برای درک اهمیت دوقلوی دیجیتال باید اول مشکل در بینش تولیدکنندگان را درک کرد. تولیدکنندگان در تلاش‌اند تا با منابع کمتر، سرعت بالاتر و انعطاف‌پذیری بیشتر به شرایط پویا و متغیر خارجی واکنش نشان دهند. این کار مثل حل جدول سودوکو در دل دریای طوفانی و تاریکی شب، بدون چراغ و قطب‌نماست. در مواجهه با این چالش‌ها، کارخانه الکترونیک پیشرفته زیمنس در ارلانگن فناوری‌هایی از جمله دوقلوی دیجیتال را به‌عنوان عنصر کلیدی در متاورس صنعتی شناسایی کرده است.
دوقلوی دیجیتال: بینشی برای تصمیم‌گیری با اطمینان
کارخانه الکترونیک زیمنس در ارلانگن به‌گونه‌ای طراحی شده تا ترکیب پویایی از انواع و مدل‌های محصولات مختلف را متناسب با تغییرات روزانه در تقاضا تولید کند. با ورود سریع‌تر محصولات جدید، دوقلوهای دیجیتال و شبیه‌سازی‌های پیشرفته تولید، به‌طور فزاینده‌ای برای طراحی خطوط و سیستم‌های تولید که بتوانند به این تغییرات بدون آنکه کارایی تولید کاهش یابد واکنش نشان دهند، اهمیت پیدا کرده‌اند؛. در نتیجه، فرایندهای این کارخانه می‌توانند انواع مختلف محصولات و بازه‌های تولید متنوع را به‌گونه‌ای مدیریت کنند که اهداف تولید روزانه محقق شوند.
شبیه‌سازی پیشرفته تولید نیز با کمک دوقلوی دیجیتال ممکن شده و به‌عنوان ابزاری ارزشمند در تمام مراحل برنامه‌ریزی و عملیات تولیدی به کار می‌رود. شبیه‌سازی به مهندسان کارخانه این امکان را می‌دهد تا خطوط جدید را در دنیای مجازی بررسی و آزمایش کنند، نیاز به نمونه‌های فیزیکی را کاهش داده و اطمینان حاصل کنند که خطوط و ماشین‌های جدید به‌درستی کار خواهند کرد.
این فناوری‌ها همچنین امکان بهینه‌سازی فرایندها را برای افزایش کارایی تولید و ظرفیت خروجی فراهم می‌آورند، با بهره‌گیری از داده‌های واقعی تولید برای شبیه‌سازی دقیق سیستم‌های واقعی. حتی از شبیه‌سازی‌ها می‌توان برای پیش‌بینی مصرف انرژی یک خط تولید جدید استفاده کرد که بهینه‌سازی مصرف انرژی پیش از راه‌اندازی خط در کارخانه را میسر می‌سازد.
کارخانه الکترونیک زیمنس در ارلانگن با استفاده از این قابلیت‌های دوقلوی دیجیتال و شبیه‌سازی به دستاوردهایی در برنامه‌ریزی تولید، مصرف انرژی، گردش مواد و موارد دیگر نائل شده است. در ادامه، نمونه‌های مشخصی از به‌کارگیری این فناوری‌ها در کارخانه و بهبودهای حاصل شده را بررسی خواهیم کرد.
بهبود سیستم‌های حمل و نقل AGV
کارخانه از حدود سی وسیله نقلیه هدایت‌شونده خودکار ( AGV – automated guided vehicles ) برای جابه‌جایی مواد در تأسیسات استفاده می‌کند. این AGVها در یک سال مسافتی معادل پنج دور کره زمین را طی می‌کنند تا مواد را به خطوط تولید برسانند و محصولات را به نقاط دیگر کارخانه انتقال دهند. کارایی و قابلیت اطمینان سیستم AGV برای کارایی کلی و ظرفیت خروجی کارخانه بسیار حیاتی است. درک نحوه مسیریابی و گردش کار AGVها امکان بهینه‌سازی سیستم و پیشگیری از تداخلات مسیری و سایر مشکلاتی که می‌توانند سرعت تحویل مواد و در نتیجه سرعت تولید را کاهش دهند، فراهم می‌آورد.
شبیه‌سازی‌های پیشرفته جریان مواد به‌صورت گسسته به مهندسان کارخانه الکترونیک این امکان را داد که اثرات پویا در مسیریابی AGVها را در سراسر تأسیسات شناسایی کنند. این شبیه‌سازی‌ها می‌توانند نقاط گلوگاه در کارخانه را پیدا کرده و مسیر حرکت وسایل نقلیه را بهینه کنند. همچنین، تعداد AGVهای به‌کاررفته می‌تواند به‌گونه‌ای بهینه شود که جریان مناسب مواد تضمین و هزینه‌ها کاهش یابد.
همگرایی فناوری اطلاعات و عملیات (IT/OT) در کارخانه نیز به غنای شبیه‌سازی‌ها با استفاده از داده‌های تولید واقعی کمک کرد. افزودن داده‌های آنلاین خط تولید به شبیه‌سازی AGVها دقت آن را ۱۰٪ افزایش داد و ابزاری قدرتمندتر برای مهندسان فراهم کرد تا از بروز خطاها و تداخلات در برنامه‌ریزی‌های آتی جلوگیری کنند.
بهینه‌سازی تولید خودکار
کارخانه الکترونیک زیمنس در ارلانگن مبدل Sinamics S120 R را تولید می‌کند. فرایند تولید این دستگاه به‌طور کامل خودکار بوده و در دنیای دیجیتال مدل‌سازی شده است. مهندسان کارخانه از دوقلوی دیجیتال فرایند تولید، متصل به شبیه‌سازی جریان مواد، برای اندازه‌گیری گردش مواد در این فرایند استفاده کرده‌اند. درک گردش مواد، اولین گام مهم در بهینه‌سازی فرایند بود.
به‌جای بهینه‌سازی دستی خط تولید، شبیه‌سازی‌های دوقلوی دیجیتال به نرم‌افزار بهینه‌سازی Simcenter HEEDS در یک رویکرد نرم‌افزار در حلقه متصل شدند. این نرم‌افزار فضای عظیمی از راه‌حل‌های ممکن را که شامل میلیاردها سناریوی احتمالی می‌شود، بررسی کرده و آن را به یک مجموعه قابل مدیریت کاهش می‌دهد. سپس مجموعه کاهش‌یافته از پارامترها شبیه‌سازی شده و جریان مواد حاصل مورد بررسی قرار می‌گیرد. این اطلاعات به نرم‌افزار بهینه‌سازی بازمی‌گردد تا مجموعه پارامترهای جدید ایجاد شود. این رویکرد تکراری منجر به کاهش ۴۰٪ در گردش مواد در تولید واقعی شد و به کاهش مصرف انرژی و حرکت‌های غیرضروری مواد کمک کرد.
مدیریت مصرف انرژی
دوقلوی دیجیتال را می‌توان در سطوح مختلف به‌کار برد و از آن برای مدل‌سازی اجزای جداگانه، محصولات، سیستم‌های تولید و حتی کل تأسیسات استفاده کرد. به عنوان مثال، نسل جدید مبدل‌های Sinamics در مراحل اولیه طراحی با استفاده از دوقلوی دیجیتال بهینه‌سازی شد تا مصرف انرژی آن کاهش یابد، در حالی که سطح خروجی آن بدون تغییر باقی بماند. همچنین، دوقلوی دیجیتال تولید می‌تواند برای شبیه‌سازی و پیش‌بینی مصرف انرژی یک خط تولید، حتی در مراحل اولیه برنامه‌ریزی، مورد استفاده قرار گیرد و این امکان را فراهم آورد که پس از نصب ماشین‌ها در کارخانه، تولید به شکلی کارآمدتر انجام شود.
کارخانه از دوقلوی دیجیتال ساختمان و داده‌های تولیدی برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های تهویه در سالن تولید استفاده کرده است. پیش از بهینه‌سازی، مصرف انرژی سیستم تهویه ابتدا باید به‌خوبی درک می‌شد. با جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها با استفاده از Simatic Energy Manager، کارخانه به کاهش ۷۰٪ در مصرف انرژی سیستم تهویه دست یافت. چنین تحلیل و بهینه‌سازی از طریق دوقلوی دیجیتال، کلیدی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی کارخانه به شمار می‌رود.
