует в своей работе PLM-систему. В частности для разработки вертолетной техники используются решения NX и Teamcenter компании Siemens. Благодаря использованию технологии ошибки исправляются на ранних стадиях проектирования и во время испытаний не происходят поломки. Кроме того, удалось повысить качество создаваемых 3D-моделей, сократить сроки электронного согласования конструкторской документации и снизить количество конструкторских ошибок. При этом компания стала меньше тратить средств на доработку своей техники для серийного производства.Шаблон:Насколько^{[нет источника]}

Первым пилотным проектом холдинга по созданию и производству летательного аппарата с использованием информационных технологий стала разработка вертолета Ка-226Т. Он был полностью спроектирован в виртуальном пространстве без использования бумажных носителей. Это позволило в два раза снизить затраты на разработку вертолета и на внесение изменений при последующей модернизации машины (Источник: Ростех) .

ПАО «УАЗ» реализует трансформацию производственной деятельности на основе концепции «Цифровая платформа УАЗ», в рамках которой осуществляется разработка принципиально новой платформы внедорожника 2020. Компания запустила проект по внедрению технологий цифровой фабрики для проектирования и производства продукции с целью поддержки стратегии нишевого производителя для глобальных рынков. Основными цифровыми решениями являются система управления жизненным циклом продукции (PLM), цифровое проектирование продуктов и технологических процессов (CAD/CAM/CAE), системы управления производственными процессами (MES) и Интернет вещей. При реализации цифровой трансформации приоритетом является обеспечение кибербезопасности систем и развитие информационной инфраструктуры в целом (Источник: концепция «Цифровая платформа УАЗ»).

В России одним лидером в области цифровых технологий является госкорпорация «Росатом». Правительство России наделило ее статусом центра компетенции в рамках федеральной программы «Цифровая экономика Российской Федерации».

В Росатоме принята единая цифровая стратегия сроком до 2030 года. В соответствии с ней госкорпорация будет создавать собственные цифровые продукты, добиваться эффектов от реализации своих цифровых проектов и заниматься разработками в области квантовых вычислений.

Активно цифровые технологии развивает топливная компания Росатома «ТВЭЛ». Компания до 2022 г. Намерена вложить 350 миллионов рублей в научные исследования по созданию новой продукции с помощью инструментов цифрового инжиниринга. Реализуются цифровые проекты в области оперативного контроля и управления производством тепловыделяющих сборок (ТВС) для энергетических реакторов и их комплектующих на Новосибирском заводе химконцентратов. Выполняются цифровые проекты в области закупочной деятельности, планирования и учета ремонтов на предприятиях дивизиона, в области кибербезопасности.

Одним из ярких примеров применения цифровых технологий является создание топливной компанией системы очистки буровых растворов с использованием цифрового двойника изделия. Были разработаны и проанализированы более 100 вариантов конструкции изделия. Созданный образец по своим показателям превзошел зарубежные аналоги. Такой параметр вибросита как ускорение достиг 9g вместо целевого значения в 7g. Кроме того, был спроектирован вариант изделия с пиковым ускорением в 10g и мобильный вариант конструкции с возможностью транспортировки (источник: портал «ГИС-Профи»).

АО «ЦПТИ» (г. Москва) первым в атомной отрасли создал цифрового двойника ядерно- и радиационно-опасного объекта (ЯРОО) с использованием цифровых технологий на площадке радиохимического завода АО «СХК» (г. Северск, Томская область) в рамках проекта по выводу ЯРОО из эксплуатации. В ходе работы была получена актуальная информация об объекте и воссоздан путем применения инструментов 3D-моделирования цифровый двойник ЯРОО. Также была проведена работа по интегрированию данных радиационного обследования зданий и оборудования в цифровую модель, что в дальнейшем позволит точно оценить объемы РАО. Созданная цифровая модель радиохимического завода по своей сложности, содержанию и масштабу является первым в атомной отрасли опытом реализации проекта по выводу с использованием цифровых технологий и может составить конкуренцию лучшим мировым практикам.^{[нет источника]}

Ссылки

• «Что такое цифровая экономика? Тренды, компетенции, измерение», доклад НИУ «Высшая школа экономики», 9-12 апреля 2019 г.
• The Evolution of Digital Twin — and How Emerging Tech Is Driving Adoption, Дэвид Иммерман, бизнес-аналитик корпоративного маркетинга PTC.
• Building a Bridge to a Smart, Connected Future, 2 апреля 2020 г.
• Аналитический отчет по развитию российского и международного рынка по направлению Национальной технологической инициативы «Технет» "Прогноз развития рынков, включенных в направление НТИ «ТЕХНЕТ».
• Проект «Цифровая платформа УАЗ», Создание российской системы управления жизненным циклом продукта. Переход к цифровому проектированию изделий и процессов.