Как SpiraTec переопределяет производство с помощью открытого пусконаладки и совместных инноваций

Авторы: Майкл Кассекерт (менеджер команды и аккаунтов), Виктор Гапоненко (старший инженер-профессионал) и Мориц Лангер (инженер-профессионал).

Группа SpiraTec является глобальным игроком в области промышленного инжиниринга и решений в процессной промышленности, специализирующейся на цифровой трансформации, инжиниринге, робототехнике, автоматизации и промышленной ИТ. Экспертиза SpiraTec в области виртуального пусконаладки помогает производителям оптимизировать процессы, сокращать затраты и ускорять цифровизацию по всему миру.

В этой статье узнайте, как SpiraTec помогает клиентам решать ключевые проблемы отрасли и путь к «Открытой пусконаладке» — инициативе с открытым исходным кодом, основанной на Unity, которая направлена на создание поистине совместимого и доступного решения для виртуальной пусконаладки.

По мере того как отрасли ускоряют свою цифровую трансформацию, производители сталкиваются с растущим давлением, чтобы быстрее выводить продукты на рынок, сокращать затраты и достигать целей устойчивого развития — при этом сталкиваясь с фрагментированными данными, устаревшими методологиями и ограниченной стандартизацией. Эти проблемы требуют более умных, интегрированных решений — и здесь на помощь приходят цифровые двойники и виртуальная пусконаладка.

Глобальный рынок цифровых двойников испытывает рост спроса: его стоимость составит 17,73 миллиарда долларов в 2024 году, и ожидается, что он вырастет с 24,48 миллиарда долларов в 2025 году до 259,32 миллиарда долларов в 2032 году. Согласно отчету Capgemini Research Institute о цифровых двойниках отчету, 57% организаций указывают на устойчивое развитие как ключевой фактор для инвестиций в цифровые двойники, при этом 51% ожидают, что эти технологии помогут им достичь экологических целей.

Виртуальная пусконаладка — ключевое приложение технологии цифровых двойников — является революционным решением для цифровизации, позволяя производителям моделировать и оптимизировать процессы до реального развертывания, тем самым снижая потребление ресурсов и сокращая затраты.

Понимание виртуальной пусконаладки

Традиционно пусконаладка в автоматизации относится к процессу приведения новой системы (устройства, машины, завода и т. д.) в полностью рабочее, готовое к производству состояние. В прошлом это означало, что большинство программирования ПЛК (программируемый логический контроллер) и тестирования системы требовали наличия физического оборудования, что часто приводило к дорогостоящим задержкам и последнему моменту устранения неполадок.

Виртуальная пусконаладка меняет эту парадигму и воспроизводит весь процесс пусконаладки в цифровой среде. Вместо общения с реальными устройствами, датчиками и актуаторами, ПЛК общается с цифровым двойником — эмулированной моделью, которая точно отражает поведение реальной системы. Критически важно, что один и тот же код программы ПЛК используется как для виртуальных, так и для физических этапов, что обеспечивает бесшовную передачу без необходимости в модификациях кода или последнем моменте переписывания, как только физическое оборудование становится доступным.

Как виртуальная настройка приносит реальную ценность

Увеличение эффективности Виртуальная настройка значительно сокращает количество испытаний на месте и необходимость в физических прототипах, что приводит к значительной экономии времени и средств. Это также ускоряет циклы разработки, позволяя командам быстро итеративно работать в цифровой среде, сокращая время выхода на рынок.

Снижение рисков Обнаруживая ошибки на ранних стадиях с помощью симуляций, виртуальная настройка снижает риск дорогостоящих ошибок. Более того, она поддерживает более безопасные развертывания, позволяя командам цифровым образом моделировать опасные задачи, устраняя потенциальные риски до физической реализации.

Сотрудничество и инновации Реалистичные симуляции способствуют лучшему согласованию между межфункциональными командами. Визуализируя и взаимодействуя с системами в виртуальном пространстве, заинтересованные стороны получают более глубокие инсайты и улучшают общую коммуникацию, способствуя креативности и инновациям.

От ограничений к возможностям: Наш переход к Unity

В SpiraTec мы всегда руководствовались одной целью: помочь нашим клиентам без проблем интегрировать виртуальную настройку в их операции. Мы столкнулись с закрытыми системами с ограниченной расширяемостью, небольшими пользовательскими сообществами и минимальными интерфейсами программирования приложений (API) — условиями, способствующими зависимости от поставщика и увеличивающими риски проекта.

Вместо того чтобы позволить нам инновации, эти ограничения часто замедляли нас и оставляли наших клиентов без доступных и масштабируемых решений, которые им были нужны.

Вступает Unity, реальный 3D-движок, который стал ключом к преодолению наших самых больших препятствий. Разблокировав возможности редактора Unity, мы не только получили современные физические и рендеринговые возможности, но и кардинально изменили наш подход к разработке моделей цифровых двойников.

Следующие технологии и функции в Unity помогли нам решить несколько проблем и сформировали наш процесс разработки цифровых двойников:

• Система префабов: Позволяет нам использовать объектно-ориентированный подход к созданию цифровых двойников, который использует повторно используемую библиотеку компонентов. Это значительно ускоряет разработку, сохраняя при этом постоянное качество в различных проектах.
• Pixyz: Позволяет нам бесшовно импортировать данные проектирования с использованием компьютера (CAD) и настраивать рабочий процесс на основе правил для создания цифровых двойников на основе конкретных метаданных и стандартов клиентов.
• Интерфейс пользователя (UI) Toolkit: Обеспечивает создание и улучшение контента UI для редактора и времени выполнения, обеспечивая более плавный пользовательский опыт для пользовательских инструментов и интерфейсов.
• Система заданий: Реальный шаг вперед для нас, позволяющий эффективно выполнять многопоточные симуляции сложных процессов – таких как поток жидкости, перемещение сыпучих материалов и моделирование напряжений – и проекты цифровых двойников крупного масштаба.

Анализатор и профайлер хранилища: Предоставил подробные сведения о узких местах производительности, что позволило нам оптимизировать и улучшить качество проекта перед развертыванием, в конечном итоге предоставляя более надежные решения нашим клиентам.

Внутри крупномасштабного цифрового двойника: Переосмысленный ввод в эксплуатацию склада

Мы гордимся тем, что можем продемонстрировать реальную историю успеха, в которой участвует ведущая логистическая компания, симуляция склада которой интегрировала 12 виртуальных ПЛК в полностью цифровую среду. Модель включала эмуляцию полевой шины и симуляцию промышленных компонентов, таких как приводы, модули безопасности и RFID-ридеры. Для повышения удобства была разработана пользовательская интерфейс, обеспечивающая легкое и мощное автономное приложение .exe, оптимизированное для крупномасштабных симуляций.

Кроме того, система была бесшовно интегрирована с системой управления складом (WMS), что обеспечивало нативную телеграммную связь для управления данными о продуктах в реальном времени в безопасной виртуальной среде. Это обеспечило всестороннюю валидацию программного обеспечения до того, как физическая машина даже существовала, значительно улучшив качество и снизив риск развертывания.

Эта инициатива сократила их время ввода в эксплуатацию на 30%, значительно ускорив графики проектов, одновременно снижая затраты и риски. Помимо повышения эффективности, это также улучшило межотраслевое сотрудничество, что позволило проводить экономически эффективную итеративную разработку и быстрее валидировать концепцию.

За пределами эффективности: Движение к устойчивому развитию через симуляцию

Обсуждение виртуального запуска часто сосредоточено на сокращении времени запуска и улучшении сотрудничества – но эти преимущества также напрямую переводятся в ощутимую бизнес-ценность, особенно когда речь идет о устойчивом развитии.

Мы уже начали сотрудничать с клиентами, чтобы расширить использование цифровых двойников на протяжении последующих жизненных циклов продуктов, и потенциал для ускорения устойчивого развития и экономии затрат огромен. Упрощая процессы и используя высокоточные симуляции, компании могут:

• Продлить срок службы оборудования: Используя алгоритмы предсказательного обслуживания, обученные на симулированных данных, организации минимизируют износ, откладывая дорогостоящие замены и ремонты. Меньшее количество поломок напрямую снижает затраты на обслуживание и уменьшает незапланированные простои.
• Сократить потребление ресурсов: Проверяя логические схемы управления и рабочие процессы в виртуальной среде, команды могут выявлять пробелы в эффективности, которые приводят к снижению потребления энергии и минимизации отходов материалов. Эти улучшения не только помогают достичь экологических целей, но и снижают операционные расходы.
• Ускорить время выхода на рынок: Виртуальный запуск минимизирует необходимость в физических прототипах и длительном тестировании на месте. В результате компании могут быстрее запускать продукты, быстрее захватывать долю рынка и быстрее получать возврат на инвестиции в НИОКР.

Сокращенная площадь на месте: Меньше визитов по устранению неполадок и более короткие сроки установки снижают выбросы и расходы, связанные с поездками. Это преимущество значительно увеличивается для организаций с несколькими глобальными объектами.

Формируя будущее вместе: Инициатива, основанная на сообществе

Сотрудничество и открытость приведут к величайшим прорывам виртуального комиссирования по мере его дальнейшего развития. С Open Commissioning мы не просто делимся инструментами, мы создаем экосистему, основанную на сообществе, где инновационные идеи могут быть отточены, протестированы и применены для решения реальных проблем.

Самые захватывающие события еще впереди. Наша следующая эволюция включает интеграцию генеративного ИИ и облачного моделирования в реальном времени, установление стандартов данных и расширение промышленной связи. Изучите прогресс на GitHub и станьте частью инноваций.

Будущее производства — это сотрудничество, основанное на данных, и экологичность. Мы приглашаем вас присоединиться к нам в этом путешествии, и вместе мы создадим более умный и устойчивый промышленный ландшафт.

Нажмите здесь, чтобы присоединиться к нашей группе в LinkedIn и поделиться своими идеями, чтобы помочь создать более динамичную, эффективную и устойчивую структуру для виртуального комиссирования.