Kétségtelen, hogy a hagyományos gyártó ipar az elmúlt néhány évben gyökeres változáson esett át. Az Ipar 4.0-ként is ismert jelenség azon információs és kommunikációs technológiák széleskörű elterjedésének közvetlen következménye, amelyek lehetővé tették a hálózatosított, intelligens eszközök gyártásba történő integrációját.

Egy korábbi cikkünkben már beszámoltunk a negyedik ipari forradalmat mozgató legfontosabb tényezőkről; köztük a gyártásban résztvevő eszközök és rendszerek digitalizációját biztosító kiber-fizikai rendszerekről (CPS). Ezek a rendszerek képesek kapcsolatot teremteni a fizikai és a virtuális tér között, lehetővé téve így a fizikai eszközök valós idejű monitorozását vagy éppen irányítását. Mindez azonban nem jöhetne létre ezen eszközök virtuális mása, azaz a digitális iker nélkül.

A digitális iker

A digitális iker fogalmát sokféleképpen értelmezhetjük. De lényegében egy fizikai eszköz/rendszer virtualizált, számítógépesített másáról beszélünk, amely lehetővé teszi annak számos különböző célból történő szimulációját.

Hogy a fenti definíció kicsit érthetőbbé váljon, érdemes megvizsgálni, milyen tényezők játszanak szerepet egy digitális iker integrálásában, avagy milyen lépéseken keresztül működik. A digitális ikreket legtöbbször olyan komplex folyamatok modellezésére hozzák létre, melyek teljes működését, pontos eredményeit kiemelten nehéz lenne megjósolni. A virtuális másként működő rendszer a gyártósorra szerelt szenzorok adatait – gépek viselkedési karakterisztikáit, termék sajátosságokat (méret, szín, összetétel stb.) vagy éppen a gyár működési körülményeit – folyamatosan, valós időben gyűjti és elemzi. Az így gyűjtött adathalmazból pedig idővel betekintést enged az adott folyamat működési anomáliáiba, esetleg a termelés szempontjából előnytelen trendekbe.

Interakció a két világ között

Ez a fizikai és virtuális világ közti interakció útja, ami a fentiek értelmében a következő lépésekben, tényezőkben határozható meg:

1. Szenzorok, melyek a gyártósorra telepítve folyamatos adatot generálnak a rendszer fizikai elemeiről
2. Adat, ami egyaránt jelenti a szenzorok által gyűjtött, a cég által generált (pl. vállalatirányítási rendszerek, BoM adatok, tervezési paraméterek, stb.) és az egyéb adatokat (pl. műszaki rajzok, ügyfél reklamációk, stb.)
3. Integráció, amely lehetővé teszi az adatok áramlását a fizikai és virtuális tér között
4. Analitika, avagy a különböző algoritmusok alapján történő szimulációk, amely során a digitális iker az óriási adathalmazokból releváns, értelmezhető információt generál
5. Maga a digitális iker, amely a gyűjtött és feldolgozott adatok alapján egy közel valós idejű másolatát képezi a vizsgált fizikai eszköznek
6. Aktuátorok, azaz olyan fizikai eszközök, amik az esetleges visszacsatolási lehetőséget biztosítják a digitális iker számára

Egy digitális iker a valóságban persze ennél komplexebb – a fentiek célja, hogy átfogó értelmezést adjon működésükről. A példa egy gyártói környezetet vesz alapul, a technológia azonban a termékek teljes életciklusán keresztül alkalmazható, így nem csak a termelésben, hanem többek között a tervezésben is számos előnyt jelenthet.

Digitális ikrek a tervezésben

Míg a hagyományos terméktervezési folyamatokban az elsődleges szerep a megfelelő szaktudással és tapasztalattal rendelkező tervezőmérnöknek jutott, addig ma már egyre inkább az ügyfél és az ő igényei kerülnek előtérbe; ez válik a legmeghatározóbb faktorrá. Emellett – mint sok más egyéb folyamat – a tervezés is kezd virtualizált, hálózatosított folyamattá válni. E két okból kifolyólag egyre nagyobb teret kap a big datára és felhőalapú gyártásra épülő tervezés. Ezeknek a folyamatoknak azonban még számos hiányosságuk van, például a fizikai és virtuális adatok összeegyeztethetőségének vagy éppen a valós idejű visszacsatolásnak a hiánya.

És éppen ezek a problémák küszöbölhetők ki a digitális ikrek segítségével. Eredményességük meghatározásához érdemes hatásukat a terméktervezés főbb fázisai,

•  a konceptuális tervezés,
•  a részletes tervezés és
•  a virtuális ellenőrzés alapján vizsgálni.

Konceptuális tervezés

Meghatározásra kerül a termék vagy folyamat alapkoncepciója, fő funkciói, esztétikai tulajdonságai. Ezen tényezők meghatározásához a tervezőknek számos adatot figyelembe kell venniük, így például az ügyféli visszajelzéseket, eladási statisztikákat vagy befektetési terveket. Ezek hatalmas, nehezen feldolgozható adathalmazok. A digitális ikrek használatával azonban könnyen integrálhatók, így számos olyan információ szűrhető ki belőlük, ami növelheti a tervezés hatékonyságát. A technológia emellett az ügyfél és tervező közti kommunikációt is gyorsabbá és átláthatóbbá teszi, hiszen a termék teljes fizikai életciklusa valós időben lekövethetővé válik.

Részletes tervezés

Ebben a szakaszban pontosan kidolgozásra kerülnek a szükséges funkciók, paraméterek, illetve elkészülnek a prototípusok és egyéb szükséges eszközök. A folyamatot többször ismételt szimulációk kell kísérjék, ezek eredményessége, hasznossága azonban – a valós idejű és környezeti adatok hiányában – kétséges. Akárcsak a konceptuális tervezés esetében, a fizikai termékről nyert és a tervekről hozott döntésekben szerepet játszó, egyéb adatok integrációja a digitális ikermodellbe, jelentős többletinformációt jelent a tervezőknek. A visszajelzések és használati adatok a termék összetételéről, megjelenéséről, teljesítményéről, a környezeti adatok a termék használati helyéről vagy akár a működési adatok egy korábbi generációból, mind segíthetnek a szükséges funkciók és paraméterek pontos meghatározásában.

Virtuális ellenőrzés

A tervezés utolsó lépésében történik a termék validálása. A hagyományos modell szerint a tervek egészen addig nem értékelhetők ki, amíg legalább egy null szériát nem gyártanak le. Ez egyrészt késlelteti a tényleges termelést, másrészt jelentős többletköltségekkel jár. A digitális ikreknek köszönhetően ez a lépés teljesen kihagyható. A minőség, teljesítmény előre megjósolható, hiszen pontos szimulációk futtathatók a tervek, gyártófolyamatok és környezeti faktorok adatai alapján. Így a gyártás során esetlegesen fellépő hibák is felismerhetők és kiszűrhetők. Sőt, ezen adatok integrálásával az ikermodell olyan műveleti utasítások megadására is képes, amellyel maga a gyártás (esetleg a szervizelés is) még elöljáróban optimalizálható.

A tervezés során használt digitális ikermodell tehát számos különböző forrásból érkező adatot integrál. CAD szoftverek 3D modelljeit, CAE rendszerek 1D, 2D és 3D analízis modelljeit, digitális szoftverek terv- és tesztelési adatait, elektronikai terveket, BoM adatokat és egyéb rendszer modulokat. Igazi ereje, hogy képes közel valós idejű, állandó kapcsolatot teremteni a fizikai világgal, így ténylegesen egyfajta értékes adathalmazból álló “ikertestvérként” funkcionál.

Az üzleti érték

A fentiekben vázolt előnyök ellenére azonban a digitális ikrek alkalmazását továbbra is némi bizonytalanság kíséri. Felmerülnek az égető kérdések: Valóban megéri alkalmazni? Milyen változtatásokat igényel egy vállalat életében? Hogyan lehet vele valódi értéket realizálni?

Ha egy vállalat az ikermodell bevezetését tervezi, elsősorban a stratégiai teljesítménnyel és piaci dinamikával kapcsolatos szempontokat kell fontolóra vennie. Ezek a termék teljesítményének és élettartamának növekedését, gyorsabb tervezési ciklusokat, új bevételi források kialakulását vagy a jótállási költségek hatékonyabb kezelhetőségét eredményezhetik. Ezek a szempontok ugyanis olyan specifikus alkalmazásokhoz vezethetnek, melyek egyértelmű üzleti értéket képezhetnek a digitális ikrek használatával. Ilyen esetekben pedig nem kérdéses, hogy alkalmazásuk hatalmas előrelépést jelenthet egy vállalat életében.

A gyakorlat is azt mutatja, hogy az egyre kedvezőbb felhőalapú tárhely szolgáltatásoknak és számítástechnikai költségeknek köszönhetően a digitális ikermodellek bevezetésének száma megugrott. A technológia alkalmazása ma minden eddiginél könnyebb, potenciális hatékonysága pedig óriási, hiszen hatása a gyártás minden területére kiterjed. A fizikai eszközök viselkedésének valós idejű követhetősége olyan információkhoz enged hozzáférést, amelyek pár évvel ezelőtt még elképzelhetetlenek voltak. A kérdés így ma már nem az kéne legyen, hogy érdemes-e bevezetni a digitális ikermodelleket. Hanem az, hogy hogyan célszerű belevágni. Nagyon úgy fest, hogy ez a jelenség egy kialakulóban lévő trend. Könnyen elképzelhető, hogy idővel nem a versenyelőnynek, hanem magának a versenyben maradásnak lesz egyik megkerülhetetlen előfeltétele.