Преимущества использования цифровых двойников в промышленности

В настоящее время цифровые двойники самых разных производственных объектов и процессов набирают популярность во многих промышленных отраслях и способны эффективно решать самые различные задачи.

Цифровой двойник (Digital Twin) – это аналогичная реальному объекту или производственному процессу его цифровая модель. При этом особенности, параметры и характеристики такой BIM модели способны воспроизводить состояние реального материнского объекта под влиянием разнообразных факторов и в различных ситуациях эксплуатации такого объекта. По своей сути цифровой двойник представляет собой комплекс математических данных и формул, которые характеризуют не только сам производственный объект, но и протекающие в нем процессы.

Стоит отметить, что создание цифровых двойников может опережать появление их реальных прототипов. Дело в том, что виртуальную цифровую модель объекта, здания или сооружения целесообразнее создавать до реализации строительного проекта, на этапе проектирования. Таким образом, можно заранее оценить нюансы эксплуатации будущего объекта в различных режимах и под влиянием разных факторов, внести соответствующе корректировки в проект и существенным образом снизить будущие издержки. В то же время, после реализации строительного проекта его информационная модель должна регулярно обновляться с целью повышения степени ее актуальности.

Чтобы заранее оценить состояние будущего объекта в тех или иных ситуациях, используют технологии машинного обучения. Не менее актуальны данные технологии и в процессе создания цифровых двойников для уже существующих объектов, к примеру, для объектов нефтеперерабатывающей промышленности и других заводов. Следует отметить, что доскональное описание всех характеристик работы того или иного промышленного объекта в процессе создания его информационной модели – это чрезвычайно трудоемкая задача. Однако при наличии комплексных сведений о работе существующего объекта в тех или иных ситуациях, можно на основе этих данных спрогнозировать его состояние при создании BIM модели.

Произведение расчетов и моделирование состояния будущих промышленных объектов – это не нововведение в данной сфере, однако, современные цифровые технологии позволяют производить такие расчеты в режиме реального времени, что значительно повышает эффективность моделирования.

Керн

Керн представляет собой породный столбик, извлеченный из разведочных скважин. Такой объект позволяет получить сведения о состоянии нефтеносного пласта. Получение таких данных очень важно при поиске технологий для исследования нетрадиционных и трудноизвлекаемых запасов нефти. Изучение полученного столбика породы в лабораторных условиях – это трудоемкий и затратный по времени, а также по финансовым инвестициям, процесс. Также следует упомянуть вероятность разрушения отдельных объектов в процессе лабораторных исследований, которая сводит на нет все попытки дальнейшей работы с ними.

Эффективное решение обусловленной задачи – создание цифровых двойников керна. Сканирование таких объектов в томографе с высоким разрешением позволяет получить их цифровые информационные модели в трехмерном виде, которые можно продолжать исследовать отдельно от материнского объекта. При этом можно решить сразу комплекс задач:

• проводить неограниченное число лабораторных исследований одного и того же материала;
• значительным образом сократить время и стоимость проведения лабораторных исследований;
• использовать материнский объект для дополнительных тестов и актуализации его цифровой модели;
• вывести лабораторные исследования керна на новый технологический уровень.

Использование данных технологий актуально даже в тех ситуациях, при которых извлечь реальный объект породы по тем или иным причинам представляется невозможным.

Назначение цифровых двойников

В современном мире цифровые двойники проникли в самые различные сферы повседневной жизнедеятельности людей (социальные сети, кредитные истории, список просмотренных сайтов в браузере). Такие цифровые двойники активно используются маркетологами, банковскими учреждениями и работодателями.

Можно предположить, что развитие цифровых двойников в медицинской области в недалеком будущем сможет предсказывать появление симптомов того или иного заболевания у человека еще до их реального возникновения.

В промышленной сфере использование цифровых двойников позволяет спрогнозировать наиболее оптимальные режимы и особенности функционирования того или иного будущего объекта, проводить различные тесты его эксплуатации в самых разнообразных условиях. При этом цифровые модели позволяют проводить такие тесты функционирования оборудования, которые при реальном их применении могли бы привести к повреждению объекта или утрате его работоспособности.

Анализ полученных данных в результате использования цифровых моделей позволяет получать сведения об износе и проблемах с функционированием материнских объектов в режиме реального времени, что влечет значительное сокращение издержек на ремонт и техническое обслуживание этих объектов.

Данные технологии могут быть применены не только для создания цифровых двойников отдельных объектов и оборудования, но также для моделирования производственных циклов, цехов и полноценных заводов, учитывая при их создании все необходимые производственные и логистические механизмы. Благодаря такому подходу можно заранее определить слабые места и устранить их на этапе проектирования, не допустив их негативное влияние после реализации строительного проекта.

В нефтегазовой промышленности цифровые двойники играют важную роль, в особенности для удаленных и труднодоступных месторождений, позволяя значительным образом сократить финансовые и временные затраты на их исследование.

Месторождение

Начало такому явлению, как цифровое месторождение, положило возникновение скважин, оснащенных специальными датчиками для сбора и анализа информации, а также технологиями, позволяющими производить удаленное администрирование и обслуживание данных скважин. Стоит отметить, что скважин самих по себе недостаточно, требуется также разработать полноценную информационную модель, которая учитывала бы не только оборудование, осуществляющее добычу нефти в указанном месторождении, но и все геологические особенности места его размещения. Благодаря подобному подходу ускоряется и упрощается процесс добычи нефти, на качественном уровне улучшается контроль над этим процессом, повышается его эффективность и безопасность.

Завод

Информационная цифровая модель завода по нефтепереработке должна включать в себя все подробные характеристики каждого объекта и механизма, задействованного в производственном процессе. Также необходимо, чтобы цифровой двойник завода с максимальной подробностью описывал характеристики всех протекающих физических и химических процессов, мог прогнозировать и моделировать различные ситуации и условия переработки добываемой нефти.

Автор статьи:
Гусельников Вячеслав Сергеевич

Подписывайтесь на наш telegram: