ТЕХНІЧНІ ТА ПРИКЛАДНІ АСПЕКТИ СТВОРЕННЯ ЦИФРОВИХ ДВІЙНИКІВ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ

Анотація

Об’єктом дослідження є процес створення цифрового двійника промислового підприємства в умовах гетерогенного виробничого середовища. У роботі вирішується проблема інтеграції різнорідного технологічного обладнання, організації потокової обробки виробничих даних та реалізації предиктивної аналітики технічного стану обладнання без повної модернізації наявної виробничої інфраструктури підприємства. Актуальність даної роботи зумовлена необхідністю підвищення ефективності процесів виробництва, скорочення непланових простоїв обладнання та забезпечення цифрової трансформації промислових підприємств в умовах Industry 4.0. У результаті дослідження розроблено п’ятирівневу мікросервісну архітектуру цифрового двійника промислового підприємства, реалізовано мультипротокольну систему збору та потокової обробки виробничих даних із підтримкою OPC-UA, FANUC FOCAS2 та Modbus RTU, а також створено підсистему предиктивної аналітики на основі алгоритмів Isolation Forest, LSTM та LSTM-Autoencoder. Запропоноване рішення забезпечує інтеграцію 28 із 34 одиниць технологічного обладнання без заміни апаратної інфраструктури, потокову обробку до 62 тис. повідомлень за секунду та прогнозування залишкового ресурсу підшипників із похибкою MAE = 8,3 год на горизонті прогнозування 48 год. Отримані результати стали можливими завдяки поєднанню контейнеризованої мікросервісної архітектури Kubernetes, методів часово-частотного аналізу виробничих сигналів та алгоритмів глибокого навчання для аналізу часових рядів. Запропоноване рішення, на відміну від наявних підходів, дозволяє інтегрувати обладнання різних поколінь у межах єдиної цифрової платформи та реалізувати цифровий двійник без повної модернізації виробничої інфраструктури. Практична оцінка ефективності цифрового двійника виконувалася в умовах експериментального імітаційного виробничого середовища, що відтворює функціонування механічного цеху машинобудівного підприємства. Отримані результати підтвердили ефективність запропонованого підходу: коефіцієнт OEE зріс із 72,4% до 78,1%, кількість змодельованих непланових зупинок скоротилася на 63%, а витрати на технічне обслуговування зменшилися на 26,6%. Розрахунковий сукупний економічний ефект становить близько 3,5 млн грн на рік, а прогнозований термін окупності – приблизно 1,1 року. Отримані результати базуються на моделі оцінювання ефективності, сформованій у межах експериментального дослідження, та можуть бути використані для аналізу доцільності впровадження цифрових двійників у промислових підприємствах із гетерогенним парком обладнання.