Цифровой двойник предприятия – высокотехнологичный инструмент, способный минимизировать ошибки при разработке инвестиционной программы предприятия, а также значительно повысить его операционную эффективность. Цифровые двойники уже активно используются ведущими мировыми компаниями для решения таких задач, как сменно-суточное планирование, оптимизация политики управления запасами, перераспределение трудовых и материальных ресурсов и многое другое.

Современные реалии требуют от предприятий максимально эффективно использовать имеющиеся мощности и сводить к минимуму риск дорогостоящих ошибок при принятии оперативных и инвестиционных решений. Чтобы получить преимущество в конкурентной борьбе, компании берут на вооружение передовые ИТ-технологии. Одной из таких технологий является цифровой двойник предприятия.

Несмотря на то что в ведущих западных компаниях цифровые двойники уже активно используются, в России эта технология еще только набирает популярность. Многие руководители еще не знают, что такое цифровой двойник, или имеют ошибочное представление о том, что это такое и как это использовать для максимизации эффективности своих компаний.


Что такое цифровой двойник?
Самое распространенное ошибочное представление, которое приходится слышать, – это то, что цифровой двойник являет собой просто 3D-модель, которая используется исключительно для визуализации производственного актива/станка/здания, то есть является некой красивой картинкой без какого-либо дополнительного функционала.

Есть противоположное заблуждение, что цифровой двойник – это такая волшебная коробка, в которую ты кидаешь неэффективное предприятие, а она сама, без твоего участия, выдает идеально работающий актив. Это говорит о том, что люди часто не осознают объем работы и вовлеченности, который требуется как от разработчиков, так и от клиентов, чтобы создать ценный продукт.

На мой взгляд, наиболее точно и корректно описывает цифровой двойник следующее определение: "Цифровой двойник предприятия – это его копия в виртуальной среде. Цифровой двойник с высокой точностью воспроизводит процессы и операции на предприятии и позволяет решать широкий спектр бизнес-задач".

Для общего понимания стоит упомянуть так называемый цифровой двойник объекта (речь может идти о вагоне, автомобиле, турбине и т.д.). Это как раз та самая "красивая картинка", которая упоминалась ранее. Несмотря на схожесть в названиях, это совсем другая тема: речь там идет лишь о 3D-визуализации, без какого-либо погружения в логику процессов.

Для чего могут быть использованы цифровые двойники?
Здесь возможен целый спектр задач, например сменно-суточное планирование, оптимизация политики управления запасами, оценка инвест-проектов и многое другое. В зависимости от специфики работы предприятия и текущих приоритетов его развития функционал и интерфейс двойника может быть заточен под решение тех или иных задач.

Заказчик может тестировать гипотезы на базе возможностей и параметров, заложенных в продукт. Важно понимать, что цифровой двойник обычно используется не для отслеживания ситуации "на данный момент", а для того, чтобы заглянуть в будущее.

Примеры задач, которые поможет решить цифровой двойник:

Точное прогнозирование объемов производства.
Оценка эффекта введения в эксплуатацию нового оборудования и инфраструктуры.
Определение оптимального количества техники.
Анализ узких мест по переделам, включая декомпозицию потерь производительности на каждом переделе.
Определение оптимальной политики управления запасами ресурсов.
Где применяют цифровые двойники?
Цифровые двойники активно используются практически во всех отраслях промышленности: в машиностроении, авиастроении, в сфере добычи и переработки ресурсов. Например, в нефтяной и газовой промышленности применяются цифровые двойники месторождений. Они позволяют инженерам анализировать работу месторождения и оптимизировать его производственный процесс.

Двойник дает возможность воспроизводить различные ситуации, которые могут возникать на производстве. Это позволяет подбирать наиболее адекватные сценарии проведения технологических процессов, чтобы избежать сбоев и аварийных ситуаций.

На одном из европейских нефтеперерабатывающих предприятий система предиктивной аналитики позволила предсказать сбой большого компрессора за 25 дней до того, как он случился. Это сэкономило компании несколько миллионов долларов.

Важно отметить, что сфера применения виртуальных двойников не ограничивается промышленностью. Их можно встретить в ритейле, медицине, строительстве. Область применения будет расширяться вслед за созданием новых математических моделей.

Эффективно также использование двойников для транспортной и логистической отрасли. По данным исследования McKinsey, применение цифровых двойников в логистических складских комплексах позволяет сократить уровень капитальных затрат до 10%, а последующих операционных – до 30%.

В целом использование цифровых двойников является очень важным инструментом для оптимизации работы различных объектов. Они позволяют инженерам анализировать и оптимизировать работу процессов и систем в реальном времени, что дает возможность сократить затраты на производство и повысить эффективность работы предприятий.

Основные этапы создания цифровых двойников
Как и создание многих других цифровых продуктов, разработку цифрового двойника промышленного объекта можно разделить на типовые этапы.

1. Обследование
Изучаем нормативные документы, техкарты и инструкции, проводим интервью с экспертами на предприятии. Зачастую большая часть информации о работе предприятия и его процессах не оцифрована и хранится "в головах" сотрудников, поэтому проведение интервью – очень важная часть подготовительного этапа. Чем более полную картину мы сможем собрать в начале работы, тем более приближенный к реальности цифровой двойник сможем создать в итоге. Важно также отметить, что даже если процесс задокументирован, не факт, что в жизни этот процесс выполняется строго по инструкции, в реальности он может выполняться по-другому, выполняться не всегда или вовсе игнорироваться. Поскольку нашей задачей является воспроизведение процессов "как есть", важно все проговаривать с экспертами на местах, а не слепо руководствоваться нормативными документами.

2. Разработка
Воссоздаем инфраструктуру и логику операций предприятия в виртуальной реальности с помощью блок-схем и программного кода. Как правило, разработка ведется в специализированной среде разработки сродни Eclipse или IntelliJ IDEA. На большинстве проектов это самый долгий и трудоемкий этап.

3. Валидация
Прогоняем модель на исторических данных и сравниваем результаты с фактом. В случае значительных расхождений разбираемся, что не так, и устраняем ошибки и неточности.

Цель – добиться минимального расхождения с фактом. Это позволяет убедиться в надежности двойника. Нормальной погрешностью принято считать 2–5%, в зависимости от специфики моделируемой системы.

4. Эксплуатация
Получаем цифровой двойник, который работает так же, как предприятие в реальности. Разработанный двойник можно использовать для решения актуальных бизнес-задач.

Сколько времени требуется на создание цифрового двойника?
Я часто слышу этот вопрос от наших заказчиков, которых либо пугают слишком долгие сроки реализации проектов, либо, наоборот, настораживают слишком быстрые в разработке решения. В моей практике были проекты длительностью и один месяц, и пятнадцать. Важно понимать, что создание цифрового двойника всегда индивидуальная история, поэтому и сроки зависят от параметров и задач конкретного проекта, а также степени зрелости предприятия (как в части ИТ, так и в целом). Ни для кого также не секрет, что на темпы реализации проекта сильно влияет вовлеченность со стороны клиента.
Если говорить в среднем, то на создание цифрового двойника для небольшого актива с высокой степенью цифровизации понадобится от трех до шести месяцев. Для масштабных проектов или предприятий с низким уровнем цифровой среды срок создания двойника может доходить до 9–15 месяцев.

Реальные кейсы
Рассмотрим эффекты внедрения цифровых двойников на примере реальных кейсов из нашей проектной практики.

Цифровой двойник морского порта
Контекст

Крупный порт на юге России испытывал проблемы с качеством сменно-суточного планирования и оптимизацией загрузки мощностей. Компания обратилась к нашим экспертам с запросом на разработку инструмента для поддержки принятия более точных и взвешенных решений.

Задачи

Повышение точности сменно-суточного планирования.
Расчет пропускной способности порта и оценка целесообразности заключения новых договоров на дополнительные объемы перевалки.
Результат

Цифровой двойник  передан клиенту для ежедневного использования при составлении сменно-суточного плана. Его использование позволило повысить среднесуточные объемы перевалки (и, как следствие, выручку) на 4%, а также выявить потенциал для заключения дополнительных договоров и увеличения контрактных объемов на 10%.



Цифровой двойник угольного карьера
Контекст

Одна из ведущих горнодобывающих групп в СНГ испытывала проблемы с качеством планирования на одном из принадлежащих ей угольных карьеров. Регулярно не выполнялись планы по извлечению вскрыши (пустой породы, покрывающей залежи полезного ископаемого и извлекаемой при его добыче открытым способом), что вело к срыву планов по добыче угля. Для решения данной проблемы группа обратилась к нашим экспертам для оказания услуг по имитационному моделированию процессов извлечения вскрыши в карьере.

Задачи

Точное прогнозирование объемов извлечения вскрыши.
Оценка инвестиционных проектов.
Анализ узких мест по переделам, включая декомпозицию потерь производительности на каждом переделе.
Определение оптимальной политики управления запасами запчастей.
Результат

Цифровой двойник  передан клиенту и активно используется для оптимизации параметров управления запасами запчастей (закупки по графику или при определенных условиях, объемы закупок и т.д.) и прогнозирования объемов извлечения вскрыши при различных вводных. Его использование позволило точно оценить эффект масштабного проекта по увеличению мощностей, а также выявить реальные потери производительности на каждом этапе производственной цепочки.



Заключение
Очевидно, что использование цифровых двойников имеет множество практических преимуществ для промышленности и логистики. Они могут использоваться для оптимизации производственных процессов, улучшения эффективности работы оборудования, снижения затрат на производство, повышения качества продукции и многого другого. Повсеместное внедрение данной технологии – лишь вопрос времени. Но те предприятия, которые начнут использовать в работе цифровые двойники раньше конкурентов, несомненно, получат значительное преимущество.