ATOM: цифровой двойник газотурбинного парка Siemens

ATOM: цифровой двойник газотурбинного парка Siemens

Обзор

В последние годы по мере все более широкого распространения Интернета вещей, возрос интерес к концепции создания цифровых двойников.

Цифровой двойник — это виртуальное воплощение физической системы. Он создаётся на основе экспертных знаний в соответствующих областях, а также данных, полученных с датчиков на реальных прототипах.

Компании decisionLab Ltd и Siemens обратились к концепции цифрового двойника, разработав многоагентную модель работы и технического обслуживания турбин (ATOM, Agent-based Turbine Operations & Maintenance model), Созданный ими двойник эмулирует операции по техническому обслуживанию, ремонту и капитальному ремонту (ТОиР) авиационных газотурбинных установок Siemens по всему миру. Модель построена на основе уже имеющихся реальных данных цепи поставок. Она дает возможность использовать сложные методы моделирования и анализа данных для оптимизации эксплуатации энергетических газовых турбин Siemens. Это позволяет принимать информационно обоснованные решения относительно клиентских операций и управления активами и повышать производительность и эффективность данных процессов.

Проблема

Компания Siemens производит широкий ассортимент промышленных турбин, а также недавно приобрела у Rolls-Royce ее бизнес по производству авиационных газотурбинных установок и компрессорных систем. После этого Siemens представила на рынок новую авиационную газовую турбину (SGT-A65), созданную с помощью приобретенных активов.

Поскольку Siemens не сама разрабатывала новую турбину от начала и до конца, при производстве и техническом обслуживании возникло множество новых и непредвиденных проблем, связанных с эксплуатацией и ремонтом.

Программное обеспечение для прогнозирования на базе Microsoft Excel, которое на тот момент использовалось в Siemens, в новых условиях оказалось неэффективными. Объем данных был настолько велик, что Excel не справлялся с ним, и результаты прогнозирования были недостаточно точны, чтобы с их помощью легко и быстро выявлять проблемные места и находить решения.

Таким образом, компании нужно было более эффективное средство для решения проблем эксплуатации газотурбинного парка. Основные требования к инструменту на тот момент были таковы:

Компания Siemens хотела визуализировать весь процесс производства и технического обслуживания, включая логистику цепи поставок, крайне важную для всей системы. Siemens подчеркивал необходимость также визуализировать результаты проигрывания различных сценариев «что-если», чтобы у компании было экономическое обоснование нескольких вариантов инвестиций для принятия информированных решений, как внутри компании, так и при работе с клиентами.

Решение

Для решения этих проблем компании decisionLab и Siemens решили создать цифрового двойника ATOM. Цифровой двойник опирался на прошлые результаты внедрения цифровых технологий на машиностроительных и производственных предприятиях Siemens. Модель использует огромное количество доступных данных о клиентах, цепи поставок, производстве и обслуживании, позволяя повысить эффективность клиентских операций и управления активами. В ATOM в мельчайших подробностях отображены клиентские операции, работы баз технического обслуживания, характеристики двигателя и логистика цепи поставок для всего газотурбинного парка и всего цикла эксплуатации. Именно благодаря полному и детальному отображению реальных процессов модель позволяет значительно повысить эффективность клиентских операций и управления активами.

Отображение всей системы в виде цифрового двойника дает отличные возможности для анализа. Пользователи модели могут изучить любой аспект системы и проиграть сценарии «что-если», чтобы выявить все взаимосвязи. Это позволяет легко выявлять проблемные места и принимать решения с учетом работы всей системы.

Разработка цифрового двойника требует крайне сложной имитационной среды, а разработчики часто используют те же подходы, что и при разработке программного обеспечения. Успешное моделирование производственных процессов различных уровней и сложности требует от моделирующего ПО значительной гибкости. Поэтому в качестве основного инструмента моделирования decisionLab выбрала AnyLogic.

Основа модели состояла из множества независимых элементов, с помощью многоагентного моделирования удалось отразить все необходимые детали. В ATOM разработчики использовали данные, относящиеся к следующим аспектам эксплуатации газотурбинного парка Siemens:

Диаграмма взаимодействия агентов

Эти аспекты представлены на диаграмме взаимодействия агентов, которая демонстрирует, насколько сложна среда цифрового двойника.

Помимо многоагентного подхода в цифровом двойнике применена модульная архитектура, которая позволила разделить систему на составляющие функциональные уровни и применить при разработке модели системный инженерно-технический подход. Данный подход позволяет несколькими пользователям одновременно работать с моделью над разными задачами и использовать разные наборы данных, а также позволяет разработчикам непрерывно развивать и совершенствовать модель, не вызывая сбоев в ее работе — планируется добавить в модель модуль машинного обучения с подкреплением.

Модульная архитектура цифрового двойника

Следующими этапами совместной с Siemens разработки могут быть:

Результат

DecisionLab создала сложную модель-цифрового двойника, который охватывает весь функционал, необходимый Siemens. Двойниковая симуляционная модель ATOM воспроизводит все, что происходит с парком авиационных газотурбинных двигателей Siemens и позволяет пользователям:

Несмотря на большую сложность имитационной модели, decisionLab удалось создать удобную для пользователя интерактивную систему, которой могут пользоваться сотрудники разных отделов компании. И руководство, и аналитики легко могут применять ATOM для своих целей.

Посмотрите выступление консультантов по имитационному моделированию доктора Амрита Сурендры и Витора Лемоса из decisionLab или скачайте презентацию проекта.

video

Похожие проекты

Другие истории успеха