Цифровые двойники в лесной промышленности

«Нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее» — этот тезис, озвученный персонажем знаменитого романа Льюиса Кэролла, в наши дни актуален для лесопромышленников как никогда.

Находясь в статичном положении, производство не сохраняет свои позиции, а деградирует относительно окружающей конкурентной среды. И чтобы выжить в ней, предприятию необходимо постоянно обновляться, в том числе за счёт внедрения цифровых технологий.

В 2018 году исследовательская компания Gartner включила цифровые двойники в список десяти важных тенденций, которые должны были войти в число ключевых трендов на рынке IT. А год спустя эксперты спрогнозировали, что уже в 2020-м Digital Twins станет стратегической технологией для миллиардов объектов, процессов и систем. И действительно, сегодня она проникает во все промышленные отрасли, даже такие консервативные, как деревообрабатывающая.

Инструмент не для всех

«Цифровые двойники — инструмент сложный и технически, и интеллектуально, и в этом смысле играет ключевую роль в вопросе конкурентоспособности на высокотехнологичном рынке», — подчёркивает проректор по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) Алексей Боровков.

В ходе выступления на пленарном заседании Российской промышленной недели – 2020 он отметил, что технология Digital Twins является основой для цифровой трансформации промышленности. Результатом её внедрения становится оптимизация затрат, сроков разработки проекта, снижение числа натурных испытаний и, в конечном итоге, создание конкурентоспособного продукта на мировых рынках. По мнению эксперта, абсолютным лидером по освоению этой технологии (по крайней мере, в период до начала распространения COVID-19) являлась автомобильная отрасль.

«Это самый большой рынок (около 100 млн автомобилей выпускается ежегодно), самая высокая конкуренция (на рынке работают сотни высокотехнологичных компаний), самые передовые технологии проектирования и производства, включая всем хорошо известное роботизированное производство. И зачастую эти лучшие (best-in-class) технологии «диффундируют» в другую отрасль — происходит кросс-отраслевой трансфер технологий.

И потому, работая с разными отраслями, мы имеем возможность быть на технологических фронтирах их развития и переносить передовые решения из одной отрасли в другую, в которой об этих решениях знать не знают, зачастую — даже и знать не хотят, потому что отрасли между собой не общаются», — констатирует Алексей Боровков.

Благодаря такому трансферу Digital Twins добрались и до российской тайги. Правда, к цифровизации столь высокого уровня готовы далеко не все игроки отечественного лесопромышленного комплекса. Причина не только в дороговизне технологии, но и в том, что на момент её внедрения производство уже должно иметь достаточный объём «виртуального» багажа, своего рода платформу, на базе которой и будет создан цифровой двойник производства.

Менеджер по развитию бизнеса Schneider Electric Алексей Селезнёв в комментарии для издания «Коммерсантъ» определил готовность компании к внедрению цифровых двойников понятием «зрелость», и это вполне оправдано. Заводу с минимальным уровнем автоматизации и стандартным набором контрольно-измерительной аппаратуры, чтобы прийти к использованию такой технологии, нужно проделать ещё ряд шагов, «созреть» до принятия такого решения.

Моделирование в реальном времени, планирование, диспетчеризация, мониторинг состояния активов и системы управления технологическими процессами — лишь некоторые из тех этапов, которые необходимо преодолеть, чтобы выйти на Digital Twins.

Кроме того, по словам Алексея Боровкова, применение этой технологии предполагает обновление корпоративной культуры, перестройку бизнес-процессов, особенно в части проектирования наукоёмких изделий, и бизнес-моделей. Без такой предварительной комплексной подготовки предприятие может столкнуться тем, что вместо ожидаемого роста экономики цифровая трансформация даст обратный эффект.

«Первые ласточки»

В России примеров реального применения технологии Digital Twins пока единицы. Одной из первых на этот путь вступила Группа «Илим».

«Несмотря на то, что наша отрасль достаточно консервативна, мы не чужды новых технологий и активно их внедряем. В «Илиме» действует цифровая стратегия на ближайшие пять лет. Её цель — повышение стоимости компании, создание конкурентного преимущества за счёт цифровой трансформации, обеспечение кибер-безопасности. Приведу пример. Сегодня мы находимся в активном инвестиционном цикле, наращиваем мощности и строим новый комбинат.

Чтобы обеспечить растущее производство сырьём, внедряются новейшие цифровые технологии на всех этапах заготовки леса — от оценки лесов до лесозаготовки и транспортировки леса. Параллельно мы разрабатываем проект цифрового двойника нового комбината в Усть-Илимске, который в дальнейшем позволит нам повысить эффективность строительства и содержания актива компании», — такой прогноз представила генеральный директор Группы «Илим» Ксения Соснина в конце 2019 года на панельной дискуссии «Эпоха нового лидерства в век высоких технологий».

В мае 2020-го Алексей Боровков провёл в онлайн-формате визионерскую лекцию для руководителей целлюлозно-бумажной компании. Его выступление было посвящено технологиям цифрового проектирования и моделирования (Smart Design), цифровых теней (Digital Shadow) и двойников (Digital Twins).

«Четвёртая промышленная революция, в рамках которой мы живём и работаем, отличается тем, что сближает материальный и цифровой миры. На пересечении этих миров создаётся цифровой двойник, который становится технологией и более того — драйвером устойчивого экономического развития компаний», — отметил в начале своего выступления проректор СПбПУ.

Позже, отвечая на вопрос участников лекции о том, разработка какой технологии позволит быть конкурентными на IT-рынке, эксперт ещё раз подчеркнул, что именно Digital Twins является сейчас ключевым инструментом, интегратором и драйвером.

«Для того чтобы владеть этой технологией, нужно работать с мировыми компаниями и видеть на реальных примерах, как цифровые двойники позволяют создавать конкурентные преимущества. Процесс следующий: вначале необходимо быть вровень с технологическим фронтиром, затем сделать технологический отрыв, а после этого выйти на технологическое превосходство. То есть нужно убегать быстрее, чем тебя догоняют. Технология цифровых двойников именно это и позволяет сделать», — заявил спикер.

Для справки
Термин Digital Twins появился ещё в начале 2000-х. Его ввёл в обиход профессор и помощник директора Центра управления жизненным циклом и инновациями в Технологическом институте Флориды Майкл Гривс.

Начинаем с малого

Цифровую трансформацию производственных активов планомерно проводит Segezha Group. Очередным этапом этой работы стало внедрение цифрового двойника одной промышленной единицы — бумагоделательной машины (БДМ-11). Пилотный проект запустили в этом году на Сегежском ЦБК в Республике Карелия, чтобы оценить возможности применения Digital Twins для предупреждения обрывов полотна на накате.

Математическая модель оборудования на основе анализа данных с 410 датчиков о параметрах работы и ранее произошедших обрывах выявила закономерности и паттерны в работе БДМ в моменты остановок. В ходе апробации она смогла предсказать более 60% возможных обрывов и научилась предупреждать об этом оператора.

Таким образом, пилотный проект подтвердил, что технология позволяет сокращать время простоев оборудования, а это прямой путь к повышению операционной эффективности БДМ.

«Длительный, трудоёмкий процесс заправки полотна после обрыва приводит к существенным потерям производительности из-за вынужденного простоя. Получая прогнозную информацию от «двойника», оператор своевременно меняет технологические параметры работы БДМ и после локализации проблемы возобновляет нагрузку», — поделился подробностями начальник бумажной фабрики Сегежского ЦБК Андрей Нилов.

По словам специалистов компании, бумагоделательная машина характеризуется сложным устройством и большим количеством параметров работы компонентов. Чтобы контролировать её деятельность, оператору необходимо анализировать показания множества датчиков, устанавливать взаимосвязи между потоками данных и предсказывать обрывы. Человеческие возможности в этой области ограничены, зато математическая модель, разработанная на основе машинного обучения, справится с такой задачей без труда.

«Ключевой критерий оценки новой технологии «цифровой двойник» — способность решить конкретную бизнес-задачу, устранить причины недостатков в процессах и снизить риски. Сейчас в Segezha Group идёт работа над полномасштабным внедрением технологии с расширенным функционалом предиктивной аналитики на всех БДМ компании», — рассказал член правления, вице-президент по информационным технологиям и автоматизации процессов Segezha Group Павел Вахнин.

Смотрим в будущее

Оценивая перспективы технологии Digital Twins, Алексей Боровков в интервью для ежеквартального дайджеста Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» предположил, что она будет совершенствоваться, войдёт в стадию устойчивого развития и, как многие другие развитые технологии, однажды станет тем самым традиционным инструментом, которого на определённом этапе окажется уже недостаточно для решения актуальных задач. Тогда на смену ей придёт новая технология.

«Как именно будет эволюционировать цифровой двойник, трудно сказать, но думаю, что ключевой станет проблема дифференциации и позиционирования инженера, применяющего технологию. Потенциал технологий настолько стремительно растёт, что во многих видах деятельности человеку становится просто невозможно соревноваться с компьютером — в первую очередь, в исполнении рутинных операций.

Соответственно, человек должен уходить в зону решения творческих задач. В нашей деятельности мы так и поступаем: не пытаемся просто запускать процесс проектирования с помощью искусственного интеллекта и не ждём результата, которого не понимаем. Мы управляем этим процессом, ведём его по шагам, останавливаем алгоритм каждый день, чтобы проанализировать результаты, интерпретируем их.

Параллельно идут два процесса: machine learning — совершенствование программы, с одной стороны, и expert learning — развитие компетенций специалистов, с другой. В сложной творческой деятельности, как наша, человек всё ещё умеет «умнеть» быстрее, чем машина.

Однако уже сегодня наши собственные разработки — в частности, Цифровая платформа CML-Bench, применяемая нами при создании цифровых двойников объектов и процессов, — способны предлагать решения, лежащие за пределами опыта и интуиции инженера», — подытожил проректор СПбПУ.

Для справки
С помощью цифрового двойника предприятие может минимизировать себестоимость и увеличить выпуск продукции. Система прогнозирует результат технологического процесса с учётом разных параметров и подсказывает, как его можно улучшить. Например, с помощью рекомендаций цифрового двойника можно уменьшить расход сырья или время простоя оборудования.

Текст: Мария Кармакова