Digitální dvojčata pomáhají s udržitelnou výrobou a snižováním nákladů
Výrobní podniky jsou stále pod vyšším tlakem na snižování emisí a energetické náročnosti výroby. Zatímco ekologické hledisko je často vyžadováno legislativou, snižování spotřeby energie může být otázkou přežití.
Aby bylo vůbec možné uvažovat o snižování nákladů a redukci emisí, je nezbytné mít možnost měřit a optimalizovat všechny kroky výrobního procesu. Podniky si to dobře uvědomují, což se odráží i v tom, že téměř 40 procent firem plánuje v nejbližších 5 letech zavést technologii digitálních dvojčat. Tyto digitální modely výrobních technologií mohou díky schopnosti simulovat procesy ve fyzickém světě výrobního procesu pomoci lépe využívat zdroje, snižovat emise uhlíku, optimalizovat dodavatelské a dopravní sítě a také zvyšovat bezpečnost zaměstnanců. Nevětší zájem o tuto vyspělou technologii přitom mají podniky ze segmentu automotive, leteckém průmyslu a energetiky. Studie Capgemini přitom uvádí, že se počet implementací digitálních dvojčat v příštích pěti letech zvýší v průměru o 36 %. To znamená, že trh s technologiemi digitálních dvojčat, který v roce 2020 přesahoval 5 miliard dolarů, poroste v letech 2021 až 2027 s 35% složenou roční mírou růstu (CAGR).
Kde digitální dvojčata pomáhají?
Je hned několik možností, jak mohou digitální dvojčata podnikům (a jak si ještě ukážeme také dalším organizacím) pomoci s dosažením jeijch cílů v oblasti udržitelnosti a snížení nákladů. Především je vhodné uvést, že pokud chce firma z technologie digitálních dvojčat vytěžit opravdu maximum, je určitě nutné zapojit je do hry hned ve fázi koncepce budoucího produktu – ať už jedná o jednotlivý stroj nebo o celou výrobní linku. Již v této fázi totiž digitální dvojče může pomoci při navrhování a testování nových funkcí a také přinést větší efektivitu výrobních procesů, což následně může ušetřit náklady a zkrátit dobu uvedení na trh. Například při konstrukci modelu Ghibli italského výrobce sportovních vozů Maserati získali vývojáři díky digitálnímu dvojčeti data pro průběžnou optimalizaci, což jim pomohlo snížit náklady i čas potřebný k vývoji o působivých 30 %. Digitální dvojčata tedy mohou výrazně zkrátit dobu uvedení na trh, což je ostatně se 73 % třetí nejčastěji uváděný motivační faktor jejich zavádění (po úsporách nákladů a technologickém pokroku). Digitální dvojčata také umožňují virtuální testování, kontrolu chyb před zahájením výroby a poskytují návrhy na zlepšení. A to znamená další zkrácení doby vývoje.
Už ve fázi konstrukce může digitální dvojče pomoci se školením na virtuálním modelu a také s následným rychlejším uvedením do provozu. Začít školit obsluhu stroje až ve chvíli, kdy stojí plně funkční ve výrobní hale znamená v dnešní době úplně zbytečný prostoj a obrovskou ztrátu v produkci, kterou již mohl stroj pomoci vyrobit. Digitální modely ale pomohou i se samotnou výrobou. S využitím digitálních dvojčat bylo například možné zkrátit na pouhou pětinu čas, potřebný k montáži kabelových svazků do Airbusu A330. Podařilo se to díky tomu, že digitální dvojče může poskytovat podklady pro automatické generování pokynů pro lidské operátory ve výrobě. Ti pak prostřednictvím tabletů a brýlí s rozšířenou realitou mohou mnohem rychleji sestavovat výrobky podle názorných návodů.
Pokud jde o samotný provoz, je přínos digitálních dvojčat zejména v možnosti ladění a optimalizace výrobního procesu, kdy lze po namodelování a odzkoušení změn na digitálním modelu rychle vše přenést do reálného světa. Těsné propojení fyzického zařízení s jeho digitálním obrazem má také zásadní přínos při běžné i prediktivní údržbě – a tedy i zkrácení prostojů, stejně jako neplánovaných odstávek. A kromě toho pomáhají digitální dvojčata při zavádění nových obchodních nebo provozních modelů.
V oblasti udržitelnosti průmyslové výroby, pomáhají digitální dvojčata (díky své schopnosti simulovat fyzický svět) lépe využívat dostupné zdroje, hledat prostor k dalšímu snižování emisí uhlíku (především díky optimalizaci výrobních procesů a souvisejícím úsporám energií), optimalizovat dodavatelské a dopravní sítě (i díky možnosti přesnějšího plánování produkce) a v neposlední řadě také zvyšovat bezpečnost zaměstnanců. I proto z průzkumu Capgemini – Digital Twins: Adding Intelligence to the Real World, provedeného mezi tisícovkou organizací z různých odvětví, vyplývá, že společnosti dosahují díky využívání digitálních dvojčat zlepšení v oblasti udržitelnosti v průměru o 16 %. Průzkum také zjistil, že 57 % dotazovaných společností souhlasí s tím, že technologie digitálních dvojčat je klíčová v případě udržitelnosti, což odráží rostoucí trend množství podniků, které chtějí plnit své sliby v oblasti environmentálního a sociálního řízení (ESG – Environmental Social Governance).
Zvýšení udržitelnosti ale není hlavní motivací při zavádějí digitálních dvojčat. Podniky chtějí především pokročit v digitální transformaci, a přitom využít inteligentní funkce v rámci celého hodnotového řetězce. Dotazované organizace uvedly, že hlavní motivací jejich investic do digitálních dvojčat jsou úspory nákladů (79 %) a technologický pokrok (77 %). S úsporou nákladů souvisí bezpochyby také přesné zjišťování a plánování spotřeby energie, ke kterému už dnes technologii digitálních dvojčat využívá více než třetina (34 %) dotázaných organizací.
Digitální dvojčata nejsou jen virtuální stroje
Možnosti dnešních senzorů, detektorů či zařízení internetu věcí, stejně jako technologií na zpracování dat přivádějí digitální dvojčata i do oblastí, kde bychom to možná ani nečekali. Patří mezi ně odvětví spotřebního zboží a energetiky, stejně jako třeba veřejné služby, kde 52 %, resp. 50 % organizací, dotazovaných v rámci zmíněné studie, využívá virtuální repliky ve prospěch udržitelnosti provozu.
Zajímavým příkladem může být město Chattanooga v americkém státě Tennessee, kde se v digitálním modelu (dvojčeti) města sbíhají informace z asi 500 různých zdrojů. Patří k nim dopravní kamery, stejně jako data z volání na nouzovou linku 911, radarových detektorů nebo meteorologických stanic. Na základě simulací, provedených na digitálním dvojčeti, se městu Chattanooga podařilo dosáhnout zlepšení plynulosti dopravy o plných 30 %. To znamená nejen výrazně méně naštvaných řidičů v kolonách, ale především i úsporu paliva a emisí.
A máme i další příklad – Nanyang Technological University v Singapuru se podařilo pomocí digitálních dvojčat dosáhnout 31% úspory spotřeby energií a snížení emisí uhlíku o 9,6 kilotun. I z těchto příkladů je jasné, že možnosti dnešních digitálních modelů sahají daleko za optimalizaci výroby a dokáží modelovat, simulovat, monitorovat, analyzovat a neustále optimalizovat i další systémy ve fyzickém světě. Díky své schopnosti odpovídat na otázky typu „Co je nejlepší?“, „Co kdyby...?“ a „Co dál?“, může digitální dvojče nejen poskytnout přehled o tom, jak dynamické systémy v reálném světě aktuálně fungují, a navrhnout, jak je zlepšit, ale také předpovědět, jak budou fungovat v různých scénářích.
Základ nového obchodního modelu
Digitální dvojčata najdeme stále častěji i v obchodní fázi výrobního procesu, kde je díky pokročilým digitálním modelům možné poskytovat zákazníkům nové typy služeb a také efektivněji reagovat na jejich individuální požadavky. Například německému výrobci řešení v oblasti stlačeného vzduchu Kaeser Kompressoren pomáhají simulace s využitím digitálních dvojčat s digitalizací prodejního procesu. Tato společnost nabízí svým klientům „simulaci jako službu“ (simulation-as-a-service, SimaaS) pro technické ověření funkčnosti konfigurací, navržených samotnými zákazníky. Zatímco zákazníci těží z jasného pohledu na konfiguraci svého řešení, a získají větší jistotu jeho funkčnosti (ve smyslu splnění požadovaných parametrů), společnost Kaeser má díky implementaci technologie digitálních dvojčat výrazně nižší náklady na tvorbu nabídek a celkově i prodej svých řešení.
Udržitelná budoucnost
Digitální dvojčata mohou organizacím pomoci pochopit a kvantifikovat dopad již přijatých rozhodnutí a také porovnat různé scénáře, které mohou pomoci předpovědět výsledek dalších rozhodnutí. Díky tomu mohou pomoci snížit plýtvání, zvýšit efektivitu, navrhnout změny a případně je automatizovat. Protože jsou digitální dvojčata poháněna nehmotnými aktivy, jako jsou data a spolupráce, poskytují jedinečnou příležitost zvýšit ziskovost a zároveň omezit využívání nákladných zdrojů.
 |
Ondřej Valvoda Autor článku je ředitelem Capgemini Česká republika. |
