Digitální dvojčata a těžká technika

Digital Twins a tzv. Heavy Equipment, po česku digitální dvojčata a těžká technika...

S integrací technologií Průmyslu 4.0 a 5.0 digitalizace mění globální průmyslová odvětví, včetně těžkých strojů a průmyslů, které na nich závisí. Závody a další provozy zavádějí prediktivní údržbu a další efektivní průmyslové přístupy, jako je monitorování stavu zařízení a optimalizace životního cyklu, s cílem zvýšit bezpečnost, spolehlivost a životnost těžkých strojů. Podle studie společnosti Fortune Business Insights se očekává, že globální trh s prediktivní údržbou poroste z 13,65 miliardy USD v roce 2025 na 70,73 miliardy USD v roce 2032. Tento rostoucí trend pohání digitální inženýrství včetně multipfyzikální simulace a klíčových technologií, jako jsou digitální dvojčata.

Hybridní digitální dvojčata Ansys jedinečně kombinují fyziku a data, což umožňuje monitorování v reálném čase, prediktivní údržbu a optimalizaci výkonu v různých provozních scénářích, přičemž se automaticky přizpůsobují měnícím se podmínkám. To zvyšuje efektivitu, snižuje plýtvání a snižuje náklady. Digitální dvojčata lze navíc využít jako virtuální senzory ke sledování opotřebení a poruch zařízení. Tato metoda je zvláště vhodná pro odvětví působící v extrémních teplotách nebo prostředích, kde jsou fyzické senzory nepraktické.

Výrobci a provozovatelé těžkých strojů tak mohou využívat digitální inženýrství prostřednictvím simulací a digitálních dvojčat ke zlepšení výkonnosti zařízení a optimalizaci jeho životního cyklu s důrazem na udržitelnost.

Jak zvýšit výkon a životnost těžké techniky?

Těžká technika (heavy machinery) označuje výkonné stroje určené pro průmyslové aplikace, které vyžadují sílu, odolnost a přesnost. Používá se v odvětvích jako jsou stavebnictví, výroba, těžba, zemědělství, lesnictví a průmyslové HVAC systémy (vytápění, větrání a klimatizace).

Příklady zařízení: stavební rypadla, výrobní vysokozdvižné vozíky, těžební sklápěče, zemědělské traktory, lesnické vyvážečky a chladicí věže HVAC.

Výkonnost zařízení se vztahuje ke stavu a provozní efektivitě zařízení v reálném čase. Senzorová data a digitální dvojčata mohou sledovat opotřebení komponent, účinnost paliva nebo energie a známky předčasného selhání, jako jsou neobvyklé vibrace nebo přehřívání. To snižuje prostoje a náklady na opravy.

Zatímco výkonnost zařízení se zaměřuje na provozní efektivitu, optimalizace životního cyklu se soustředí na maximalizaci účinnosti, spolehlivosti a udržitelnosti zařízení po celou dobu jeho existence — od návrhu až po vyřazení.

Například v raných fázích lze pomocí simulace zlepšit návrh stroje testováním odolnosti komponent. V pozdějších fázích lze podpořit udržitelnou likvidaci a recyklaci, když zařízení dosáhne konce své životnosti.

Příklady z praxe

U těžebního sklápěče může digitální dvojče sledovat výkon motoru a předvídat nutnou výměnu dílů, což zlepšuje údržbu a provoz. Zároveň pomáhá optimalizovat životní cyklus stroje — například místo předčasné výměny celého stroje umožní reengineering některých komponent, čímž se prodlouží životnost a sníží odpad i náklady.

Jiný příklad: pokud digitální dvojče detekuje opotřebení pneumatik kvůli drsnému terénu, lze upravit trasy nebo styl jízdy, aby se snížilo opotřebení a předešlo haváriím — a optimalizoval se tak životní cyklus zařízení. Tento přístup výrazně snižuje roční náklady na pneumatiky.

Digitální inženýrství jako komplexní výhoda

Podle Digital Twin Consortium jsou digitální dvojčata virtuální reprezentace skutečných entit a procesů synchronizované v určité frekvenci a přesnosti. Ansys TwinAI a Ansys Twin Builder rozšiřují funkce digitálních dvojčat kombinací simulace s reálnými daty pomocí AI a strojového učení. Výsledkem je hybridní digitální dvojče s vyšší přesností díky propojení fyzikálních modelů a reálného chování zařízení.

Tradičně se simulace používala při návrhu nebo jako nástroj ověření, ale s využitím senzorů, AI/ML a digitálních dvojčat lze digitální inženýrství aplikovat během celého životního cyklu produktu — od návrhu přes provoz až po údržbu a likvidaci.

Zatímco Průmysl 4.0 byl zaměřený na technologie, Průmysl 5.0 klade důraz na interakci a spolupráci mezi lidmi a technologiemi. Evropská komise jej popisuje jako udržitelnější, lidsky orientovaný a odolný. Digitální inženýrství v oblasti těžké techniky tento přístup podporuje napříč celým životním cyklem strojů.

Například:

• Digitální inženýrství zvyšuje udržitelnost díky lepší spotřebě paliva a nižším emisím CO₂.
• Digitální dvojčata navrhují nejefektivnější trasy pro traktory nebo buldozery — podobně jako mapové aplikace.
• Pomáhají určit optimální rychlosti jízdy a snižují opotřebení dílů.
• Simulace různých provozních scénářů usnadňuje splnění ekologických předpisů.
• Díky lidskému přístupu zapojují technologie člověka do centra pracovního procesu a podporují spolupráci mezi operátory a digitálními nástroji.
• Sledování stavu zařízení umožňuje plánovat údržbu ještě před poruchami a zvyšuje odolnost provozu.
• Další výhodou je inteligentní správa flotil — například u těžebních vozidel nebo lesnické techniky umožňují digitální dvojčata centrální dohled a detekci problémů napříč stroji.

Objevte digitální inženýrství s Ansys

Výrobci a provozovatelé těžké techniky mohou zavedením digitálního inženýrství zvýšit provozní efektivitu. Díky digitálním dvojčatům založeným na simulaci a dalším pokročilým technologiím může průmysl zajistit vysokou výkonnost zařízení, optimalizovat jejich životní cyklus, zvýšit udržitelnost, splnit průmyslové standardy a snížit náklady.

Spojte se s námi a my vám řekneme více o digitálních dvojčatech Ansys. Více o tom, jak Ansys podporuje provoz těžkých strojů, se dozvíte na stránce Industrial Processes and Equipment Simulation Software Solutions.

Zdroj: https://www.ansys.com/blog/digital-engineering-maintain-sustain-heavy-machinery