День шахтёра 2020
отмечаем здесь

Цифровой двойник как новая реальность

лазерное сканирование месторождения

Мир вокруг нас быстро меняется благодаря новым технологиям, подходам и решениям сложных системных задач, стоящих перед предприятиями. Любые изменения – это новые возможности. 

Цифровой двойник – цифровая копия физического объекта или процесса, которая помогает оптимизировать эффективность бизнеса.

Данная концепция призвана помочь предприятиям быстрее обнаруживать физические проблемы, точнее предсказывать их результаты и производить более качественные продукты и услуги.

Проще говоря, в рамках данной технологии для единицы оборудования или производственного процесса и даже целого предприятия создаётся математическая модель, которую можно использовать в качестве эталонной для проведения функционирования наблюдаемого объекта.

Важно отметить, что эта модель не является застывшей, а постоянно обновляется, чтобы соответствовать текущему режиму, установленному для данного объекта. Это позволяет контролировать процесс на месте и дистанционно выявлять изменения в процессах, оптимизировать их и режимы работы оборудования, а также осуществлять превентивное обслуживание, дистанционное обучение без выезда специалистов на удалённые производственные площадки.

Таким образом, цифровой двойник — это эффективный инструмент управления для существенного повышения надёжности и эффективности эксплуатации, контроля и обеспечения безопасности в реальном времени.

Возможности цифрового двойника уже сейчас используют ведущие мировые компании в разной степени и по разным направлениям в зависимости от характера их деятельности.

Преимущества для добывающей промышленности

Цифровой двойник состоит из программной среды и физических сенсоров/датчиков, собирающих и передающих данные в реальном времени. Для внесения изменений в геометрические параметры объектов необходимы 3D-лазерные системы.

В горной промышленности 3D-лазерные сканеры используют для мониторинга открытых карьеров и подземных шахт, определения объёмов складов и выработок, для измерения и прогнозирования при буровзрывных работах. 

Но возможности работы с данными этих инструментов не раскрыты полностью. Большинство компаний пока по-прежнему полагаются на традиционную бумажную документацию, но это не исключает постепенный переход в цифровое пространство. 

Имея ЦМР (цифровая модель рельефа) вы можете создать проект для планирования дальнейших работ в 3D.Точная визуализация по облакам точек поможет быстро и эффективно спланировать жизненный цикл предприятия.

А точные и достоверные данные (при работе с данными лазерного сканирования практически исключены ошибки, которые часто возникают при классической маркшейдерской съёмке, а также при съёмке с БПЛА) позволят вам быть уверенным в безопасном проведении работ.

Ведь все геометрические параметры бровок, подошв и уклонов теперь перед вами, и вы можете без труда получить любые данные о ваших выработках. Появляется возможность существенно сократить трудозатраты при проведении маркшейдерских работ, исключить ошибки измерений.

Инструментарий для реализации цифрового двойника сегодня

Технология лазерного сканирования — это способ получения полной и достоверной метрической информации, являющийся первоосновой цифрового двойника.

Надо отметить, что при разработках породы в закрытых выработках существуют свои особенности. Например, мониторинг опасных камер, где успешно применяется решение Teledyne Optech CMS V500: проникновение в те полости разработок, где человеку опасно находиться.

При использовании в работе подобной техники повышается безопасность работ в шахте и на объекте в целом. На экране будет отображаться 3D-модель всей горной выработки, и можно будет смотреть, где, как и под каким углом проходят тоннели.

Создание каркаса в программе Gexcel JRC 3D Reconstructor
Создание каркаса в программе Gexcel JRC 3D Reconstructor

Создание подобной съёмки занимает совсем немного времени. Мобильная система Gexcel Heron с высокоточным датчиком Velodyne LiDAR проводит съёмку со скоростью движения человека в шахте, а обработка данных после съёмки занимает несколько часов. Поэтому создание цифровой модели — это удобный, быстрый и эффективный процесс.

Программный комплекс JRC 3D Reconstructor®, разработанный в Италии в рамках европейского проекта развития и поддержки инноваций Horizon 2020, успешно справляется с вышеописанными задачами. Немаловажный факт: работа комплекса может быть сохранена в популярных обменных форматах.

Это сделано для того, чтобы проектировщики без труда работали с данными съёмочного проекта. Таким образом, в их распоряжении будет высокоточная цифровая 3D-информация картографирования объекта в реальном времени, автоматическое позиционирование в пространстве без использования GPS/GNSS, определение и отображение изменений в реальном времени, а вскоре появится функция опознавания объектов.

Для создания цифрового двойника также разработана мобильная сканирующая система Gexcel Heron Lite. Эта система успешно работает во многих предприятиях, которые занимаются добычей природных ресурсов.

Шахты, карьеры, склады готовой продукции — все это оцифровано при помощи Heron Lite. В настоящее время данные, полученные со сканирующей системы, используются в основном для подсчёта объёмов и моделирования ситуации при проведении работ.

Съёмка происходит во время обхода горной выработки маркшейдером и не представляет особого труда. При таком подходе есть возможность получать большой объём оперативных данных ежедневно. Такие материалы легко могут быть использованы при анализе, моделировании и планировании горных работ.

Встроенное решение для анализа изменений пространственных данных уже давно входит в функционал ещё одной программы — Gexcel JRC 3D Reconstructor. Она анализирует данные, полученные в разные время, и показывает изменения в реальном времени.

Программа создаёт каркас или «меши» для импорта в различные информационные системы. Для создания таких моделей не требуется большого количества времени и ресурсов, а, следовательно, подобные решения являются идеальными инструментами для цифровизации.

На поверхности можно использовать лазерную сканирующую систему Polaris с радиусом сканирования 2000 м для мониторинга состояния бортов карьеров, за оползнями и обвалами горных пород с возможностью автоматического оповещения и формирования отчетов (OPMMS).

По результатам сканирования создаются отчёты, SMS, online-оповещения в режиме реального времени о критичных изменениях. А 3D-съёмку с воздуха обеспечит БПЛА Teledyne Optech CL-90.

Некоторые ограничения

Внедрение цифровых двойников – это сложный, постоянно работающий процесс, приводящий к глубоким организационным и культурным изменениям.

Рост числа цифровых двойников потребует от компаний внедрения надёжной стратегии цифровизации. Это вызов не только технологическому, но и культурному менталитету сотрудников.

Для разработки и внедрения методов, ориентированных на данные работы, требуется поддержка со стороны руководства и изменение мышления в рамках всей организации.

Действительно, цифровые проекты пока имеют существенные ограничения в добывающей промышленности в отличие от, например, массовых коммуникаций и финансов, так как там нет ничего практически материального, и вся информация находится в облаке.

Горная же добыча работает с физическими объектами, использует сложное технологическое оборудование и производственные процессы. Здесь нужны иные подходы, знание реальности геологических и производственных процессов.

Но в любом случае рост эффективности предприятий рано или поздно объективно упрётся именно в физические ограничения. Этот рост может быть органическим, когда процессы максимально оптимизированы и настраиваются в режиме реального времени под конкретные задачи.

Это новый источник роста, поэтому интерес реального сектора к технологии цифрового двойника растёт во всём мире. Ведь эффективно управлять можно тем, что можно точно измерить.

Еще одним серьёзным ограничением является нехватка подготовленных специалистов, компаний, способных реализовывать такие проекты на производстве.

По опыту «Альфасканер», такие компании уже появляются в России на уровне консультантов, представителей иностранных и даже отечественных разработчиков и интеграторов отдельных элементов цифровых двойников.

Сложной задачей также является обеспечение непрерывности цифрового жизненного цикла. Ведь предприятие – это не застывшая цифровая модель, она постоянно развивается, информация обновляется, анализируется по цифровому близнецу, так как моделируемый объект или процесс будет в действительности изменчив.

И чем точнее данные будут на входе, тем меньше будет величина ошибки или дефекта на последующих переделах, тем меньше будет потерь и выше прибыль в итоге. ®

Текст: Юлия Морозова, генеральный директор ООО «Альфасканер».

alfascaner.ru

Телефон: +7 (916)1 38-20-30

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.