Wirtualny Bliźniak – Klucz do przewagi konkurencyjnej Twojej firmy

Producenci funkcjonują dziś w wyjątkowo dynamicznym i wymagającym środowisku biznesowym. Sprostanie aktualnym wyzwaniom wymaga nie tylko efektywnej optymalizacji procesów, ale także zdolności szybkiej adaptacji do zmieniających się oczekiwań konsumentów i regulacji.  

Bez względu na rynek dóbr i usług, czy przemysł, oczekiwania wobec ich dostarczycieli czy producentów rosną, a to powoduje szereg wyzwań: 

• Rosnąca liczba wariantów produktów 
• Wzrost presji regulacyjnej 
• Przyspieszenie innowacji technologicznych 
• Konieczność zrównoważonego rozwoju 
• Zmienne warunki podaży i popytu 
• Automatyzacja i zmiany kompetencji 
• Utrzymanie ciągłości biznesowej - efektywność operacji i elastyczność procesów  

W obliczu tych wyzwań kluczową rolę odgrywają nowoczesne technologie, które wspierają producentów w efektywnym zarządzaniu zmianami i optymalizacji procesów. Jednym z najbardziej innowacyjnych rozwiązań jest zastosowanie wirtualnej rzeczywistości oraz Wirtualnych Bliźniaków, pozwalające na cyfrową symulację środowisk produkcyjnych i szybkie testowanie różnych scenariuszy. Dzięki nim firmy mogą lepiej planować, monitorować oraz doskonalić swoje działania, zwiększając konkurencyjność i odporność na zakłócenia. 

Czym są wirtualne bliźniaki? 

Zacznijmy od określenia definicji Wirtualnego Bliźniaka, jest ona niejednoznaczna i dotyczy różnych etapów rozwijania produktu, dlatego pomoże nam nakreślić, z czym mamy do czynienia przed rozwinięciem artykułu. 

Wirtualny Bliźniak (ang. Virtual Twin) to zaawansowany, cyfrowy model, który odzwierciedla rzeczywisty obiekt fizyczny (np. maszynę, linię produkcyjną, cały zakład) wraz z jego procesami i zachowaniami.  

 

Taka wirtualna reprezentacja pozwala precyzyjnie symulować pracę, a przez to kontrolować poprawność działania i efektywność rzeczywistego odpowiednika. W równoległej cyfrowej rzeczywistości możemy tworzyć, więc alternatywne scenariusze, aby wybrać ten najlepszy. Użytkownik w środowisku symulacji może modyfikować modele, konstrukcje, wprowadzając ulepszenia, nowe optymalniejsze rewizje, zanim produkt trafi na produkcję. Unikamy w ten sposób, chociażby drogich w wykonaniu prototypów. Ponadto projekty zawierające Wirtualne Bliźniaki mogą pełnić rolę szkoleniową czy odpowiadać za wizualizację gotowych rozwiązań dla klientów końcowych.  

Funkcjonalność Wirtualnych Bliźniaków wpisuje się doskonale w założenia Przemysłu 4.0. Ideą Przemysłu 4.0 jest transformacja procesów projektowania, wytwarzania, tworzenia dokumentacji czy planowania do ich cyfrowej wersji. Umożliwia to właśnie system, jakim jest platforma 3DEXPERIENCE. Więcej o Przemyśle 4.0 znajdziesz w naszym artyule: Przemysł 4.0 – czym jest i jak jest adaptowany w Polsce? 

Platforma 3DEXPERIENCE od Dassault Systèmes to nowoczesne, chmurowe środowisko umożliwiające tworzenie cyfrowych bliźniaków produktów, procesów i systemów. Pozwala ona na integrowanie wszystkich danych, modeli 3D, symulacji i informacji eksploatacyjnych w jednym miejscu. Dzięki temu firmy mogą projektować, symulować, monitorować i doskonalić produkty w wirtualnym świecie, zanim powstaną w rzeczywistości, wspierając innowacyjność, współpracę oraz zrównoważony rozwój. 

Platforma 3DEXPERIENCE daje nam wiele narzędzi do tworzenia i kontroli Wirtualnych Bliźniaków, ale aby było to możliwe, należy zauważyć, że konieczne będzie posiadanie modeli 3D produktów, maszyn czy linii produkcyjnych. 

Dlatego w całym procesie bardzo ważną rolę pełni SOLIDWORKS właśnie jako środowisko do modelowania 3D. To dzięki szczegółowym, trójwymiarowym modelom można analizować, symulować i obserwować procesy jeszcze przed ich fizycznym wdrożeniem. Ułatwia to identyfikację potencjalnych problemów, optymalizację działań, a także lepszą komunikację i współpracę zespołów. Dzięki integracji z platformą 3DEXPERIENCE, modele SOLIDWORKS stają się podstawą dla wirtualnych bliźniaków. 

Wirtualny bliźniak w środowisku produkcyjnym 

Czego właściwie potrzebujemy, aby stworzyć Wirtualnego Bliźniaka? Kiedy nasze cyfrowe projekty możemy określić mianem Wirtualnych Bliźniaków?  

Tworzenia Wirtualnego Bliźniaka w środowisku 3DEXPERIENCE to proces, który obejmuje kilka kluczowych etapów, a każdy z nich bazuje na integracji danych, modelowaniu 3D oraz symulacji. Przepis na jego stworzenie będzie się różnił, w przypadku procesów choćby w zależności od typu procesu: proces wytwarzania, proces transportu, proces montażu, proces planowania. Natomiast koncept ich tworzenia zawiera cechy wspólne, bez względu na to czy mówimy o procesach, czy produktach. Wyróżnijmy kluczowe etapy: 

1. Gromadzenie danych i planowanie 

• Zbierane są dane CAD dotyczące produktów, układów linii produkcyjnych, maszyn oraz infrastruktury zakładu 
• Analizowane są procesy produkcyjne, wymagania technologiczne oraz harmonogramy 

2. Modelowanie cyfrowe 3D 

• na podstawie zebranych danych tworzy się cyfrowe modele produktów i zasobów produkcyjnych 
• ustalany jest cyfrowy układ hali produkcyjnej i linii montażowych, wprowadzane są szczegółowe parametry urządzeń, łańcuchy kinematyczne maszyn, robotów 

3. Symulacja procesów 

• przeprowadzane są symulacje sekwencji montażowych, przepływu materiałów, logistyki wewnętrznej oraz interakcji cel maszynowych 
• możliwe jest testowanie różnych scenariuszy produkcyjnych bez przerywania rzeczywistej produkcji 

4. Integracja z rzeczywistymi danymi 

• współpraca z systemami MES, ERP i IoT pozwala na pobieranie danych w czasie rzeczywistym z maszyn, czujników i innych źródeł, lub na początkowych etapach wdrożeń manualne wprowadzanie danych 
• Wirtualny Bliźniak odzwierciedla rzeczywisty stan fabryki, maszyny, procesu dzięki dwukierunkowemu przepływowi informacji 

5. Optymalizacja i walidacja  

• na podstawie symulacji i danych rzeczywistych identyfikowane  są wąskie gardła, błędy w procesach i potencjał optymalizacji 
• możliwe jest testowanie zmian oraz nowych konfiguracji produktów, zanim zostaną wdrożone w świecie rzeczywistym 

6. Wizualizacja i współpraca 

• dzięki zaawansowanej wizualizacji 3D, rzeczywistości rozszerzonej (AR) i wirtualnej (VR), zespoły mogą analizować i omawiać każdy element produkcji 
• platforma umożliwia współpracę wielu zespołów jednocześnie – od inżynierów po operatorów 

Korzyści wynikające z cyfryzacji procesów i wykorzystania Wirtualnych Bliźniaków 

Technologia Wirtualnych Bliźniaków rewolucjonizuje współczesny przemysł poprzez integrację danych z wirtualnym środowiskiem, tworząc zaawansowane, kompleksowe repliki, które odzwierciedlają każdy aspekt procesów produkcyjnych — od wydajności maszyn po zarządzanie zasobami. 

Zespoły produkcyjne korzystają z tej możliwości, przeprowadzając wiele symulacji przed wprowadzeniem zmian na hali produkcyjnej. Dzięki analizie różnych scenariuszy w bezpiecznym, wirtualnym środowisku, firmy mogą sprostać zmieniającym się wymaganiom rynku, jednocześnie optymalizując koszty i ograniczając straty. 

Symulacja procesów na linii produkcyjnej wspiera optymalizację produkcji oraz zarządzanie cyklem życia produktu (PLM) na kilku kluczowych płaszczyznach: 

• Precyzyjna analiza i testowanie: Symulacja pozwala na wirtualne odwzorowanie rzeczywistych procesów produkcyjnych, dzięki czemu możliwe jest testowanie różnych scenariuszy, kolejności operacji, ustawienia maszyn i rozkładu linii bez konieczności ingerencji w rzeczywiste działania. To bezpieczne środowisko umożliwia identyfikację wąskich gardeł, ryzyk i nieefektywności, co prowadzi do poprawy wydajności i redukcji kosztów. 

• Optymalizacja i zwiększenie efektywności:  Dzięki modelowaniu procesów produkcyjnych można znaleźć najlepsze rozwiązania dla organizacji przestrzeni, kolejności działań i czasów operacji. To pozwala maksymalizować zdolność produkcyjną i minimalizować czas oraz koszty wprowadzenia nowego produktu na rynek. 

• Wsparcie decyzji w całym cyklu życia produktu: platforma 3DEXPERIENCE integruje w jednym środowisku symulacje z systemem PLM, który zarządzają pełnym cyklem życia produktu — od pomysłu, przez projektowanie, produkcję, aż po obsługę i wycofanie produktu. Dane z symulacji pomagają w podejmowaniu świadomych decyzji dotyczących procesu produkcji, planowania zasobów i ulepszania produktów w kolejnych fazach cyklu życia. 

• Szybsze wprowadzanie innowacji i adaptacja: Symulacje umożliwiają szybkie eksperymentowanie z różnymi wariantami produkcji i zmianami w procesach, co skraca czas reakcji na zmieniające się warunki rynkowe i pozwala na ciągłe doskonalenie produktów oraz procesów. 

• Kompleksowa wizualizacja i współpraca: Dzięki symulacjom w 3D i wizualizacjom procesów zespoły projektowe, inżynieryjne i produkcyjne mają lepszy wgląd w funkcjonowanie linii produkcyjnej, co usprawnia komunikację i umożliwia lepsze planowanie oraz koordynację działań. 

Wiele z poruszonych aspektów i korzyści można również zakwalifikować jako metody zrównoważonego rozwoju produktu i procesów. Zoptymalizowane procesy produkcyjne i łańcuchy dostaw, redukują ślad węglowy i zużycie zasobów. Symulacja wirtualnych scenariuszy przekłada się na lepsze planowanie logistyki, a zaawansowane funkcje oprogramowania z dziedziny robotyki pozwalają rozbudować automatyzację procesów zmniejszającą straty i liczbę odpadów. Dzięki zintegrowanej analityce i raportowaniu DELMIA wspiera realizację ESG, łącząc efektywność kosztową z odpowiedzialnością środowiskową. 

DELMIA – serce cyfrowego ekosystemu produkcji  

DELMIA jest sercem cyfrowego ekosystemu produkcji, ponieważ łączy inżynierię cyfrową, automatyzację procesów i spójne projektowanie wirtualne oparte na Wirtualnych Bliźniakach. W integracji z platformą 3DEXPERIENCE i SOLIDWORKS umożliwia inżynierom i operatorom tworzenie pełnych, cyfrowych modeli produktów i linii produkcyjnych, co pozwala na precyzyjne planowanie, symulację oraz optymalizację procesów, zanim zostaną one wdrożone w rzeczywistości. Dzięki automatyzacji procesów DELMIA usprawnia zarządzanie produkcją i eliminuje błędy wynikające z tradycyjnych, ręcznych metod, a spójne projektowanie wirtualne gwarantuje, że każdy etap – od koncepcji po wdrożenie – przebiega w pełni kontrolowanym, jednolitym cyfrowo środowisku. Takie podejście nie tylko zwiększa efektywność firmy, ale także zapewnia elastyczność oraz przewagę konkurencyjną w dynamicznie zmieniającym się przemyśle. 

Platforma 3DEXPERIENCE i oprogramowanie DELMIA są wykorzystywane w wielu branżach przemysłowych, m.in. w motoryzacji, lotnictwie, budowie maszyn rolniczych, high-tech, energetyce, przemyśle spożywczym, sektorze urządzeń przemysłowych oraz dobrach konsumenckich. Przykładami firm używających tych rozwiązań są CLAAS (maszyny rolnicze), Alstom (kolejnictwo), Koenigsegg (motoryzacja), Embrarer i Kongsberg Defence & Aerospace (lotnictwo i obronność), Outotec (maszyny przemysłowe) i Cytiva (biotechnologia). 

Na poziomie produkcji 3DEXPERIENCE z DELMIA umożliwia: 

• Planowanie i harmonogramowanie produkcji (również z uwzględnieniem wielu linii, maszyn, operatorów i scenariuszy zamówień),  

• Symulowanie, modelowanie oraz optymalizację przepływu materiałów w fabrykach, w tym całych ciągów produkcyjnych, 

• Kompleksowe sterowanie maszynami CNC – wsparcie operacji tokarek, frezarek, laserów itd.,  

• Programowanie i symulację robotów przemysłowych, analizę ich dostępności i efektywności, 

• Analizę ergonomii i bezpieczeństwa stanowisk roboczych, 

• Monitoring operacji produkcyjnych oraz zarządzanie zasobami, 

• Wirtualne tworzenie bliźniaków fabryk, testowanie zmian bez ponoszenia kosztów rzeczywistych prototypów.  

Wdrożenie tych narzędzi pozwala na eliminację błędów na etapie projektowania, oszczędność czasu wdrożenia, redukcję kosztów oraz pełną integrację zespołów inżynieryjnych, produkcyjnych i logistycznych. Przykłady takie jak CLAAS czy Alstom potwierdzają, że platforma jest używana zarówno do mapowania całych linii produkcyjnych, jak i optymalizacji pojedynczych operacji jak robotyzacja montażu czy wirtualne rozplanowanie fabryki. 

Przyjrzyjmy się konkretnym rolom, które posłużą za przykład wsparcia w przygotowaniu procesów produkcyjnych na różnych etapach dzięki DELMI. 

Rola NTA – NC Mill-Turn Machine Programmer umożliwia programistom NC kompleksowe programowanie oraz weryfikację operacji frezowania i toczenia na wieloosiowych maszynach CNC typu mill-turn. Użytkownik może opracowywać ścieżki narzędzia dla zaawansowanego, zarówno frezowania (2,5-, 3- i 5-osiowego), jak i toczenia, z uwzględnieniem synchronizacji operacji oraz transferu detali między wrzecionami i narzędziami. Rola ta wspiera programowanie maszyn wykonujących skomplikowane części, przy zachowaniu wysokiej automatyzacji, bezpieczeństwa ruchów narzędzi i skróceniu czasu cyklu produkcyjnego.  

Daje możliwość pełnej symulacji usuwania materiału, sprawdzania kolizji, zarządzania zasobami maszyn i narzędzi oraz współpracy zespołowej nad programami NC. Zaawansowane możliwości środowiska symulacyjnego i rozbudowane możliwości sterowania maszynami dają z parze z Wirtualnymi Bliźniakami możliwość sterowania i sprawdzenia poprawności programów NC przed trafieniem na produkcję.  

Użytkownik może kontrolować wiele ruchów maszyny, narzędzi i oprzyrządowania nie tylko w materiale, ale również ruchów poza nim. Jest to możliwe dzięki odwzorowaniu kinematyki maszyny. W ten sposób możemy kontrolować peryferia takie jak podtrzymki, koniki, dodatkowe uchwyty. 

Rola RBS - Robot Programmer w 3DEXPERIENCE DELMIA umożliwia kompleksowe programowanie, symulację i walidację pracy robotów przemysłowych w środowisku wirtualnym. Programista może projektować, optymalizować i testować cykle robotów offline, czyli bez potrzeby zatrzymywania produkcji. Funkcjonalność obejmuje przygotowanie układów robotycznych (workcell layout), generowanie ścieżek ruchu i sekwencji operacji, unikanie kolizji, optymalizację czasu cyklu oraz integrację z urządzeniami dodatkowymi (np. chwytakami, czujnikami).  

Rola ta pozwala na łatwą współpracę inżynierów na jednej platformie, skraca czas wdrożenia i zapewnia wysoką jakość oraz bezpieczeństwo programów poprzez możliwość ich pełnej weryfikacji przed wdrożeniem na halę produkcyjną. 

Rola EFS – Factory Simulation Engineer w 3DEXPERIENCE DELMIA stanowi narzędzie, które umożliwia inżynierom produkcji projektowanie, modelowanie oraz optymalizację przepływów materiałów i zasobów w zakładach przemysłowych w realistycznym środowisku 3D. Korzystając z EFS, można tworzyć konfiguracje fabryk, definiować oraz weryfikować funkcjonowanie stanowisk pracy, linii produkcyjnych lub całych zakładów, analizując różnorodne scenariusze produkcyjne. Umożliwia to wczesne wykrywanie wąskich gardeł i potencjalnych problemów, co sprzyja zwiększeniu wydajności i bardziej efektywnemu wykorzystaniu zasobów. Narzędzie wspiera również analizę „what-if”, czyli ocenę alternatywnych rozwiązań, ścieżek przepływu materiałów oraz strategii organizacji produkcji.  

Dzięki trójwymiarowej wizualizacji użytkownicy mogą lepiej zrozumieć cały system oraz sprawniej komunikować zmiany między poszczególnymi działami. EFS przyspiesza proces planowania, jednocześnie ograniczając ryzyko kosztownych przestojów i błędów podczas uruchamiania produkcji. Rozbudowane funkcje obejmują symulację awarii maszyn, zarządzanie zasobami takimi jak pojazdy autonomiczne (AGV), a także monitoring kluczowych wskaźników efektywności (KPI). Platforma umożliwia szybkie analizowanie wielu scenariuszy oraz optymalizację skomplikowanych procesów produkcyjnych i logistycznych na poziomie całych zakładów. 

Rola MFN – Manufactured Items Engineer na platformie 3DEXPERIENCE DELMIA odpowiada za tworzenie, zarządzanie i aktualizację struktury wyrobu produkcyjnego, znanej jako Manufacturing Bill of Materials (MBOM). Dzięki tej roli inżynierowie mogą definiować strukturę elementów produkcyjnych bezpośrednio na podstawie danych projektowych 3D, co umożliwia zachowanie cyfrowej ciągłości między działem inżynierii a produkcją.  

Narzędzie oferuje prosty interfejs webowy z funkcją drag & drop oraz szablonami, co znacznie przyspiesza proces tworzenia MBOM oraz ułatwia wprowadzanie zmian. MFN pozwala na bieżący podgląd statusu elementów, porównywanie i uzgadnianie różnic pomiędzy strukturą inżynieryjną (EBOM) a produkcyjną (MBOM), co minimalizuje błędy i usprawnia współpracę między działami. Ponadto struktura MBOM stworzona za pomocą MFN może być wykorzystywana w innych aplikacjach DELMIA do planowania procesów, robotyki, ergonomii i wytwarzania, zapewniając płynną integrację i efektywność całego cyklu produkcyjnego. 

MFN jest dobrym przykładem zastosowania Wirtualnych Bliźniaków, ponieważ umożliwia cyfrowe odwzorowanie i zarządzanie strukturą produkcyjną wyrobu w czasie rzeczywistym, zapewniając spójność danych między projektowaniem a produkcją i umożliwiając szybkie symulacje oraz optymalizacje procesów produkcyjnych. 

Bardzo ciekawym uzupełnieniem wykorzystania środowiska 3D jest możliwość obsługi przez aplikacje DELMI gogli VR. Podłączenie gogli VR pozwala na pełne zanurzenie się w cyfrowym środowisku produkcyjnym, co umożliwia realistyczną wizualizację procesów, maszyn i przestrzeni fabrycznych w skali 1:1. Dzięki temu można lepiej zrozumieć i zweryfikować projekty oraz symulacje, wykrywać kolizje i optymalizować układy produkcyjne jeszcze przed fizycznym wdrożeniem. Gogle VR wspierają także bardziej angażujące i efektywne szkolenia pracowników oraz usprawniają komunikację między zespołami poprzez immersyjną współpracę nad modelami 3D. Dodatkowo technologia VR pozwala wprowadzać zmiany w czasie rzeczywistym oraz przeprowadzać wirtualne montażowe prace zespołowe, minimalizując ryzyko błędów i kosztów. 

Jak rozpocząć cyfrową transformację produkcji? 

Aby skutecznie zacząć budowanie cyfrowej infrastruktury w produkcji z wykorzystaniem ról DELMIA na platformie 3DEXPERIENCE, warto przejść przez następujące etapy: 

1. Analiza procesów i potrzeb firmy – zacznij od mapowania aktualnych procesów produkcyjnych, identyfikacji wąskich gardeł i obszarów wymagających cyfryzacji oraz określenia celów biznesowych. 

2. Wybór odpowiednich ról DELMIA – dobierz role dostosowane do specyfiki produkcji, takie jak NC Mill-Turn Machine Programmer do programowania CNC, Robot Programmer do robotyzacji, Manufactured Items Engineer do zarządzania strukturą wyrobów oraz Factory Simulation Engineer do symulacji przepływów w fabrykach. 

3. Implementacja wirtualnych bliźniaków – wykorzystaj możliwości cyfrowego modelowania i symulacji procesów, maszyn i przepływów, aby tworzyć rzeczywiste odwzorowania fabryk i produkcji w środowisku 3D. 

4. Pilotaż i iteracyjne doskonalenie – zacznij od wdrożenia ról na wybranych procesach lub liniach produkcyjnych, zbieraj dane, testuj i udoskonalaj modele cyfrowe. 

5. Integracja i szkolenia zespołu – zadbaj o integrację ról DELMIA z innymi systemami oraz przeszkol pracowników, by mogli w pełni wykorzystać potencjał cyfrowej platformy. 

6. Ciągłe monitorowanie i optymalizacja – korzystaj z danych w czasie rzeczywistym, analizuj wskaźniki efektywności i nieustannie optymalizuj procesy produkcyjne, wykorzystując pełne możliwości cyfrowej infrastruktury. 

Taka struktura działań pozwala budować elastyczną, skalowalną i efektywną cyfrową infrastrukturę produkcyjną, minimalizując ryzyko i zwiększając zwrot z inwestycji. 

Podsumowując, dlaczego Wirtualne Bliźniaki to klucz do przewagi konkurencyjnej Twojej firmy?

Wirtualne Bliźniaki w ekosystemie produkcyjnym DELMIA to przełomowe narzędzie, które zmienia sposób podejmowania decyzji i optymalizacji procesów produkcyjnych. Dzięki współpracy wszystkich działów precyzyjnemu modelowaniu, wirtualnym testom zmian i monitorowaniu rzeczywistych wyników, technologie te pozwalają skrócić cykle produkcyjne, redukować straty oraz szybko reagować na zmieniające się wymagania rynkowe i regulacyjne. Wykorzystanie Wirtualnych Bliźniaków daje firmom elastyczność i odporność na zakłócenia, zwiększając ich konkurencyjność i wspierając zrównoważony rozwój. Zachęcamy do kontaktu z SOLIDEXPERT, aby odkryć, jak DELMIA i Wirtualne Bliźniaki mogą zrewolucjonizować produkcję w Twojej firmie. 

Zobacz także:

• Analiza MES – nie bój się metod numerycznych przy obliczaniu wytrzymałości
• Przemysł 4.0 – czym jest i jak jest adaptowany w Polsce?
• Rola Manufacturing Items Engineer i znaczenie MBOM w firmie produkcyjnej
• Cyfrowy bliźniak lub wirtualny bliźniak – jaka jest różnica?