Цифровой двойник больших ПТС

В промышленности применяются различные поточно-транспортные системы (ПТС), в том числе содержащие сотни конвейеров, бункеров, дозаторов, питателей, шиберов и т.д. Такие системы имеют разветвленную схему с изменяемыми маршрутами транспортировки материалов, причём транспортировка материалов различных типов может происходить через одни и те же конвейерные линии в разные временные промежутки.

От операторов таких ПТС требуется решать множество задач, среди которых точное соблюдение планов поставки материалов потребителям с исключением переполнения и осушения бункеров, создание запасов материалов для временного отключения конвейеров на техническое обслуживание и т.п.

На практике зачастую встречаются ситуации, когда необходима оперативная корректировка расписания подачи материалов.

В первую очередь это вызвано внеплановыми остановками конвейерных линий из-за отказов оборудования и тем, что потребность в поставке материалов может изменяться в режиме реального времени.

Помощь оператору в быстром изменении/корректировке расписания подачи материалов на конвейеры и переключении потоков может оказать цифровой двойник ПТС основанный на математическом моделировании процесса перемещения материалов.

С помощью цифрового двойника ПТС решаются следующие задачи:

• составление расписания подачи и переключения потоков материалов, а также мониторинг его соблюдения;
• отслеживание запасов материалов в местах их накопления (склады, бункеры, и т.п.) и сигнализация о возможном истощении запасов до критического уровня с учетом текущего запаса и количества материала, движущегося по конвейеру к месту накопления;
• визуализация состояния ПТС с указанием работающих, остановленных и аварийных элементов ПТС и параметров их работы (скорость, производительность, масса материала и т.п.);
• сигнализация об отклонениях в работе элементов ПТС (угроза смешения материалов, отклонения в маршруте движения, несоответствие массы отгруженного и поступившего материала и т.п.).

Рассмотрим подробнее, каким образом создаётся и используется цифровой двойник ПТС.

Исходными данными для построения математической модели являются схема ПТС (порядок следования конвейеров, описание входов, выходов, шиберов и т.п.), скорости движения конвейеров, производительность питателей и дозаторов, протяженность конвейеров, объемы бункеров, критические уровни запасов материала в местах накопления.

Для составления расписания подачи материалов и переключения шиберов в модель заносится информация о потреблении материалов из бункеров, требуемой продолжительности «окон», текущем состоянии элементов ПТС (рабочее состояние, остановлен на обслуживание или ремонт, авария).

На системном уровне математическая модель содержит каждый из элементов ПТС с учётом их взаимосвязей и параметров. Типовые модели элементов ПТС реализованы на основе передаточных функций и транспортных задержек. Пример модели ПТС приведен на рис. 1.

По результатам расчёта модели оператору предлагается оптимальный вариант расписания, позволяющий поддерживать запасы в местах накопления в допустимых границах бесконечно долго, либо с указанием предельного возможного времени работы до истощения запасов в одном из мест накопления.

В случае изменения планов отгрузки материалов потребителям или в аварийных ситуациях расписание может быть перестроено в автоматическом режиме с учетом текущего распределения материалов по ПТС и наличия запасов материалов в местах накопления. Пример расчёта приведенной ранее ПТС показан на рис. 2.

Информация о текущем состоянии ПТС, параметрах работы конвейеров, отклонениях от расписания подачи и уровни запасов материалов в местах накопления представляется оператору посредством человеко-машинного интерфейса с возможностями цветовой и звуковой индикации, изменения размеров элементов в зависимости от загрузки и т.п.

Таким образом, цифровой двойник способен уменьшать влияние человеческого фактора на обеспечение непрерывной поставки материалов потребителям в условиях реальной работы ПТС.

Текст: В. Воловиков, ООО «Фабрика Цифровой Трансформации»