Search

Digitalni blizanac je virtualni kopija nekog stvarnog fizičkog sustava. Za razliku od 3D modela digitalni blizanac sadrži još i razne komponente interneta stvari. Najčešće su to pametni roboti, senzori, aktuatori i razne druge komponente. Digitalni blizanac ima veliku ulogu u modeliranju procesa jer pomoću njega možemo simulirati i testirati proces u virtualnom okruženju. Ovo nam može uštedjeti puno vremena i financijskih sredstava pogotovo kod nekih kompliciranih i velikih pogona gdje nas svaka greška kod testiranja može značajno unazaditi u pogledu vremenskih rokova i financijskih sredstava. Zato kod digitalnog blizanca u tom slučaju samo resetiramo simulaciju i možemo nastaviti s daljnjim testiranjem. U diplomskom radu smo izradili digitalnog blizanca unutarnjeg prostora fakulteta iz gustog oblaka točaka, te simulirali proces prijenos tereta pomoću mobilnih robota i napravili analizu u ovisnosti o nekim parametrima. Sve to ostvarili smo u programu Visual Components. A digital twin is a virtual copy of some real physical system. Unlike the 3D model, the digital twin also contains various components of the Internet of Things. These are most often smart robots, sensors, actuators and various other components. The digital twin has a big role in modeling the process because with it we can simulate and test the process in a virtual environment. This can save us a lot of time and money especially with some complicated and large production where every test error can significantly set us back in terms of time and money. Therefore, in the case of the digital twin we only reset the simulation and we can continue with further testing. In the thesis, we created a digital twin of the interior space of the faculty from a dense point cloud and simulated the process of load transfer using mobile robots and made an analysis depending on some parameters. We achieved all this in the Visual Components program.

Ovaj rad prikazuje postupak izrade decentraliziranog upravljačkog sustava za proizvodnu jedinicu u kemijskoj industriji. Opisana je izrada hardverske konfiguracije, izrada hijerarhije postrojenja prema ISA88 standardu, konfiguracija upravljačkih modula i izrada sekvencijalnih funkcijskih dijagrama. Izrađeno je i vizualizacijsko sučelje u programskom alatu WinCC. Osim upravljačkog sustava napravljen je digitalni blizanac postrojenja koristeći simulacijsku platformu SIMIT. Dimenzionirani su svi spremnici i reaktori te je rad sustava testiran u simuliranim uvjetima. U modelu digitalnog blizanca se izmjenom parametara može se ispitati rad postrojenja s raznim materijalima, uvjetima i parametrima te se tako može optimizirati proizvodnja bez velikih troškova, zaustavljanja rada postrojenja i u kraćem vremenu. This paper presents the development of a decentralized control system for a production unit in the chemical industry. The creation of a hardware configuration, and a plant hierarchy according to the ISA88 standard, the configuration of control modules and the creation of sequential function diagrams are described. The visual interface in the WinCC software tool was also created. In addition to the control system, a digital twin of the plant was created using the SIMIT simulation platform. All tanks and reactors were dimensioned and the operation of the system was tested in simulated conditions. In the digital twin model, by changing the parameters, the operation of the plant can be tested with various materials, conditions and parameters, and thus production can be optimized without high costs, stopping the operation of the plant and in a shorter time.

U radu je opisan rad varionice unutar pivovare i objašnjena je motivacija iza izrade virtualnog modela postrojenja. Opisani su elementi i funkcije pomoću kojih je u Siemensovom programskom alatu Tecnomatix Plant Simulation moguće izraditi model postrojenja i simulirati njegov rad. Izrađen je model varionice, navedeno je od kojih se virtualnih objekata on sastoji te kako je postignuta njegova funkcionalnost. Zatim je objašnjeno povezivanje simulacijskog programa s virtualnim PLC-om koji se izvodi u programu PLCSIM Advanced. Napravljen je algoritam upravljanja u programskom paketu TIA Portal te je objašnjeno kako PLC upravlja automatskim radom virtualnog postrojenja. Provedeno je testiranje kako bi se otkrio optimalni redoslijed izvođenja zadanih recepata za pivo. Ustanovljena je ušteda koju je moguće postići te je objašnjeno kako softver doprinosi identifikaciji problema i povećanju efikasnosti. Na kraju je navedeno nekoliko smjerova u kojima bi se rad dalje mogao nadograđivati. The thesis describes the operation of a brewhouse inside a brewery plant and addresses the motivation behind the creation of a virtual plant model. The elements and functions of Siemens Tecnomatix Plant Simulation software that make it possible to create a plant model and simulate its operation are described. A model of the brewhouse was made. The virtual objects it consists of are represented and it is described how its functionality was achieved. The connection between the simulation program and the virtual PLC being executed in PLCSIM Advanced is established. The control algorithm was made with the software package TIA Portal and it is explained how the PLC controls the automatic operation of the virtual plant. Tests were conducted in order to discover the optimal execution order of the given wort recipes. The savings that can be achieved have been identified and it is explained how the software contributes to identifying problems and increasing efficiency. Finally, several directions in which the future work could be conducted are presented.

Mogućnosti suvremenih tehnologija mogu se iskoristiti za suočavanje s posljedicama klimatskih promjena i njihovim prevladavanjem. Na tom putu koncept digitalnog blizanca države, kontinenta ili svijeta nadilazi prethodna promatranja Zemlje. Uz pridruženu bazu podataka digitalni blizanac može se koristiti za implementaciju širokog spektra simulacijskih modela, npr. klimatskih modela. U tu svrhu sve se više koriste metode umjetne inteligencije. Početkom 2021. njemačka vlada naručila je studiju izvodljivosti za izradu digitalnog blizanca Njemačke. U tom projektu Savezna agencija za kartografiju i geodeziju (BKG), u suradnji s Hamburškim državnim uredom za geoinformacije i izmjeru (LGV) i Hamburškom metropolitanskom regijom (MRH), osigurava bazu podataka za izradu prototipa digitalnog blizanca.

U domeni digitalnih gradova, digitalni blizanac trebao bi se temeljiti na 3D modelu grada koji sadrži objekte s geometrijskim i semantičkim informacijama, trebao bi sadržavati podatke senzora u stvarnom vremenu i trebao bi integrirati različite analize i simulacije kako bi mogao donijeti najbolje odluke o oblikovanju, planiranju i intervenciji.

U radu je predstavljen rad s programskim paketom DIGSI 5 tvrtke Siemens, na primjeru numeričkog relejnog uređaja diferencijalne zaštite energetskog transformatora, kao uvod u korištenje tehnologije digitalnog blizanca za virtualizaciju numeričkih relejnih uređaja u oblaku. Detaljno je opisan način samog parametriranja spomenutog relejnog uređaja korištenjem DIGSI 5 programa. Osim toga prikazan je i način njegovog ispitivanja, koje je obavljeno uz pomoć ispitnog uređaja Omicron CMC.

Prema jednoj od novijih definicija digitalni blizanac je digitalni prikaz stvarnog objekta, uz kontrolnu petlju u kojoj se podaci razmjenjuju u oba smjera, iz stvarnog u digitalni svijet i obrnuto. Zadatak digitalnog blizanca je analizirati, upravljati, kontrolirati i optimizirati svog stvarno postojećeg brata ili sestru. Proizvodni procesi mogu se proučiti praktički prije nego što se dogodi bilo kakva šteta u stvarnosti.

Industrija 4.0 započela je novim tehničkim rješenjima u projektiranju, konstruiranju, proizvodnji, upravljanju, te nadzoru. Ulaganja u napredna tehnološka rješenja zahtijevaju strateška promišljanja, simulacije, planiranje, učenje i obuku. Jedan od bitnih koraka je digitalizacija proizvodne linije kako bi se povezala tvornička oprema i uređaji i ispitala tražena rješenja prije nego što se donese konačna odluka o ulaganju. U diplomskom je radu izgrađen model digitalnog blizanca automatizirane proizvodne linije. Unutar modela je simulirano nekoliko senzora u stvarnom vremenu te su korišteni najnoviji alati za prikaz vremenskih sljedova podataka u oblaku. Industry 4.0 started with new technical solutions in design, construction, production, management, and supervision. Investing in advanced technology solutions requires strategic thinking, simulation, planning, learning and training. One of the essential steps is the digitization of the production line in order to connect the factory equipment and devices and test the required solutions before making a final investment decision. In thisis a model has been built of digital twin automated production line. Model simulates several sensors in real time and use the latest tools to display time series of data in the cloud.

Kontinuirano praćenje rada proizvoda u stvarnom vremenu, uz mogućnost upravljanja njime bez fizičke interakcije, također u stvarnom vremenu, ima značajan utjecaj na sve faze i sudionike u razvoju proizvoda. Navedene značajke su ujedno i glavne karakteristike paradigme digitalnog blizanca u kojoj se, na temelju funkcija i obilježja fizičkog proizvoda, modelira digitalni pandan s kojim je fizički proizvod povezan automatiziranim tokovima podataka. U ovom radu adaptiran je postojeći proizvod sokovnik s ciljem realizacije implementacije digitalnog blizanca. Time je omogućeno praćenje podataka o potrošnji električne energije proizvoda tijekom rada te o volumenu dobivenog soka. Uspješno praćenje podataka omogućili su senzori i mikrokontroler koji je Wi-Fi konekcijom podatke slao do poslužitelja gdje su nadalje pohranjeni u bazu podataka te prikazani u stvarnom vremenu korištenjem softvera za vizualizaciju. Prototip je testiran na eksperimentu s uporabom različitih vrsta voća gdje se iz dobivenih rezultata zaključuje kako gustoća određenog voća utječe na potrošnju električne energije te kakva je korelacija između potrošnje električne energije i dobivenog soka čime se definira učinkovitost proizvoda. Iz toga se može zaključiti kako digitalni blizanac može pomoći u optimizaciji potrošnje električne energije, smanjenju troškova kako korištenja, tako i razvoja proizvoda, smanjenju ekološkog otiska, razvoju nove generacije proizvoda te produljenju životnog vijeka proizvoda korištenjem prediktivnog održavanja. Daljnji rad uključuje proširenje digitalnog blizanca na ostale tokove energije, materijala i signala, detaljniju analizu podataka te integraciju komplementarnih tehnologija. Continuous real-time monitoring of product performance combined with real-time control of the said product without physical interactions has a significant impact on all stages and participants in product development. These features are also the main characteristics of the digital twin paradigm in which a digital counterpart is modeled based on the functions and characteristics of the physical product with said products being connected by automated data flows. This study aims to modify the juicer to complete the successful implementation of a digital twin. This enables data monitoring of product electricity consumption during operation, as well as of the volume of juice obtained. Successful data monitoring was enabled by sensors and a microcontroller which sent data via a Wi-Fi connection to a server where it was further stored in a database and displayed in real-time using visualization software. The prototype was tested in an experiment using different types of fruit, where the results show how the density of a particular fruit affects electricity consumption, while also defining the correlation between electricity consumption and juice obtained, which defines product efficiency. It can further be concluded that the digital twin can help optimize electricity consumption, reduce costs of both product usage and product development, reduce the environmental footprint, develop a new generation of products and extend product lifecycle using predictive maintenance. Further studies include the extension of the digital twin to other flows of energy, materials, and signal, as well as more detailed data analysis and the integration of complementary technologies.

U ovom diplomskom radu se istražuje uloga digitalnog modeliranja u sklopu Industrije 4.0. U uvodnim poglavljima objašnjeni su pojmovi Industrije 4.0 i digitalnog blizanca, čime je dan kontekst za razumijevanje cilja ovog rada. Praktični dio rada se sveo na izradu digitalnog modela proizvodnog procesa tvornice Muraplast, korištenjem programske podrške za 3D vizualizaciju i simulaciju proizvodnih procesa. Izrađeni model je idejno rješenje za automatizaciju procesa proizvodnje polietilenskih rola uz primjenu mobilnih robota. Zaključno, taj model nije digitalni blizanac u pravom smislu jer postoje određena tehnološka ograničenja, ali se može uočiti da je programska podrška ovog tipa definitivno snažan i koristan alat za vizualizaciju i simulaciju proizvodnih linija, te je značajan korak naprijed za razvoj Industrije 4.0. This thesis explores the role of digital modeling in the context of Industry 4.0. The starting chapters explain the concepts of Industry 4.0 and digital twins, which gives the needed context to understand the point of this thesis. The practical part of the thesis involved creating a digital model of a manufacturing process of Muraplast factory, using a software for 3D visualization and simulation of manufacturing processes. The created model is a conceptual solution for automating the manufacturing process of polyethylene rolls with assistance from mobile robots. In conclusion, that model is not a digital twin in the full sense of the term, due to technological limitations, but the software used for the thesis proves to be a powerful and useful tool for visualization and simulation of manufacturing processes and is a significant step in the development of Industry 4.0.

Digitalni blizanac (digital twin) je zrcalna slika fizičkog procesa koji je artikuliran uz proces o kojem se radi i obično se točno podudara s djelovanjem fizičkog procesa u stvarnom vremenu. Termin je početkom 2000-ih predložio Michael Grieves koji se bavio dizajniranjem proizvoda. Danas se tim terminom označavaju različiti digitalni simulacijski modeli koji rade uz procese u stvarnom vremenu, a odnose se na društvene, ekonomske i fizičke sustave.