Электронное раздвоение
Согласно дорожной карте НТИ, до 2024 года 250 российских предприятий должны использовать «цифровых двойников», а затраты на их внедрение составят 145 млрд руб. Процесс распространения этой технологии идет уже несколько лет. На юге России первые такие проекты запустили крупные производства. Там «цифровые двойники» помогают планировать распределение ресурсов, контролировать качество и прогнозировать риски.
«Цифровой двойник» — это виртуальная модель изделия, процесса или целого предприятия. Она анализирует данные, поступающие из информационных систем компании, выявляет проблемные точки и помогает создать оптимальный вариант
Фото: Александр Коряков, Коммерсантъ
«Цифровой двойник» — это виртуальная модель изделия, процесса или целого предприятия. Она анализирует данные, поступающие из информационных систем компании, выявляет проблемные точки и помогает создать оптимальный вариант
Фото: Александр Коряков, Коммерсантъ
Осенью 2021 года Росстандарт принял ГОСТ, устанавливающий требования к «цифровым двойникам» в машиностроении. В этой отрасли на юге есть первые проекты по внедрению цифровых имитационных моделей, как, впрочем, и в других отраслях. Например, в Ростовской области к созданию электронного «двойника» приступили специалисты Таганрогского металлургического завода («Тагмета»).
«Цифровой двойник» — это виртуальная модель изделия, процесса или целого предприятия. Она анализирует данные, поступающие из информационных систем компании, в автоматическом режиме выявляет проблемные точки, дает рекомендации по планированию работ, поставкам ресурсов и т. п. Проще говоря, помогает создать оптимальный вариант. Помимо удобства, технология создает определенные риски. Связаны они с потенциальной уязвимостью «цифровых двойников» для кибератак и возможными последствиями повреждения таких электронных моделей. В их числе, например, расход лишних ресурсов и простои оборудования.
В сентябре 2021 года Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) утвердило ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения». Это первый в мире нормативный документ такого рода, отмечается в сообщении на сайте Росстандарта. Новый ГОСТ распространяется на изделия машиностроения. «Однако на его основе могут разрабатываться стандарты, устанавливающие требования к цифровым двойникам изделий различных отраслей промышленности с учетом их специфики», — уточнили представители Росстандарта.
ГОСТ установил единое определение «цифрового двойника изделия»: это «система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями. Также в ГОСТе формализованы понятия «цифровых (виртуальных) испытаний», «цифрового (виртуального) испытательного стенда» и «цифрового (виртуального) испытательного полигона».
Дорожная карта Национальной технологической инициативы (НТИ) предусматривает, что к 2024 году использовать «цифровых двойников» будут 250 российских предприятий. По данным из дорожной карты НТИ, совокупный объем инвестиций во внедрение технологии составит 145 млрд руб.
На основе опыта корпорации General Electric использование «цифрового двойника» позволяет снизить финансовые затраты на 10-50%, временные — на 20-70% и на 10-50% увеличить прибыль.
Машиностроители в авангарде
В Ростовской области первый широко известный проект по созданию «цифрового двойника» запустил Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ). Проект стартовал в начале 2018 года. Полгода спустя, в сентябре, на территории НЭВЗа был создан ситуационный центр для мониторинга и контроля производственных активов и процессов в режиме реального времени.
В рамках проекта Новочеркасский электровозостроительный завод совместно с IT-компанией «2050-Интегратор» создал цифровые имитационные модели пяти производственных цехов, позволяющие рассчитывать потребности в ресурсах. По словам руководителя проекта «Цифровой завод НЭВЗ» Игоря Малакаева, «цифровых двойников» получили сборочный, ремонтный и малярный цеха, а также подразделения, которые занимаются сетевым планированием выпуска электровозов и расчетом производственных мощностей. Проект предусматривает разработку 3D-модели предприятия, которая позволяет упростить запуск новых видов продукции и цифровизацию ключевых производственных узлов, включающую 3D-моделирование изделий нескольких типов.
«Для разработки “цифровых двойников” требуются исходные данные для моделирования производственных процессов, что зависит от выбранной модели объекта и необходимости ввода связанной с ним нормативной и справочной информации, — объяснил господин Малакаев. — Автоматизированное рабочее место пользователя должно соответствовать требованиям не ниже указанных для работы с программным обеспечением».
Для реализации проекта разработчик «цифровых двойников» — ООО «2050-Интегратор» — использует программное обеспечение Tecnomatix Plant Simulation v15.2. (Siemens). На этапе внедрения технологии в проекте участвуют 12 человек.
Данные об объеме инвестиций в проект и запланированных сроках его окупаемости представители НЭВЗа не сообщили, заявив, что такая информация «является коммерческой тайной предприятия».
По данным страницы проекта на сайте Новочеркасского электровозостроительного завода, цифровая система мониторинга производственного оборудования используется здесь более чем на 300 станках. Система мониторинга ресурсов позволяет отслеживать перемещения на всех этапах более чем 300 узлов и свыше 70 типов транспорта. Кроме того, на участке штамповки установлен промышленный робот.
НЭВЗ входит в состав АО «Трансмашхолдинг» (ТМХ) — крупнейшего российского производителя железнодорожного подвижного состава. «На заводе в Новочеркасске реализуется большой пилотный проект комплексной цифровизации. По сути, речь о создании цифрового макета завода, — рассказывал гендиректор “Трансмашхолдинга” Кирилл Липа в конце 2018 года в интервью корпоративному изданию. — Все, что связано с производством, технологиями, людьми, движением материально-технических ресурсов и полуфабрикатов, будет заложено в виде математической модели в информационные системы, также будет обеспечена онлайн-связь с центральным сервером. Это позволит создать уникальную атмосферу, IT-среду, в рамках которой мы сможем осуществлять быстрое и глубокое исследование любых технологических изменений. Срок реализации этого пилотного проекта — два года. Затем будем масштабировать его на другие предприятия ТМХ».
По мнению господина Липы, проект может перевернуть представление о производстве вообще. Как только завод «упаковывается» в цифру, создается платформа для молниеносных технологических усовершенствований, резюмировал топ-менеджер.
НЭВЗ одним из первых в России реализовал проект по созданию «цифрового завода». Пример новочеркасского предприятия стал показательным для других промышленных площадок «Трансмашхолдинга», опыт будут масштабировать
Фото: Пресс-служба ООО «ПК "НЭВЗ"»
НЭВЗ одним из первых в России реализовал проект по созданию «цифрового завода». Пример новочеркасского предприятия стал показательным для других промышленных площадок «Трансмашхолдинга», опыт будут масштабировать
Фото: Пресс-служба ООО «ПК "НЭВЗ"»
Фактически сегодня сбылось все, о чем говорил Кирилл Липа три года назад. На НЭВЗе создан «цифровой двойник», проект Новочеркасского электровозостроительного завода стал показательным примером для других предприятий ТМХ, опыт НЭВЗа будут масштабировать уже в самое ближайшее время.
По пути создания «цифровых двойников» пошли и производственные подразделения госкорпорации «Росатом» (на юге ее представляет филиал компании «АЭМ-технологии» в Волгодонске). Здесь комментировать тему внедрения «цифровых двойников» не стали, объяснив это тем, что проект недавно стартовал в компании.
Ранее, в апреле текущего года, генеральный директор «АЭМ-технологии» Игорь Котов говорил в интервью «Ъ-Юг» о том, что в компании приступили к использованию платформы имитационного моделирования процессов (фактически это аналог «цифрового двойника»). «Эта платформа понадобилась на этапе, когда мы получили дорожную карту (выполнения заказов) и попытались понять, в состоянии ее выполнить или нет, — объяснял господин Котов. — Когда в первый раз загрузили (в систему) производственную программу, рассчитанную до 2025 года, то увидели, что последний реактор будет изготовлен в 2047 году. Мы поняли, что план необходимо скорректировать».
Игорь Котов добавил, что на основе системы моделирования процессов компания «АЭМ-технологии» ввела цифровые сменно-суточные задания (документ, регламентирующий подготовку производства), которые позволяют полностью соблюдать план работ. Кроме того, по словам топ-менеджера, демонстрация цифровой модели производства «помогает объяснить (клиенту), почему его заказ может быть готов к (строго) определенному времени и никак не раньше, даже если заказчик настаивает».
«Двойники» пришли в металлургию
С февраля 2021 года технологию создания «цифрового двойника» в Ростовской области внедряет «Тагмет» (входит в состав Трубной металлургической компании (ТМК) Дмитрия Пумпянского). Правда, пока речь идет только о цифровой копии «процесса прокатки труб в линии трубопрокатного агрегата с непрерывным станом PQF», а не всего завода.
«Наш “цифровой двойник“ основан на комплексной физико-математической модели, позволяющей в считаные секунды моделировать процесс прокатки при изменении различных настроечных параметров и условий деформирования (изделия), — рассказал ведущий специалист инженерно-технического центра “Тагмета” Кирилл Трубников. — Также процесс включает применение различных микросервисов, которые постоянно совершенствуются и адаптируются под действующую технологию».
Господин Трубников добавил, что разработкой «цифрового двойника» совместно занимались сотрудники меткомбината и научно-технического центра ТМК, который расположен в «Сколково». «Так что внедрение новой технологии не потребовало от нас дополнительных затрат, — уточнил инженер. — Основную микросервисную инфраструктуру разработчики реализовали на объектно-ориентированном языке программирования C#».
Кирилл Трубников добавил, что этот язык после запуска «цифрового двойника» будут использовать технологи и инженерно-технические работники трубопрокатного цеха, а также технического управления «Тагмета». «Ожидаемый итог от внедрения технологии — оптимизация работы оборудования, снижение доли брака и обеспечение стабильности производственных показателей, — объяснил инженер. — Следующим этапом станет адаптация “цифрового двойника” к действующим системам регистрации технологических параметров. Это позволит нам в режиме реального времени контролировать процесс прокатки, определять наилучшие условия деформирования, продолжать “обучение” разработанных моделей».
Кроме того, специалисты Таганрогского металлургического завода и их технологические партнеры приступили к разработке 3D-визуализации процесса с применением технологии VR (виртуальной реальности). «Уже в ближайшем будущем это позволит инженерам и другим специалистам предприятия совершенствовать технические и технологические навыки», — резюмировал господин Трубников.
Киберщит от атак и угроз
Сводных данных по количеству «цифровых двойников», которые используются сейчас российскими промпредприятиями, пока нет. В мировом масштабе, по данным исследовательской компании Gartner, эту технологию внедрили 13% организаций, применяющих решения в области «интернета вещей» (IoT). По словам Дмитрия Симонова, начальника отдела имитационного моделирования компании Dilibrium (Санкт-Петербург, специализируется на цифровизации бизнеса), если говорить о «цифровых двойниках» в промышленности, то в России это уже десятки предприятий. В год, по оценкам эксперта, запускается около 20 новых проектов. При этом сложных решений, позволяющих, например, смоделировать последствия от воздействия на изделие определенных нагрузок, пока считаные единицы, заметил господин Симонов.
Он добавил, что «цифровые двойники» на производстве — это возрастающий тренд. Росту способствуют госпрограммы поддержки и примеры эффективности внедренных бизнесом IT-решений. «Интерес к “цифровым двойникам” стимулирует и экономический кризис, подталкивающий предприятия к тому, чтобы тщательнее прогнозировать, как будет развиваться тот или иной проект. “Цифровые двойники” как раз и помогают решить эту задачу», — отметил Дмитрий Симонов.
С ростом числа «цифровых двойников» значительно увеличивается актуальность их защиты от киберугроз. Для «двойников», базирующихся не на статичной математической модели, а на машинном обучении (machine learning), основную опасность несут adversarial-атаки, заметил руководитель отдела технологий «Лаборатории Касперского» Андрей Лаврентьев. Такие атаки основаны на внесении минимальных изменений в данные, которые поступают в цифровую модель. Применительно к заводам и фабрикам это могут быть, например, показания датчиков, интегрированных в производственное оборудование. Изменения, как правило, заключаются в добавлении данных, которые подбираются таким образом, чтобы максимально исказить предсказания, которые формирует модель.
«Если от корректности этих предсказаний зависит технологический процесс, то такая атака может привести к простоям оборудования, лишним расходам на сырье и другим незапланированным издержкам, которые плохо сказываются на экономике предприятий, — подчеркнул господин Лаврентьев. — Пока атаки на “цифровых двойников”, как и сама эта технология, — новое явление, то есть не является массовым. Но уже существуют комплексные защитные решения на основе искусственного интеллекта, способные обнаружить отклонения в технологическом процессе на ранней стадии».
По словам Андрея Лаврентьева, принцип защиты основан на выстраивании модели таким образом, чтобы она была готова к попытке «скормить» ей искаженную информацию и могла справиться с такой атакой.
Повышение уровня цифровизации требует и более мощной, эффективной защиты от киберугроз, признали представители южных предприятий, использующих электронных «двойников». Однако на прямой вопрос о том, обеспечены ли таким щитом их цифровые заводы и производственные участки, представители компаний не ответили.