Цифровая модель, цифровой прототип или цифровой двойник – что лежит в основе управления данными в судостроении?

« All Blogs

Written by Ludmila Seppälä

Posted on December 08, 2020

Раскрытие всей мощи цифровизации и обновления технологии цифрового двойника в мире судостроения было давней мечтой. От первых 3D-моделей, созданных более чем 35 лет назад, до современной реальности с помощью IoT и инструментов больших данных эволюция заняла много времени и всё ещё не завершена. Основная идея заключается в создании цифрового двойника сложного физического объекта, такого как судно или морская платформа, позволяющего активировать управление судном и процессы моделирования; что само по себе обладает огромным потенциалом.

Во-первых, стоит посмотреть на происхождение и различие между цифровой моделью, цифровым прототипом и цифровым двойником и подробно остановиться на том, как процесс постепенного создания цифровых близнецов облегчается программным обеспечением 3D-дизайна и платформами для цифровых близнецов.

Цифровой двойник — это термин для рекламы. Он часто используется в сегодняшних дискуссиях о цифровизации, интеллектуальном производстве и Индустрии 4.0. Довольно часто авторы посвящают значительное место в своих статьях обсуждению контекста и точности этой терминологии для каждого случая использования. Цифровая модель, с другой стороны, имеет более устоявшееся определение.

Цифровая модель. Схема взята из Kritzinger, W. et al. (2018). ”Digital Twin in manufacturing: A categorical literature review and classification.”. IFAC-PapersOnLine, 51(11), 1016–1022. DOI. 

Цифровая модель. Схема взята из Kritzinger, W. et al. (2018). ”Digital Twin in manufacturing: A categorical literature review and classification.”. IFAC-PapersOnLine, 51(11), 1016–1022. DOI. 

Цифровая модель

САПР традиционно используется для создания цифровой модели, представления концептуальной идеи, детального проектирования судна в цифровой среде, а также для создания производственной и конструкторской документации. Это способ оценки вариантов проектирования и рассмотрения различных возможностей без необходимости делать это с физическими объектами. Оборудование, строительные изделия и трубопроводные системы могут быть смоделированы, 3D-макеты проверены на готовность к монтажу и строительству, а также оценены затраты до начала работ в цехах и на строительных площадках.

В этом процессе информация течет от цифровой модели к физическому объекту в одном направлении. 3D-модель может быть упрощенным представлением или детализированной моделью 1 к 1, содержащей значительное количество метаданных. Обычно назначение такой модели определяет используемые инструменты и уровень детализации. Для проектирования диаграмм P&I или расчетов и оценки устойчивости достаточно даже 2D-представления, поскольку на данном этапе проекта детали 3D-объектов не важны. В этих случаях назначение цифровой модели определяет уровень точности. Как правило, для САПР-моделей это означает упрощенную 3D-модель базового проекта, которая в дальнейшем используется для детального проектирования и производственного проектирования.

Цифровой прототип

Представление физического объекта в виде его цифровой тени имеет весьма специфическое применение. Они включают в себя захват готовых проектов или использование сканированных лазером данных для модернизации или реконструкции. Поток информации идет от физического объекта к цифровому представлению. Поскольку физические объекты содержат большое количество деталей, часто цифровая тень нуждается в упрощении. Классическим примером может служить труба с изоляцией. В дополнение к технологии, человеческое участие необходимо для распознавания правильного контура объекта для цифровой 3D-модели. Кроме того, метаданные обычно скрыты. Основываясь только на физической форме объектов, невозможно определить идентификаторы объектов или соответствующие инструкции по установке.

Цифровой двойник

Цифровой двойник разрабатывается с цифровой модели или цифровой тени, чтобы захватить или инициировать ее. Простой сценарий - когда цифровая модель постепенно создается с базовой стадии проектирования, развивается далее в детальном проектировании и используется для предоставления необходимой информации и моделирования изменений для процесса строительства. Это поддерживает и облегчает производственный процесс, который приводит к физическому объекту, такому как судно. Как только проект будет построен и завершен, цифровая модель может быть отброшена или может быть использована в дальнейшем для управления активами в качестве цифрового близнеца. Диапазон необходимых вариантов использования значительно варьируется от проектов технического обслуживания и модернизации до конкретных случаев моделирования сценариев чрезвычайных ситуаций или обучения персонала.

Похоже, что, несмотря на стремительные скачки в развитии программного и аппаратного обеспечения, существование универсального цифрового близнеца остается под вопросом. В промышленных проектах различным группам заинтересованных сторон требуются различные области сосредоточения информации. То, что является существенным и критичным для проектировщиков, не имеет отношения к техническому обслуживанию или другим функциям.

Цифровой двойник подчеркивает двунаправленный подход. Информационный поток не только из цифровых активов в физический мир, но и петляет обратно; информация из строительства и управления активами сливается с цифровой моделью. Это наиболее сложная ситуация, требующая четкого определения потребностей и ролей заинтересованных сторон.

Роль цифрового двойника в судостроении основанном на данных

Цифровой Близнец — это процесс, а не объект. В инженерии, основанной на данных, цифровой Близнец играет центральную роль в качестве динамического центра, где развивается информация, такая как 3D-модель, цифровая модель с метаданными, цифровая тень и все данные, связанные с созданием, строительством и эксплуатацией судна. Заинтересованные стороны на каждом этапе жизненного цикла определяют использование и необходимый объем информации для своих бизнес-целей.

Центр становится живым существом и процессом, а не хранилищем данных. Цифровой близнец как процесс обеспечивает тесное сотрудничество между всеми дисциплинами, интегрирует процессы и обеспечивает непрерывность от начала до конца. Разделяя один и тот же источник информации в реальном времени, он управляет и связывает весь процесс в управляемом данными судостроении.

Read more:

CADMATIC's design applications for incremental creation of digital twin

CADMATIC eShare - a digital twin hosting platform

Data-driven shipbuilding