Virtuální život digitálních dvojčat

Probíhající pandemie ukázala, že digitalizace v průmyslu přináší výhody, jimž nelze konkurovat jen nízkou cenou či levnou pracovní silou. Okamžitý přehled o dění ve firmě přístupný odkudkoliv, rychlé přizpůsobení výroby aktuálním požadavkům, vývoj nových produktů na dálku nebo třeba příjem objednávek bez nutnosti fyzického kontaktu jsou jen několika příklady, které firmám v pandemii usnadnily práci.

Výhody vyplývající z vytváření a využívání digitálních dvojčat reálných produktů či procesů jsou ve většině případů snadno pochopitelné. Co přesně si ale představit pod samotným pojmem digitální dvojče? Jde o trojrozměrný model výrobku? Model jeho fyzikálních vlastností? Co všechno by digitální dvojče mělo obsahovat?

Navigaci v telefonu či autě dnes používá téměř každý. Málokdo si při tom ale uvědomuje, že mapa, kterou navigace využívá, je vlastně digitálním dvojčetem reálné krajiny. Nejde přitom o obraz, ale o digitální reprezentaci sítě silnic, křižovatek a dalších objektů, které mají přiřazené potřebné vlastnosti, například vzdálenost, nosnost nebo povolený směr jízdy. „V takové digitální mapě pak algoritmus najde ideální trasu, když chcete tu nejrychlejší, nejkratší – nebo třeba vyhnout se dálnici,“ vysvětluje Tomáš Froněk, vedoucí jednotky Factory Automation ve společnosti Siemens. „Díky všem uživatelům získává digitální mapa i další data, jako je průměrná rychlost na určitém úseku podle aktuální dopravní situace nebo informace o nehodách. To vše bere algoritmus v úvahu při vytváření digitálního dvojčete vaší cesty,“ dodává Froněk.

Digitální dvojče může mít různé podoby podle toho, jak daný problém potřebujeme popsat. „Pro každého účastníka procesu vytváření hodnoty znamená digitální dvojče něco jiného. Jde o reprezentaci určité části či vlastnosti reálného objektu v digitálním světě. Vezměme si reálný výrobek, třeba pračku. Pro konstruktéra bude digitálním dvojčetem pračky její trojrozměrný model včetně fyzikálních vlastností jednotlivých komponent. Pro výrobního manažera je ale jejím digitálním dvojčetem soupis komponentů,“ říká Froněk. Při výrobě se potom vytvoří další část digitálního dvojčete, kde je zapsáno, jak byla pračka vyrobena. „Když se výrobek vrátí kvůli reklamaci, z dat je možné určit příčinu problému. Například pračka teče a zjistíme, že při její výrobě se zrychlilo lepení vany. Pak můžeme zkoumat, zda je problém v technologii, jestli je tudíž ohrožena celá výrobní šarže a podobně,“ vysvětluje Froněk. Tím ale úloha digitálního dvojčete nekončí. Jeho rozšiřování a využití může pokračovat i po prodeji výrobku koncovému zákazníkovi. „V případě pračky může jít například o web s možností stažení přesného návodu k použití daného modelu či aktualizovaného firmwaru,“ dodává Froněk.

Během výroby produktu tak vzniká řada digitálních dvojčat s rozličným využitím. „Postupně obalujeme produkt – třeba tu pračku – digitalizovanými informacemi. V ideálním světě Průmyslu 4.0, kam postupně směřujeme, je každý reálný objekt obalený informacemi. Všichni, kdo s ním pracují, si tak mohou nejen přečíst potřebné informace, ale dokonce je i zpětně zapisovat. To se může hodit například při recyklaci produktu,“ říká Tomáš Froněk. Pokud je například k dispozici informace o opotřebení či stáří jednotlivých součástí, je možné některé z nich znovu využít.

Dokonalá virtuální reprezentace?

Samotný pojem digitální dvojče podle Froňka vznikl při optimalizacích výrobních linek v německých automobilkách. Jejich produktivitu už nebylo možné dále zvyšovat bez pomoci sofistikovaného simulačního softwaru schopného propočítat mnoho různých vstupních parametrů. Při návrhu výrobní linky tedy vzniká nejprve digitální dvojče jednotlivých strojů a poté celé výrobní linky, které umožní simulovat různé scénáře výroby. Tím se linka optimalizuje pro potřebnou výrobní kapacitu. „Když se pak linka postaví, podle jejích reálných rozměrů se upraví příslušné digitální dvojče. Když totiž zašroubujete robota do podlahy, může být o pár milimetrů jinde, než se plánovalo. A to by třeba při svařování karoserie byl problém,“ vysvětluje Froněk.

Pojem digitální dvojče svádí k představě, že jde o dokonalou virtuální reprezentaci reálného objektu, včetně všech fyzikálních či chemických vlastností. Takové modely vznikají hlavně v konstrukci různých součástí, kde jde o co nejreálnější simulace a následné optimalizace jejich vlastností. V mnoha případech tomu tak ale není. „Třeba právě při simulacích výrobních linek platí poměrně přesně Paretův princip – za 20 procent času udělám simulaci, která bude z 80 procent odpovídat realitě. Zbylých 20 % simulační věrnosti bude trvat věčnost. Digitální dvojčata tedy nejsou přesnou reprezentací systému, ale reprezentují to, co potřebujeme o systému vědět,“ vysvětluje Froněk.

Neexistuje univerzální recept

Vytvořit správné digitální dvojče, které obsahuje právě tolik informací, kolik je potřeba, není snadné. „Neexistuje univerzální recept. I proto nabízíme poradenství u zákazníků, kde dokážeme posoudit nastavení jejich výrobních procesů, vztahů s dodavateli či produktového portfolia a doporučit, v jaké oblasti s digitalizací začít. A může to být jak ve vývoji produktů, tak v oblasti výroby nebo třeba servisu,“ vysvětluje Jens Wulf, ředitel prodeje Siemens Digital Industries.

Podle Jense Wulfa je ale důležité, aby firmy měly jasno v tom, kam směřují. „Chcete tlačit na efektivitu, vyrábět více výrobků? Nebo třeba výrobky hodně individualizovat a personalizovat? Nebo máte unikátní, kvalitní produkt, kterého vyrábíte jen pár kusů ročně? Pokud firma nemá ujasněnou strategii, je těžké s digitalizací začínat. Nemá smysl vytvářet digitální dvojče jen proto, abychom ho měli,“ vysvětluje Wulf.

Digitalizace tak někdy může začít v nečekaných oblastech. „Chcete flexibilní výrobu co do typů produktů? Podívejme se na to, jak je naceňujete. Máte velké skladové zásoby vstupního materiálu? Nebo velkou variabilitu jeho ceny? Řešením může být digitální dvojče nákupu – robot, který na trhu skupuje levné komodity,“ vysvětluje Wulf. Jiným příkladem může být výrobce přístrojů pro měření krevního tlaku. „Jeho zákazníky bývají starší lidé, může tedy pro ně vytvořit digitální dvojče – chatbot, který je provede nastavením tlakoměru,“ dodává Wulf.

Oživit to správné dvojče

Podle Wulfa hlavně menším firmám často chybí investiční plán a strategie digitalizace v horizontu několika let. Ale i ty, které již strategii mají, mohou využít pomoc expertů na digitalizaci při řešení konkrétního projektu. „S vedením firem postupně odhalíme oblasti, které by bylo možné zlepšit. Pak následuje poznávání firemních procesů a návrh možných řešení.

Odborníci ze Siemensu se často setkávají s tím, že firmy šetří na špatných místech. „Firmy se v tendrech setkávají s velkým tlakem na cenu svých výrobků, proto stlačují i náklady. Často ale šetří na konečném výrobku, místo aby se podívaly na celý výrobní proces,“ vysvětluje Jens Wulf. Digitalizace může firmám pomoci snížit výrobní náklady i zvýšit přidanou hodnotu svých produktů. Stačí jen „oživit“ to správné digitální dvojče.