Cyfrowe bliźniaki jako narzędzie optymalizacji systemu HSE w produkcji

W dzisiejszym świecie technologie cyfrowe odgrywają coraz ważniejszą rolę we wszystkich sferach ludzkiej działalności, w tym w produkcji i zarządzaniu. Jednym z obiecujących kierunków jest wykorzystanie cyfrowych bliźniaków (Digital Twin, CB) przedsiębiorstwa, które stanowią wirtualne modele rzeczywistych obiektów i procesów. Modele te są tworzone przy użyciu nowoczesnych technologii informacyjnych i metod matematycznych, co pozwala na uzyskanie dokładnych i aktualnych danych o stanie przedsiębiorstwa oraz prognozowanie jego rozwoju.

Czym jest Cyfrowy bliźniak?

Cyfrowy bliźniak (dalej – CB) to system uczący się, który składa się z zestawu modeli matematycznych różnych komponentów systemu i w sposób ciągły gromadzi informacje z czujników. Informacje te są korygowane z uwzględnieniem wyników rzeczywistych testów, a system przewiduje zachowanie układu w całym cyklu jego życia. Cyfrowy bliźniak pozwala symulować zachowanie rzeczywistego obiektu w świecie realnym.

Koncepcja cyfrowego bliźniaka została po raz pierwszy zaproponowana około dwóch dekad temu jako innowacyjne, kompleksowe narzędzie o wyraźnych zaletach: monitorowanie, symulacja i prognozowanie w czasie rzeczywistym. W istocie jest to wirtualna kopia rzeczywistego obiektu, wymieniająca z nim dane. Od tego czasu termin ten stał się powszechnie akceptowany, a same cyfrowe bliźniaki z każdym rokiem zyskują nowe możliwości.

Możliwości cyfrowych bliźniaków w zakresie monitorowania i gromadzenia danych w czasie rzeczywistym zależą od interakcji obiektów fizycznych ze sobą w symulowanym środowisku oraz z otoczeniem zewnętrznym w korporacyjnych systemach informatycznych. Analiza danych opiera się na algorytmach przetwarzania dużych zbiorów danych (Big Data) i narzędziach uczenia maszynowego. Połączenie tych technologii i ich wdrożenie w jednym lub kilku projektach wymaga możliwości technicznych, głębokiej wiedzy i umiejętności.

Do niedawna tworzenie cyfrowych bliźniaków było dość trudnym zadaniem, ale dzięki przełomowi w rozwoju technologii cyfrowych, takich jak Internet Rzeczy, sieci 5G, przetwarzanie w chmurze i sztuczna inteligencja, sytuacja uległa zmianie i dziś cyfrowe bliźniaki są jednym z głównych trendów technologicznych.

Jak działają Cyfrowe bliźniaki?

Cyfrowy bliźniak składa się z trzech głównych komponentów: rzeczywistego obiektu, jego wirtualnej kopii oraz stałej wymiany danych między nimi. Jego unikalność polega na tym, że jako dane wejściowe wykorzystywane są informacje z czujników rzeczywistych urządzeń pracujących jednocześnie. Praca może odbywać się zarówno w trybie online, jak i offline, po czym można porównać dane wyjściowe cyfrowego bliźniaka z danymi rzeczywistymi, wykryć anomalie i ustalić przyczyny ich wystąpienia.

Jakie korzyści przynosi stosowanie Cyfrowych bliźniaków specjaliście ds. HSE?

Dla specjalisty ds. HSE cyfrowe bliźniaki otwierają nowe możliwości w zakresie analizy ryzyka, planowania i kontroli środków bezpieczeństwa w produkcji oraz szkolenia personelu.

• Ocena ryzyka: Cyfrowe bliźniaki pozwalają na stworzenie szczegółowego modelu przedsiębiorstwa, biorąc pod uwagę wszystkie jego specyficzne cechy i powiązania między różnymi komponentami. Umożliwia to przeprowadzenie analizy ryzyka i zidentyfikowanie najbardziej wrażliwych obszarów i procesów, a także opracowanie środków zapobiegających sytuacjom awaryjnym i zmniejszających prawdopodobieństwo odniesienia obrażeń przez pracowników.
• Planowanie i monitorowanie działań: Cyfrowe bliźniaki dają możliwość wcześniejszej oceny skuteczności planowanych działań HSE, takich jak modernizacja sprzętu, wdrażanie nowych technologii czy zmiana procedur pracy. Pozwala to na wybór najskuteczniejszych rozwiązań, a także śledzenie postępów działań na wszystkich etapach wdrażania.
• Szkolenie pracowników: Cyfrowe bliźniaki mogą być wykorzystywane jako symulatory do szkolenia personelu. Pozwala to na szkolenie pracowników w warunkach maksymalnie zbliżonych do rzeczywistych, co zwiększa efektywność nauki i zmniejsza prawdopodobieństwo błędów w realnej pracy. Ponadto wykorzystanie cyfrowych bliźniaków może znacznie obniżyć koszty przeprowadzania testów i badań HSE, ponieważ modele wirtualne pozwalają na prowadzenie testów bez ryzyka dla ludzi i środowiska.

Należy jednak po raz kolejny zaznaczyć, że stosowanie cyfrowych bliźniaków wymaga od specjalisty ds. HSE określonej wiedzy i umiejętności w dziedzinie technologii informacyjnych. Dlatego dla pełnej realizacji tych możliwości konieczne jest prowadzenie dodatkowych szkoleń i podnoszenie kwalifikacji pracowników działów HSE.

W ten sposób cyfrowe bliźniaki przedsiębiorstwa stanowią obiecujący kierunek w dziedzinie HSE, który pozwala zwiększyć efektywność pracy i poprawić warunki pracy w zakładzie.