ISSN 0021-3454 (печатная версия)
ISSN 2500-0381 (онлайн версия)
Меню
Войти
№
4 Содержание
том 67 / Апрель, 2024 СТАТЬЯ

Партнеры





















DOI 10.17586/0021-3454-2021-64-7-517-531
УДК 004.942

ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ТЕХНОЛОГИИ, СЦЕНАРИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Царев М. В.
Университет ИТМО, факультет Систем Управления и Робототехники;

Андреев Ю. С.
Университет ИТМО, факультет систем управления и робототехники; доцент


Читать статью полностью 

Аннотация. Представлен обзор научной литературы по теме „Цифровые двойники в промышленности“ на основе публикаций зарубежных и отечественных исследователей. Рассмотрены процессы зарождения и развития концепции с момента ее появления по настоящее время. Ввиду неоднозначности толкования термина „цифровой двойник“ приведены несколько формулировок и дан их краткий анализ. Отражена классификация цифровых двойников, подходы к их построению и используемые технологии. Сценарии использования рассмотрены на примерах российских и зарубежных компаний. Приведены выводы о перспективности развития данного направления исследований, рассмотрены преимущества и риски внедрения цифровых двойников на промышленных предприятиях.
Ключевые слова: цифровой двойник, моделирование, классификация цифровых двойников, промышленность, технологии, IIoT, умное производство, сценарии использования

Список литературы:
  1. Mittal S., Khan M. A., Romero D., Wuest T. Smart manufacturing: Characteristics, technologies and enabling factors // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2019. Vol. 233(5). P. 1342—1361. DOI:10.1177/0954405417736547.
  2. Garfinkel J. Gartner Identifies the Top 10 Strategic Technology Trends for 2019 // Gartner Tech. Rep. 2018, Oct.
  3. Grieves M., Vickers J. Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems // Kahlen F. J., Flumerfelt S., Alves A. (Eds). Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems. Cham: Springer, 2017. P. 85-113. DOI:10.1007/978-3-319-38756-7_4.
  4. Grieves M. Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication: White Paper [Электронный ресурс]: .
  5. Grieves M. Product lifecycle management: The new paradigm for enterprises // International Journal of Product Development. 2005. Vol. 2(1/2). Р. 71—84.
  6. Grieves M. Product Lifecycle Management: Driving the Next Generation of Lean Thinking. N.Y.: McGraw-Hill, 2006.
  7. Grieves M. Virtually Perfect: Driving Innovative and Lean Products Through Product Lifecycle Management. Cocoa Beach, FL, USA: Space Coast Press, 2011.
  8. Tuegel E. J., Ingraffea A. R., Eason T. G. et al. Reengineering aircraft structural life prediction using a digital twin // Intern. Journal of Aerospace Engineering. 2011. Vol. 2011. [Электронный ресурс]: .
  9. Shafto M., Conroy M., Doyle R. et al. Modeling, Simulation, Information Technology & Processing Roadmap. Washington, DC, USA: NASA, 2012.
  10. Lee J., Bagheri B., Kao H. A. A Cyber-physical systems architecture for industry 4.0-based manufacturing systems // Manufacturing Letters. 2015. Vol. 3. P. 18—23.
  11. Tao F., Zhang H., Liu A., Nee A.Y. Digital twin in industry: State-of-the-art // IEEE Trans. on Industrial Informatics. 2019. Vol. 15. P. 2405—2415.
  12. Glaessgen E., Stargel D. The digital twin paradigm for future NASA and US Air Force vehicles //53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conf., Honolulu, Hi. 2012. Apr.
  13. Hicks B. Industry 4.0 and Digital Twins: Key lessons from NASA [Электронный ресурс]: , 30.11.2020.
  14. Bolton R. N. et al. Customer experience challenges: bringing together digital, physical and social realms // J. of Service Management. 2018. Vol. 29, N 5. P. 776—808.
  15. Abdulmotaleb El Saddik A. Digital twins: the convergence of multimedia technologies // IEEE Multimedia. 2018. Vol. 25, N 2. P. 87—92.
  16. Tao F. et al. Digital twin-driven product de-sign framework // Intern. Journal of Production Research. 2018. P. 1—19.
  17. Дорожная карта развития „сквозной“ цифровой технологии „Новые производственные технологии“ [Электронный ресурс]: , 30.11.2020.
  18. Боровков А. И., Рябов Ю. А. Цифровые двойники: определение, подходы и методы разработки // Цифровая трансформация экономики и промышленности: Сб. тр. науч.-практ. конф. с зарубежным участием, 20—22 июня 2019 г. СПб: Политех-Пресс, 2019. С. 234—245. DOI:10.18720/IEP/2019.3/25.
  19. Zhuang C. B., Liu J. H., Xiong H., Ding X. Y., Liu S. L., Weng G. Connotation, architecture and trends of product digital twin // Computer Integrated Manufacturing Systems. 2017. Vol. 23, N 4. P. 53—768. DOI: 10.13196/j.cims.2017.04.010.
  20. Полный „Кортеж“: по уникальной технологии создадут одежду и самолеты [Электронный ресурс]: , 30.11.2020.
  21. „Цифровой двойник“ помогает снижать массу двигателя [Электронный ресурс]: , 30.11.2020.
  22. Konstantinov S., Ahmad M., Ananthanarayan K., Harrison R. The cyber-physical e-machine manufacturing system: Virtual engineering for complete lifecycle support // Procedia CIRP. 2017. Vol. 63. P. 119—124. DOI:10.1016/j.procir.2017.02.035.
  23. Soderberg R., W¨armefjord K., Carlson J. S., Lindkvist L. Toward a digital twin for real-time geometry assurance in individualized production // CIRP Ann. Manuf. Technol. 2017. Vol. 66, N 1. P. 137—140. DOI:10.1016/j.cirp.2017.04.038.
  24. Weyer S., Meyer T., Ohmer M., Gorecky D., Z¨uhlke D. Future modeling and simulation of CPS-based factories: An example from the automotive industry // IFAC PapersOnLine. 2016. Vol. 49, N 31. P. 97—102. DOI:10.1016/j.ifacol.2016.12.168.
  25. Vachalek J., Bartalsk´y L., Rovn´y O., ˇ Siˇsmiˇsov´a D., Morh´aˇc M., Lokˇs´ık M. The digital twin of an industrial production line within the industry 4.0 concept // Proc. of the 21st Intern. Conf. Process Control, ˇ Strbsk´e Pleso, Slovakia. 2017. P. 258—262. DOI:10.1109/PC.2017.7976223.
  26. Цифровое зеркало [Электронный ресурс]: , 30.11.2020.
  27. Zhang H., Liu Q., Chen X., Zhang D., Leng J. A digital twin-based approach for designing and multi-objective optimization of hollow glass production line // IEEE Access. 2017. Vol. 5. P. 26901—26911. DOI:10.1109/ACCESS.2017.2766453.
  28. Tao F., Zhang M. Digital twin shop-floor: A new shop-floor paradigm towards smart manufacturing // IEEE Access. 2017. Vol. 5. P. 20418—20427. DOI:10.1109/ACCESS.2017.2756069.
  29. Ameri F., Sabbagh R. Digital factories for capability modeling and visualization // Proc. IFIP Intern. Conf. Adv. Prod. Manage. Syst., Iguassu Falls, Brazil. 2016. P. 69—78.
  30. Schroeder G. et al. Visualising the digital twin using web services and augmented reality // Proc. 14th IEEE Intern. Conf. Ind. Informat., Poitiers, France. 2016. P. 522—527. DOI:10.1109/INDIN.2016.7819217.
  31. Schroeder G., Steinmetz C., Pereira C. E., Espindola D. B. Digital twin data modeling with automation ML and a communication methodology for data exchange // IFAC PapersOnLine. 2016. Vol. 49, N 30. P. 12—17. DOI:10.1016/j.ifacol.2016.11.115.
  32. Yun S., Park J. H., Kim W. T. Data-centric middleware based digital twin platform for dependable cyber-physical systems // Proc. of the 9th Intern. Conf. Ubiquitous Future Netw., Milan, Italy. 2017. P. 922—926.
  33. Haag S., Anderl R. Digital twin-proof of concept // Manufacturing Letters. 2018. Vol. 15. P. 64—66. DOI:10.1016/j.mfglet.2018.02.006.
  34. DebRoy T., Zhang W., Turner J., Babu S. S. Building digital twins of 3D printing machines // Scripta Mater. 2017. Vol. 135. P. 119—124. DOI:10.1016/j.scriptamat.2016.12.005.
  35. Tao F., Sui F., Liu A., Qi Q., Zhang M., Song B., Guo Z., Lu S. C.-Y., Nee A. Y. C. Digital twin-driven product design framework // Intern. Journal of Production Research. 2019. Vol. 57:12. P. 3935—3953. DOI:10.1080/00207543.2018.1443229.
  36. Tao F., Zhang M., Cheng J., Qi Q. Digital twin workshop: a new paradigm for future workshop // Computer Integrated Manufacturing Systems. 2017. Vol. 23. P. 1—9. DOI:10.13196/j.cims.2017.01.001.
  37. Yu Y., Fan S. T., Peng G. Y., Dai S., Zhao G. Study on application of digital twin model in product configuration management // Aeronaut. Manuf. Technol. 2017. Vol. 526, N 77. P. 41—45. DOI:0.16080/j.issn1671-833x.2017.07.041.
  38. Schleich B., Anwer N., Mathieu L., Wartzack S. Shaping the digital twin for design and production engineering // CIRP Ann. Manuf. Tech. 2017. Vol. 66, N 1. P. 141—144. DOI:10.1016/j.cirp.2017.04.040.
  39. Rosen R., Wichert G. V., Lo G., Bettenhausen K. D. About the importance of autonomy and digital twins for the future of manufacturing // IFAC PapersOnLine. 2015. Vol. 48, N 3. P. 567—572. DOI:10.1016/j.ifacol.2015.06.141.
  40. Havard V., Jeanne B., Lacomblez M., Baudry D. Digital twin and virtual reality: a co-simulation environment for design and assessment of industrial workstations // Production & Manufacturing Research. 2019. Vol. 7:1. P. 472—489. DOI: 10.1080/21693277.2019.1660283.
  41. Петров А. В. Имитация как основа технологии цифровых двойников // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2018. № 10 (141). С. 56—66. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-10-56-66.
  42. Uhlemann T. H. J., Lehamnn C., Steinhilper R. The digital twin: Realizing the cyber-physical production system for industry 4.0 // Procedia CIRP. 2017. Vol. 61. P. 335—340. DOI:10.1016/j.procir.2016.11.152.
  43. Qi Q., Tao F., Hu T., Anwer N., Liu A., Wei Y., Wang L., Nee A. Enabling technologies and tools for digital twin // J. of Manufacturing Systems. 2019. DOI:10.1016/j.jmsy.2019.10.001.
  44. Canedo A. Industrial IoT lifecycle via digital twins // Proc. of the 11th IEEE/ACM/IFIP Intern. Conf. Hardware/Softw. Codes. Syst. Synthesis, Pittsburgh, PA, USA. 2016.
  45. Schluse M., Priggemeyer M., Atorf L., Rossmann J. Experimentable digital twins—Streamlining simulation-based systems engineering for Industry 4.0 // IEEE Trans. Ind. Information. 2018. Vol. 14, N 4. P. 1722—1731. DOI:10.1109/TII.2018.2804917.
  46. Dasbach T., Zancul E., Schützer K., Anderl R. Digital Twin – Integrating Cloud Services into Communication Protocols // Fortin C., Rivest L., Bernard A., Bouras A. (Eds). Product Lifecycle Management in the Digital Twin Era: PLM 2019. IFIP Advances in Information and Communication Technology. Cham: Springer, 2019. Vol. 565. P. 283—292. DOI:10.1007/978-3-030-42250-9_27.
  47. Sihan H., Guoxin W., Yan Y., Xiongbing F. Blockchain-based data management for digital twin of product // J. of Manufacturing Systems. 2020. Vol. 54. P. 361—371. DOI:10.1016/j.jmsy.2020.01.009.
  48.  Digital Wind Farm System / A. M. Lund et al. U.S. Patent Application N 15/075 231. 2016.
  49. GE Renewable Energy, Digital Wind Farm—the Next Evolution of Wind Energy [Электронный ресурс]: , 30.11.2020.
  50. How do you know where to invest in your power grid? [Электронный ресурс]: , 30.11.2020.
  51. Васильева Е. Компоненты Индустрии 4.0: Цифровые двойники // Автоматизация проектирования. 2019. № 3. С. 22—38.
Информация © 2005-2024«Известия вузов. Приборостроение».
Разработка © 2012 Отдел разработки Интернет-решений НИУ ИТМО.
xHTML 1.0 Valid CSS3 Valid
Яндекс.Метрика