Использование цифровых двойников может стать важным фактором повышения производительности и гибкости заводов Индустрии 4.0. Open Platform Communications (OPC) — это стандарт совместимости для безопасного и надежного обмена данными в средах промышленной автоматизации. OPC был расширен за счет включения унифицированной архитектуры (UA), стандартизированной как IEC 62541, которая включает возможность интеграции цифровых двойников каждого устройства на заводе, включая разъемы.
Этот FAQ начинается с определения цифровых двойников и способов их интеграции в фабрики Индустрии 4.0. Затем рассматривается пример интеллектуального электрического соединителя (SmEC), который обеспечивает функциональность цифрового двойника в промышленных установках. В заключение кратко рассматривается, как данные OPC UA PubSub и оболочка управления активами (AAS) в облаке используются для реализации SmEC.
Цифровой двойник — это виртуальное представление физического объекта или системы. Он объединяет все данные, имитационные модели, результаты испытаний и другую информацию о физическом объекте, полученную в ходе проектирования, ввода в эксплуатацию, эксплуатации и обслуживания до конца срока службы. Цифровой двойник — это не общее представление; он специально привязан к отдельному устройству, например к одному разъему, и отслеживает его проектирование, производство и использование на протяжении всего жизненного цикла.
Цифровые двойники могут обеспечить отслеживание и анализ операций в заводских цехах практически в режиме реального времени, вплоть до отдельных машин, датчиков и компонентов, таких как разъемы, а также поддерживают улучшенную аналитику, гибкость процессов и более высокое качество.
На Ганноверской ярмарке 2023 совместно с Microsoft (поставщик облачных услуг), SAP (оценка программного обеспечения и данных) и Siemens (в качестве пользователя) компания HARTING продемонстрировала SmEC, который использует OPC UA в физическом разъеме, данные OPC UA Pub/Sub, и AAS в облаке для поддержки интеграции в качестве цифрового двойника в виртуальную фабрику (Рисунок 1). Разъем записывает данные рабочего процесса и состояния на протяжении всего жизненного цикла.
Состояние разъема передается практически в реальном времени с использованием OPC UA цифровому двойнику в облаке и может использоваться для активного мониторинга заводских процессов. Наличие данных о подключении, включая напряжение и ток, позволяет легко отслеживать состояние подключенной машины. Кроме того, отслеживаются три состояния разъема:
- Отключенный
- Подключен и зафиксирован на месте без нагрузки
- Подключен и зафиксирован на месте под нагрузкой
Цифровой двойник разъема включает в себя такие данные, как количество циклов соединения/рассоединения, и может быть интегрирован с другими данными о производственной среде, такими как температура и влажность окружающей среды, через заводской цифровой двойник. Эту информацию можно использовать для планирования профилактического обслуживания, позволяющего избежать простоев и повысить производительность.
Связь с пабом/сабом
Протокол связи Pub/Sub в OPC UA не основан на структуре клиент-сервер. Клиенты OPC UA, поддерживающие Pub/Sub, могут быть издателем, который отправляет данные, или подписчиком, который получает данные. В системе должен быть «брокер», который может получать данные от издателей и доставлять данные подписчикам (Рисунок 2). В таких приложениях, как фабрики Индустрии 4.0 с большим количеством издателей и подписчиков, Pub/Sub гораздо более эффективен, чем прямое соединение отправителя и получателя. OPC UA Pub/Sub не зависит от транспорта и может передаваться по протоколу пользовательских датаграмм (UDP) или телеметрическому транспорту очереди сообщений (MQTT), в зависимости от требований приложения.
Оболочки управления активами
Ассоциация промышленных цифровых двойников (IDTA), разработчик AAS, в настоящее время стандартизирует спецификацию AAS как часть IEC 62378. AAS является ключевым элементом, поддерживающим разработку цифрового двойника разъема. Демонстрация на Ганноверской ярмарке показала, как контент накапливается в AAS. Во-первых, производитель разъемов предоставляет AAC SmEC базовые производственные данные и, в данном случае, использует систему проектирования и производства Siemens NX CAD. На следующем этапе разъем устанавливается в конкретную машину. Наконец, машина устанавливается на заводе. SmEC отправляет цифровому двойнику свой серийный номер и другие идентификационные данные, состояние подключения, измерения приложенной мощности и идентификацию ответного разъема. В ходе демонстрации данные отправлялись в облако Microsoft Azure, где для аналитики использовались службы Azure Digital Twin и Azure Data Explorer.
Обзор
Данные OPC UA Pub/Sub могут отправляться из разъема со встроенным AAS для поддержки внедрения цифрового двойника разъема на заводе Industry 4.0. Цифровой двойник находится в облаке и может использоваться для поддержки аналитики практически в реальном времени, планирования профилактического обслуживания и предоставления информации, необходимой для постоянного улучшения процессов.
Рекомендации
Ассоциация промышленных цифровых двойников
Промышленная совместимость с OPC UA и AAS, OPC Foundation
Интеллектуальный электрический разъем, Harting
Оболочка управления активами: внедрение цифровых двойников для использования в «Индустрии 4.0», платформе «Индустрия 4.0»
Варианты использования методов OPC UA, Pub/Sub и сопутствующих спецификаций, OPC Foundation