Powłoki zarządzania zasobami i cyfrowe bliźniaki: istotne elementy inżynierii mechanicznej jutra

Dr Volker Franke jest dyrektorem zarządzającym w HARTING Applied Technologies, jednostce biznesowej zajmującej się budową narzędzi i maszyn specjalnych. Dr Franke i jego zespół są potencjalnymi użytkownikami powłoki zarządzania zasobami i cyfrowego bliźniaka w firmie HARTING. Cyfrowy bliźniak różnych komponentów służy do generowania wyższego rzędu cyfrowego bliźniaka maszyn, systemów i instalacji. Rozmowa z tec.news o praktycznych doświadczeniach i perspektywach na przyszłość.

tec.news: Dr Franke, jaka jest Pana rola jako użytkownika cyfrowego bliźniaka i jakie wyzwania stoją przed Panem?

Dr V. Franke: Na początek powiem, że to ważne, aby rozróżniać między faktycznym procesem inżynieryjnym maszyn i instalacji a fazą aplikacji nowo utworzonego produktu. W inżynierii mamy do czynienia z różnymi wyzwaniami: rośnie złożoność rozwiązań, bo np. coraz więcej podsystemów musi być zintegrowanych z maszyną - systemy testowe i połączenia z systemami śledzenia, aplikacje do dostarczania i przetwarzania danych energetycznych lub również podejście do konserwacji zapobiegawczej w przyszłości.

tec.news: Świat inżynierii mechanicznej stał się dużo bardziej złożony?

Dr. V. Franke: O tak, zdecydowanie tak. Wprowadza się coraz więcej systemów informatycznych, które należy uwzględnić już na samym początku procesu inżynierskiego. Jednocześnie musimy zmierzyć się z sytuacją, w której specyfikacje jakiegoś problemu do rozwiązania nie są jasno opisane i pojawiają się dopiero z czasem. Mamy więc tu do czynienia ze znacznym udziałem zwinności w procesie deweloperskim. Ponadto musimy wziąć pod uwagę zarówno umiejętności, jak i dostępność programistów. Oznacza to, że poza ogólnie dostępną kadrą, coraz trudniej jest znaleźć właśnie te osoby, które posiadają odpowiednie umiejętności, aby sprostać tak złożonym zadaniom.

tec.news: Jak zatem radzicie sobie z wyzwaniem automatyzacji procesu inżynieryjnego?

Dr. V. Franke: Zajmujemy się bardzo intensywnie tematem „Inżynierii systemów”. Dziś nie wystarczy już przedstawić  złożoność zagadnienia z mechanicznego lub elektrycznego punktu widzenia. Lecz należy przyjąć perspektywę z systemowego punktu widzenia. Tutaj inżynieria systemów dostarcza metod i artefaktów, które pomagają zdefiniować system, sukcesywnie go rozwijać i weryfikować jego funkcje na etapie zamykania przedsięwzięcia. I to właśnie te artefakty pomagają mi z kolei zachować zwinność bo umożliwiają realizację dalszych udoskonaleń na poszczególnych etapach. I wreszcie, jeśli chodzi o automatyzację, w grę wchodzą cyfrowy bliźniak i powłoka zarządzania zasobami. Powłoka zarządzania zasobami opisuje komponent zgodnie ze znormalizowaną procedurą w taki sposób, abym mógł dostosować wymagania mojego rozwiązania do danych możliwości komponentu i tym samym automatycznie dokonać wyboru.

tec.news: Czego oczekuje Pan od powłoki zarządzania złączem?

Dr. V. Franke: W inżynierii mechanicznej złącze nie jest pierwszym komponentem, o którym myślimy; zamiast tego raczej myślimy o osi elektrycznej składającej się z jednostki liniowej, silnika i przetwornicy częstotliwości. Pod względem parametrów użytkowych elementy te muszą być zaprojektowane tak, aby sprostać zadaniu przesunięcia np. dziesięciokilogramowego ciężaru o 500 milimetrów w ciągu 0,5 sekundy. To z kolei określa wymiary wymaganych komponentów. Złącze również odgrywa rolę, ponieważ oferuje możliwość podłączenia tego silnika. Moje wymagania co do powłoki zarządzania zasobami złącza dotyczą przedstawienia parametrów wydajnościowych: jaki prąd może przesyłać, czy umożliwia komunikację przez Internet, czy ma specjalny format, taki jak jednoparowy Ethernet itp.? Oczekuję, że Cyfrowy Bliźniak dostarczy mi informacji, które będę mógł uwzględnić w schemacie projektu. Oczekuję również informacji, które pozwolą mi łatwo zintegrować go z projektem mechanicznym. Chciałbym również otrzymać na przykład instrukcje instalacji i obsługi lub informacje o śladzie CO2 związanym z produkcją. Mówiąc krócej: wymagania, jakie stawiam cyfrowemu bliźniakowi dotyczą przede wszystkim inżynierii maszyny. Powłoka administrowania zasobami może jednak też dostarczać ważnych informacji na temat faz użytkowania, na przykład metadanych do integracji poszczególnych komponentów z systemami zarządzania energią lub danych o materiałach do utylizacji.

tec.news: Czy uważa Pan, że złącze to element systemu?

Dr. V. Franke: Nie, nadal postrzegam złącza jako komponenty łączności, które są następnie umieszczane w powłoce zarządzania komponentu lub modułu mechatronicznego, nawet jeśli złącze jest wyposażone w dodatkowe funkcje. Załóżmy, że muszę zaimplementować wymóg wysokiej dostępności w mojej aplikacji i chcę zastosować monitorowanie temperatury, wibracji i cyklu przylegania w złączu. Te czynniki będą musiały być najpierw zaplanowane i zmapowane w powłoce zarządzania zasobami, abym mógł odpowiednio wybrać komponent. Bez powłoki zarządzania zasobami nie byłbym w stanie ponownie znaleźć złącza w procesie inżynieryjnym.

Użytkownik końcowy nie zobaczy jednak stanu złącza, ale zobaczy zagregowany, skonsolidowany stan, na przykład dla modułu maszyny. W modelu powłoki ogólny charakter może zmieniać się wraz ze zmianą powłoki. W zasadzie jest to porównywalne z prawdziwą konstrukcją: kiedy składam maszynę, nie widzę już śrub, ale raczej całą maszynę i jej funkcję – podobnie jak na obrazie olejnym, na którym poszczególne pociągnięcia tworzą całościowy obraz.

tec.news: Gdzie dostrzega Pan największe korzyści z cyfrowego bliźniaka?

Dr. V. Franke: W kontekście inżynierii, możemy znacznie usprawnić i uelastycznić procesy oraz dostosować wymagania klientów w czasie rzeczywistym. Po stronie programistycznej równie ważna jest wydajność, a nawet automatyzacja, aby potencjalny strumień danych był zarządzany wśród mnogości i różnorodności danych. Jeśli chodzi o usługi związane z cyklem życia, w przyszłości możliwe będzie oferowanie większej liczby usług, przy jednoczesnym znacznym ograniczeniu nakładów pracy, jakich będą te oferty wymagały.