Každý stroj, každá výrobní linka, každý závod – to vše může mít svého virtuálního dvojníka. Digitální dvojče, anglicky Digital Twin, je jednou z nejrevolucionářštějších technologií éry Průmyslu 4.0: virtuální replika fyzického objektu, systému nebo procesu, propojená se svým fyzickým protějškem prostřednictvím senzorů a dalších datových zdrojů, která umožňuje sledování, analýzu a optimalizaci v reálném čase. Zjednodušeně řečeno – továrna získá svého digitálního dvojníka, na němž může zkoušet, testovat a zdokonalovat vše, co by jinak znamenalo riziko, prostoje nebo nákladné experimenty.

Česká výroba tuto technologii aktivně přijímá. Největší český výrobce automobilů Škoda Auto využívá digitální dvojče například při svém technickém vývoji, a nejde zdaleka o jediný příklad. Tento článek vysvětluje, jak digitální dvojčata fungují, co konkrétně přinášejí výrobním podnikům a proč se z futuristického konceptu stávají nezbytným nástrojem konkurenceschopnosti právě teď.

Virtuální kopie reálného světa: Jak digitální dvojče skutečně funguje

Aby bylo možné pochopit sílu digitálního dvojčete, je třeba jej odlišit od prostého počítačového modelu nebo 3D výkresu. Digitální dvojče není statický obraz – je to živý, průběžně aktualizovaný virtuální organismus. Digitální vlákno, komunikační rámec propojující fyzický svět s digitálním, získává data z platforem připojených k reálnému systému a předává je digitálnímu dvojčeti. K digitálnímu dvojčeti mohou být připojeny systémy jako zařízení průmyslového internetu věcí (IIoT), software pro počítačem podporované navrhování (CAD), systémy pro operativní řízení výroby (MES) a systémy pro plánování podnikových zdrojů (ERP).

Výsledkem je zcela nová schopnost: testovat bez rizika. Digitální dvojče umožňuje konstruktérům a řídícím technikům testovat širokou škálu scénářů a případů, aniž by bylo nutné přerušit výrobu nebo investovat do fyzických prototypů a testovacích zařízení. Když je finální iterace uzamčena, implementace a spuštění jsou mnohem rychlejší a plynulejší, protože dlouhý seznam otázek, který by se normálně musel řešit v té fázi, je již vyřešen.

Díky konceptu digitálního dvojčete každý fyzický prvek továrny má svůj virtuální obraz a pracuje v reálném čase, přičemž propojení výrobních zařízení a informačních systémů umožňuje přesné a relevantní informace k efektivnímu plánování a optimalizaci výroby. Výrobní manažer tak poprvé v historii vidí celý závod – jeho aktuální stav, jeho historii i jeho možnou budoucnost – z jediného místa, na jediné obrazovce.

Od návrhu po servis: Kde digitální dvojče šetří čas i peníze

Přidaná hodnota digitálního dvojčete se projevuje v každé fázi životního cyklu produktu i stroje – od prvního výkresu až po posledního servisního technika. Digitální dvojče usnadňuje fázi návrhu stroje a šetří čas při jeho oživování – při navrhování stroje lze zjednodušit koordinaci práce mezi odborníky na elektrickou a mechanickou konstrukci i mezi programátory. Virtuální zprovoznění pak umožňuje odzkoušet funkce stroje na jeho modelu nanečisto ještě dříve, než se reálný stroj vůbec začne stavět.

Výsledky jsou měřitelné a přesvědčivé. Výsledky jednoho z projektů byly opravdu ohromující: odchylka od skutečného stroje oproti digitálnímu dvojčeti byla menší než jedno procento, doba záběhu stroje se zkrátila o více než 70 procent a produktivita za provozu se zvýšila o více než 10 procent. Přínosy se přitom projevují i v rovině obchodní: pokud firma disponuje digitálním dvojčetem svého stroje a zákazníkova obrobku, může na digitálním dvojčeti prokázat, nakolik stroj bude vyhovovat koncovému uživateli, a to bez toho, aby musela cestovat na druhý konec světa – v tom je skrytá obrovská úspora času a nákladů.

Nezanedbatelný je i aspekt vzdělávání: školení budoucí obsluhy stroje je možné provést přímo na digitálním dvojčeti virtuálně vzdáleně, a to mnohem dříve, než stroj fyzicky stojí na místě určení. B4I Pro podniky s komplexním strojním parkem to znamená výrazné zkrácení doby náběhu nových pracovníků a eliminaci chyb způsobených nedostatečným zaškolením.

“Digitální dvojče přináší optimalizaci procesů během celého životního cyklu obráběcího stroje a otevírá prostor pro nové byznys modely – jak pro výrobce stroje, tak i pro jeho uživatele. Dá se říct, že digitální dvojče je ideálním průnikem pohledu uživatele a výrobce stroje na celý proces výroby.”

Tomáš Duba, ředitel Motion Control, Siemens s.r.o.

Česká praxe: Kdo už digitální dvojče nasadil a co tím získal

Digitální dvojčata nejsou výsadou pouze technologických gigantů. Příklady z českého průmyslu ukazují, že tuto technologii úspěšně implementují i tuzemské firmy. Konkrétním důkazem je závod Siemens v Mohelnici, výrobce elektromotorů, který zavedl takzvanou bezpapírovou výrobu. Od samotného návrhu obráběných dílců, přes jejich přípravu do výroby i výrobu vlastní, celý proces probíhá pouze v digitální podobě. Ze všech poptávaných výrobců strojů v mezinárodní konkurenci dokázala nejlépe obstát česká firma CZ.TECH z Čelákovic – výhody plynoucí z implementace digitálního dvojčete jsou tak markantní, že CZ.TECH nasazuje tuto technologii i mimo koncern Siemens.

Inspirativním příkladem z jiného segmentu je výrobní skupina Wikov Industry, kde implementace digitálního řešení pomohla překonat hrozbu tzv. ostrovních řešení. Projekt digitalizace se stal základním kamenem celé skupiny. Vyrábí se více na zakázku s kratšími dodacími lhůtami, klíčová je schopnost řídit materiály s dlouhou dodací lhůtou a udržovat strategické sklady. Digitalizace na úrovni předvýrobních procesů je cestou k dosažení velkých úspor.

Podle zprávy Digital Twin Global Survey Report mezi hlavní přínosy uváděné organizacemi patří možnosti monitorování a řízení procesů (38 %), efektivita a bezpečnost (37 %) a finanční úspory (33 %). Digitální dvojče výroby dnes dokáže automatizovat plánování zakázek, umožňuje přeplánování v řádu minut a integruje ERP systémy, stroje i personál pro řízení výroby podle aktuálních dat – to vše v jednom provázaném systému, který reaguje na realitu závodu v reálném čase. Elektro MAR a.s. je připravena pomoci vašemu podniku udělat první krok směrem k vlastnímu digitálnímu dvojčeti – od analýzy stávajícího stavu až po plnou integraci do vašich výrobních procesů.