Иммерсивный цифровой двойник, применяемый в системе управления производством для мониторинга и контроля процессов Индустрии 4.0

В настоящем исследовании предлагается реализация архитектуры мониторинга и управления промышленными процессами для системы управления производством (MES) с использованием иммерсивного цифрового двойника (DT). При разработке предлагаемого решения для интеграции технологий и расширения функциональных возможностей DT за счет повышения производительности использовались киберфизические системы (CPS), MES, робототехника, Интернет вещей, дополненная реальность, виртуальная реальность и протоколы связи открытой платформы — унифицированной архитектуры (OPC UA). Предлагаемая система реализована в лаборатории Индустрии 4.0, состоящей из станций Festo Cyber–Physical Factory и CP-Lab. Реализация архитектуры основана на стандарте ISO 23247, при этом при проектировании DT учитывались следующие требования: (1) наличие наблюдаемых атрибутов, а также трехмерное проектирование и визуализация всех физических производственных линий на всех этапах их работы; (2) коммуникационная сущность, использующая протокол OPC UA для сбора изменений состояния производственных элементов; (3) сущность DT, в рамках которой цифровые модели создаются и обновляются на основе собранных данных; и (4) пользовательские сущности, использующие AR и VR для повышения эффективности производства. Экспериментальные результаты показали, что архитектура обеспечивает совместимость различных платформ и подсистем управления. Она позволяет обнаруживать и диагностировать проблемы в ходе работы производственной линии; кроме того, высокоточная симуляция и среды AR и VR, предоставляемые DT на основе данных, получаемых в реальном времени, могут повысить точность и эффективность производства благодаря более детальному анализу процесса, обеспечивая такие преимущества, как интерактивное создание индивидуализированной продукции и непрерывные инновации.