Вступ

Завдяки Українському кластерному альянсу та CzechInno, за підтримки Міністерства закордонних справ Чеської Республіки, Посольства Чеської Республіки в Києві, Міністерства промисловості та торгівлі Чеської Республіки стала можливою очна участь української делегації в Smart City Forum Czechia & Ukraine.

Програма бізнес-місії “Чехія-Україна” включала три дні:

• 25 квітня. Зустріч з представниками Міністерства промисловості та торгівлі Чеської Республіки. Зустріч з чеськими компаніями та організаціями-членами Ділового клубу в Україні. Зустріч з представниками посольства України в Чеській Республіці.
• 26 квітня. Smart City Forum Czechia & Ukraine. Мета форуму полягала у встановленні зав’язків для об’єднання української та чеської співпраці у сфері «розумних міст-регіонів-громад», зміцнення співпраці над конкретними проєктами, які могли б допомогти поточній та післявоєнній відбудові України. Перша половина дня включала доповіді представників української делегації, а також доповіді чеських учасників форуму. Друга половина дня включала B2B зустрічі з учасниками форуму, а також екскурсію до тестових лабораторій Чеського технічного університету.
• 27 квітня. Екскурсія в місті Плзень закладами розробки технологій Smart City. Перша половина дня: екскурсія до центру компетенції SITMP міста Плзень. Друга половина дня: екскурсія до Полігону розумного міста Плзень.

Форум “Розумне місто” Чехія-Україна”

Делегація Українського кластерного альянсу у форумі “Розумне місто” Чехія-Україна” включала 14 осіб, включно з керівниками АППАУ та Київського хайтек кластеру, представниками регіонів Одеси, Києва, Львова, Дніпра, Запоріжжя та Бучі, радниками та заступниками мерів міст. Я представляв Digital Innovation HUB Centre 4.0 KPI DIH, який функціонує на базі КПІ ім. Ігоря Сікорського (Facebook Centre 4.0 KPI DIH).

Конференц-хол форуму Smart City Forum Czechia & Ukraine в CIIRC

Форум проходив на базі Чеського інституту інформатики, робототехніки і кібернетики (Czech Institute of Informatics, Robotics and Cybernetics, далі CIIRC). Інститут є підрозділом Чеського технічного університету в Празі (Czech technical university in Prague, далі CTU). За кількістю студентів і науково-педагогічних працівників CTU співставний з КПІ ім. Ігоря Сікорського. У 2022/2023 навчальному році в CTU навчалося близько 19 000 студентів.

Структурно CTU складається з 8 факультетів і 6 інститутів. Принципова відмінність факультетів від інститутів полягає в тому, що навчанням студентів займаються тільки факультети, тоді як дослідницька робота сконцентрована в інститутах. Інститути не навчають студентів. Навчальні програми в інститутах передбачені для рівня PhD. Відповідно до розподілу головних функцій факультетів і інститутів відмінні і джерела фінансування. Факультети фінансуються університетом, тобі як діяльність інститутів в основному фінансується коштом грантових проєктів  Європейського союзу і в меншій кількості внаслідок програм Чеської Республіки. Зазвичай грантовий проєкт на 15-20% забезпечуються комерційними організаціями, які є, як правило, учасниками проєкту.

Корпус CIIRC

Особливості наукової і дослідницької діяльності CIIRC

На базі CIIRC функціонує Digital Innovation Hub (https://dih.ciirc.cvut.cz/en_US/) у тісній кооперації з National Centre for Industry 4.0 (див. організаційну структуру CIIRC нижче). На першому етапі Centre for Industry 4.0 був створений як незалежна фінансова та операційна одиниця під егідою CIIRC при CTU. Центр використовує ключову інфраструктуру Industry 4.0 Testbed в CTU. Подібна або сумісна інфраструктура пізніше буде створена в Технічному університеті в Брно та інших університетах.

Окремо в інституті CIIRC виділений департамент управління проєктами (Project Management Office).

Візитівкою CIIRC є Тестова лабораторія Industry 4.0 (Testbed of Industry 4.0). В Testbed of Industry 4.0 налічується близько 20 роботів від лідерів галузі KUKA, ABB тощо. Серед наявних роботів чимало коботів.

Загальний вигляд R&D майданчику Industry 4.0 в CIIRC

Задачі, над якими працюють дослідники в лабораторії, стосуються уточнення позиціювання роботів на основі технологій комп’ютерного зору, оптимізації роботи виробничих конвеєрів, дослідження безпеки експлуатації роботів. В приміщенні оброблювальних станків працюють над оптимізацією процесів охолодження заготовок при їх фрезеруванні, відпрацьовують способи друку металевих деталей на 3D принтерах, в деяких станках застосовується комбінація технологій фрезерування та 3D друку, відпрацьовується застосування роботів-маніпуляторів для обробки деталей і виробів великого об’єму, які просто не можна розмістити в типових оброблювальних станках і т.д.

Дана лабораторія Testbed of Industry 4.0 побудована в рамках фінансування Horizont 2020 проєкту Research and Innovation Centre on Advanced Industrial Production (RICAIP).

Опис проєкту RICAIP (https://cordis.europa.eu/project/id/763559):

“Проект RICAIP розробляє основу для створення Дослідницького та інноваційного центру передового промислового виробництва провідними дослідницькими організаціями Чеської Республіки: Чеським інститутом інформатики, робототехніки та кібернетики Чеського технічного університету та Центральноєвропейським технологічним інститутом Брнонського технічного університету, у тісному партнерстві з відомими німецькими дослідницькими організаціями: Німецьким дослідницьким центром штучного інтелекту та Центром мехатроніки та технологій автоматизації. Результатом партнерства стане передача знань і досвіду від німецьких до чеських партнерів, а також стратегічна довгострокова співпраця на всіх рівнях досліджень, освіти та інновацій. Це гарантуватиме унікальну позицію Центру в Європейському дослідницькому просторі як лідера в галузі досліджень передового промислового виробництва.

Центр RICAIP розмістить нові напрямки досліджень та інновацій у сфері промисловості 4.0, а саме виробництво на кількох майданчиках і розробку виробничих систем. Центр забезпечить розподілений, але практично інтегрований експериментальний стенд. Він фізично базуватиметься на дослідницьких об’єктах чеських партнерів, доповнених відповідним віддаленим майданчиком, яким спільно керують німецькі партнери. Метою проєкту є створення міжнародного центру для промисловості 4.0, який принесе нові інтелектуальні, безпечні та складні рішення для промислового виробництва на кількох майданчиках майбутнього. Довгострокове бачення полягає в тому, щоб перетворити тестовий стенд RICAIP на європейську дослідницьку інфраструктуру в галузі промисловості 4.0.“

Проєкт RICAIP є завершеним. Наразі одним із результатів цього проєкту є Testbed of Industry 4.0 на базі CIIRC в CTU. Загальне фінансування проєкту згідно з офіційними даних склало близько 400 тис євро. Але загальні капіталовкладення Testbed of Industry 4.0 вимірюються мільйонами євро. Основне фінансування здійснене з боку німецьких партнерів. Стратегія побудови мережі подібних лабораторій на просторах Європейського союзу полягає в акселерації інноваційних рішень для промисловості з метою оптимізації промислового виробництва і його здешевлення, а також забезпеченні стратегічної незалежності економіки Європейського союзу від економіки КНР, де за останні 15 років зосередилися основні світові виробничі потужності.

Стенд оптимізації роботи конвеєрної лінії

Модель функціонування Testbed of Industry 4.0 полягає у провадженні дослідницької діяльності на замовлення великих промислових виробників, таких як Škoda, VW (автомобілебудування), Pilsner (пивоваріння) і т.д. При цьому дослідниками Testbed of Industry 4.0 можуть залучатися студенти CTU на платній основі.

Один зі стендів з відпрацювання рішень по позиціюванню роботів на основі комп’ютерного зору

Підсумки

Досвід CIIRC та проєкту RICAIP з становлення мережі сучасних дослідницьких майданчиків Industry 4.0 на базі університетів (Прага, Брно) є прикладом ефективного провадження науково-дослідчої діяльності. Рішення, над якими працюють в лабораторіях, є новими і складними, потребують як глибокої теоретичної підготовки, так і практичного тестування. Подібні задачі користуються грантовою підтримкою Європейського союзу. Але варто відзначити, що європейські гранти не є головним рушієм з фінансової точки зору.

Приклад Industry 4.0 Testbed в CIIRC показує, що вартість лабораторії покрита грантовим проєктом RICAIP менше ніж на 10%, тоді як основне фінансування здійсненне великими європейськими консорціумами (Škoda, Siemens), а також промисловими кластерами. Це говорить про те, що головним рушієм становлення сучасної економіки із залученням інноваційних цифрових рішень є державна політика і державні програми розвитку.

Роль університетів і, зокрема, спеціалізованих експертних осередків, таких як DIH, полягає в концентрації на своїх майданчиках технічних засобів, лабораторій, стендів для практичної реалізації розроблюваних рішень, а також кваліфікованої молоді (студентів, молодих дослідників, керівників проєктів) для здійснення дослідницької діяльності. Надання університетом або його окремим підрозділом послуг Test-Before-Invest є цікавим для організацій, які не мають ресурсів для самостійного R&D або бажають зменшити витрати на R&D, не мають компетенцій в деяких галузях, або бажають знайти партнерів для розробки інноваційних рішень.

З повною версію звіту можна ознайомитися на сайті Українського кластерного альянсу.

Сообщение Звіт бізнес-місії Smart City Forum Czechia & Ukraine: “Погляд наукової спільноти” появились сначала на Кафедра автоматизації енергетичних процесів - Кафедра АЕП - КПІ ім. Ігоря Сікорського.

Це заключна стаття в серії з 3-ох частин про Ощадливий цифровий двійник. Якщо вже прочитали частину 1 і частину 2, тоді бажаємо приємно і корисно провести час за частиною 3.

Крок 2. Задокументуйте план – канву ощадливого цифрового двійника (визначте рішення)

Як тільки визначені один або два кандидати у цифрові двійники – створюється односторінковий опис рішення. Цей опис заснований на Lean Canvas, описаній в розділі підходу бережливого стартапу. Полотно пристосоване для процесу ощадливого цифрового двійника і називається Lean Digital Twin Canvas. Воно описує всі ключові елементи відповідності проблеми та рішення.

Порядок заповнення Lean Digital Twin Canvas наведено нижче. Рекомендується зробити початкову чернетку протягом 60 хвилин після вправи з визначення пріоритетів.

Послідовність заповнення полотна на семінарі:

1. (Проблема) Визначте 3 головні проблеми, які ваш двійник вирішуватиме на основі матриці пріоритетів.
2. (Клієнтські сегменти) Хто цільові користувачі, які отримають користь від рішення? (цифровий двійник)
3. (Унікальна пропозиція цінності цифрового двійника) Що робить вашого цифрового двійника відмінним від того, що ви вже робите?
4. (Рішення) Які три головні функції цифрового двійника? (ШІ, робота в реальному часі, підтримка у прийнятті рішень тощо)
5. (Зовнішні виклики) Які зовнішні труднощі можуть виникнути у цифрового двійника? (безпека, доступ до даних, сполученість)
6. (Рентабельність інвестицій) Як цей цифровий двійник забезпечить повернення інвестицій?
7. (Ключові показники) Як цифровий двійник буде вимірюватися? (кількісно)
8. (Інтеграція) Які основні інтеграції потрібні, щоб це запрацювало?
9. (Собівартість) Яка прогнозована собівартість?

Це логічна послідовність, яка починається з проблеми та користувачів, а не переходить відразу до функцій продукту. Цей цілісний підхід враховує всі аспекти, необхідні для реалізації успішного проекту цифрового двійника.

Початкова сесія семінару спрямована на те, щоб виконати якомога більше відразу, але Lean Digital Twin Canvas постійно оновлюється (версіонується) по мірі тестувань, перевірок та навчання.

Однією з головних переваг Canvas є те, що його легко завершити під час семінару, і він містить готовий односторінковий бізнес-план для цифрового двійника, який легко донести як до кінцевих користувачів, так і до спонсорів проекту. На зустрічах зі спонсорами він представляється як один слайд.

Завершення Lean Digital Twin Canvas фіналізує етап відповідності продукту до ринку у підході ощадливого цифрового двійника. Наступний етап зосереджений на перевірці та підтвердженні вашої гіпотези і припущень. Це досягається шляхом розробки мінімально життєздатного цифрового двійника (MVDT), як це робиться на етапі відповідності продукту/ринку в методології ощадливого стартапу.

Крок 3. Вирішіть, що увійде до складу V1 мінімально життєздатного цифрового двійника

Той самий процес встановлення пріоритетів, який використовувався для вибору кандидатів MVDT, застосовується для визначення того, які функції слід включити до початкової версії або MVDTv1. Єдина відмінність полягає в тому, що функції цифрових двійників тепер оцінюються на основі впливу на бізнес і технічної здійсненності, а не бізнес-застосувань.

Типові функції промислового застосування містять, але не обмежуються:

• Дані в реальному часі від датчиків та пристроїв;
• Архівні дані від архівних серверів та систем автоматизації;
• Алгоритми машинного навчання, такі як виявлення аномалій;
• Прогностичні алгоритми на кшталт моделей класифікації та регресії;
• Виробничі дані від систем керування підприємством;
• Аналітичні або інженерні моделі, що описують поведінку обладнання;
• Симулятори.

Зазвичай цифрові двійники складаються з комбінацій вищезазначених ознак. Ранжування цих функцій за їхньою відповідністю постановці проблеми та вирішенню визначає дві або три ключові характеристики в квадранті «Виконати у V1».

Цей підхід визначає ключові можливості початкової версії, які забезпечать найкращі умови для перевірки та підтвердження спроможностей рішення щодо вирішення бізнес-завдання. Важливо відзначити, що мінімально життєздатні функції цифрового двійника все ще реалізуються як повнофункціональні компоненти рішення, однак сфера застосування всього MVDT обмежена двома або трьома функціями, визначеними в цьому процесі.

Крок 4. Створіть спрощений MVDT для перевірки гіпотези

Моделювання MVDT, який включає 3 функції, визначені на попередньому кроці, надасть основу для підтвердженого навчання.

Цей макет запропонованого цифрового двійника свердловини використовує інформацію про події в режимі реального часу для даних про пласт зі сховища даних про підземні ґрунти, карту розташування свердловини з джерела даних ГІС та дані про видобуток із бази даних операцій. Інформація ще не має даних в режимі реального часу, але макет надає реалістичне уявлення про ощадливий цифровий двійник і підтримку прийняття рішень, яку він надаватиме користувачам, у тому числі дані про операції, рекомендації на основі описової та приписної аналітики, та пов’язані з цим активом відкритими завданнями.

В інструментах розробки цифрових двійників, які підтримують гнучкий підхід, можливість макетування вбудована, але такі макети можуть бути зроблені і простими засобами, наприклад у  Microsoft PowerPoint.

Такий макет, як правило, проходить кілька ітерацій розгляду серед користувачів та стейкхолдерів впродовж тижня-двох. Міні-презентації та спілкування зі стейкхолдерами забезпечує миттєвий зворотний зв’язок, який легко включити в макет. Результат цього процесу забезпечує стійку основу для живої версії MVDT, яка буде використана для перевірки, чи дійсно вона вирішує свою проблему.

Крок 5. Створення діючого MVDT

Після узгодження макета створюється фактичний MVDT, бажано в середовищі гнучких інструментів розробки. Він інтегрується в робочі джерела даних. Це може становити від кількох днів до 3-4 тижнів залежно від інструментарію, який використовуються.

Перевага використання підходу ощадливого цифрового двійника в тому, що набір функцій обмежений. Це означає, що користувачів можна навчити використовувати застосунок цифрового двійника за відносно короткий проміжок часу. Метою цього кроку є перевірка припущень і гіпотез, зроблених на цьому шляху, і визначення областей, де MVDT необхідно вдосконалити або змінити. Це можна робити від 4 до 12 тижнів залежно від складності та важливості рішення.

Також цей етап використовується для перевірки та очищення джерел даних, перевірки алгоритмів, розрахунків для покращення якості підтримки прийняття рішень, яку надає цифровий двійник. Результати цього кроку завершують аналіз відповідності продукту ринку та служать основою для розгортання та масштабування цифрового двійника на виробництві.

Висновки

Підхід ощадливого цифрового двійника добре підходить для організацій, які починають свій цифровий шлях і хочуть використовувати ітеративний підхід для систематичного визначення вимог, одночасно показуючи цінність для бізнесу.

Цей підхід вимагає підтримки «зверху вниз» і залученості «знизу вгору». Це спільний підхід, який забезпечує стійкість процесу, оскільки він не є директивним. Однак це потребує кількох ітерацій або змін, щоб знайти найкращу відповідність цифровий двійник/бізнес.

Приклад опису полотна ощадливого цифрового двійника для вирішення проблеми видобутку корисних копалин.

Сообщение Ощадливий цифровий двійник. Частина 3 появились сначала на Кафедра автоматизації енергетичних процесів - Кафедра АЕП - КПІ ім. Ігоря Сікорського.

У першій частині публікації ми описали основні принципи підходу ощадливого стартапу та як їх можна застосувати до створення цифрових двійників. А в цій статті ми розглянемо практичне застосування цього підходу до розробки ощадливого цифрового двійника.

Перший етап підходу зводить до мінімуму зусилля щодо розробки, так як зосереджується на визначенні ключових проблем бізнесу, які можна вирішити за допомогою цифрових двійників, описавши загальне рішення у простій для сприйняття формі. У методології ощадливого стартапу це називається етапом відповідності проблеми та рішення.

Другий етап підходу визначає мінімально життєздатного цифрового двійника (Minimum viable digital twin, MVDT) на основі формулювання проблеми та рішення з попереднього етапу. MVDT використовується для перевірки та верифікації припущень і гіпотез, зроблених під час формулювання проблеми. MVDT може пройти кілька ітерацій, доки покаже відповідність цифрового двійника потребам бізнесу. Це випливає з відповідності продукту ринку у методології ощадливого стартапу. Найкраще це досягається за допомогою інструментів гнучкої розробки, які дозволяють експертам у предметній галузі швидко змінювати елементи MVDT.

Як тільки гіпотеза MVDT перевірена та підтверджена, цифровий двійник може масштабуватися до повного виробництва та життєвого циклу.

Ці перші два етапи зосереджені на ітераційному підтвердженому навчанні і потенційній зміні програми цифрового близнюка в міру появи нового знання.

Найкраще ощадливий цифровий двійник будувати описаними нижче послідовними кроками.

Крок 1. Знайти проблему, гідну вирішення (розуміння проблеми)

Описаний тут підхід до встановлення пріоритетів проходить у дві стадії, щоб, по-перше, ранжувати кілька ініціатив в організації, які можуть отримати вигоду від цифрових двійників, та, по-друге, ранжувати приклади використання активів або процесів, які працюють разом як система. Перша вправа визначення пріоритетів фокусується на визначенні тієї системи, на якій потрібно буде зосередитися. Інша вправа визначає пріоритети варіантів використання для групування активів, які можуть обслуговуватися одним цифровим двійником.

Прикладами можуть бути пакувальна лінія для товарів повсякденного вжитку, свердловина в нафто-газовій галузі, роботизована складальна лінія на виробництві, магістральний конвеєр в обробному чи переробному заводі гірничовидобувної галузі.

В обох вправах застосовується однаковий підхід, і початкову матрицю пріоритетів можна опустити, якщо компанія чітко розуміє систему, яка може отримати користь від цифрового двійника. Однак рекомендується все-таки виконати вправу визначення пріоритетів, щоб переконатися, що розглядаються реальні бізнес-проблеми. Досвід авторів показує, що організаційні упередження часто впливають на вибір кандидатів для цифрових двійників, а підхід матриці пріоритетів допомагає підсвітити результативні проекти.

Мета полягає в тому, щоб створити потенційно спростовну гіпотезу, щоб перевірити бізнес-проблему, яку вирішуватиме цифровий двійник. «Циклонні насоси є причиною 30 годин простою щомісяця» – це приклад такої гіпотези. Її можна перевірити під час спілкування та семінарів пошуку відповідності проблеми та рішення.

Процес ранжування враховує і вплив на бізнес й технічну готовність проєкту цифрового двійника.

Високорівневі бізнес-результати в структурі визначення пріоритетів є основою для оцінки та узгодження впливу на бізнес конкретного випадку використання. Процес пріоритезації починається зі списку потенційних варіантів використання цифрового двійника і ранжування для кожного бажаного бізнес-результату на основі їх впливу на бізнес. Показники впливу на бізнес вибираються відповідно до стратегічних цілей організації. Їх часто називають рушійними силами бізнесу в програмах цифрової трансформації.

Щоб уникнути ступору аналізу, для встановлення рейтингової матриці використовується проста методологія високого, середнього та низького балів. Найкраще це робити з представниками бізнесу, IT та OT під час робочої зустрічі. Після оцінки впливу на бізнес для кожного сценарію оцінюється його технічна здійсненність (або складність), знову ж таки без надмірного аналізу чи заглиблення в технічні деталі. Це підхід «зверху вниз», і навіть якщо інформація з методів розробки надійності, як-от FMEA, може бути корисним індикатором, важливо стежити, щоб це не переросло в сеанс розробки технічних характеристик чи вимог. Оцінка впливу виконується на основі стратегічних факторів бізнесу, таких як безпека, час простою, якість, пропускна здатність, вартість тощо.

Наприклад, застосовуються такі критерії технічної оцінки: (1) складність OT, (2) складність ІТ, (3) аналітика, (4) складність системи та (5) готовність проекту. Критерії технічної оцінки можна налаштувати відповідно до вимог бізнесу, але для цього прикладу критерії стосуються типової промислової установки.

Складність OT та IT описується з точки зору доступності, точності, затримки та географічного розташування. Аналітика описується з точки зору зрілості, складності (прогностична та когнітивна аналітика) і застосування бізнес-правил або фізичних моделей. Складність системи залежить від інфраструктури розгортання (граничної, локальної та хмарної) та географічних обмежень. Готовність проекту оцінюється за наявністю профільних спеціалістів та технічних ресурсів.

Як правило, корисно визначити «порядок величини» фінансових показників, щоб узгодити високорівневий вплив кожного нового стану або сценарію. Мета полягає не в тому, щоб точно визначити цінність бізнес-кейсу, а в тому, щоб отримати згоду на високому рівні між різними зацікавленими сторонами щодо потенційного впливу кожного сценарію. У цьому прикладі використовується шкала (1) понад 100 тис. доларів США, (2) понад 1 млн. доларів США або (3) понад 10 млн. доларів США.

Цей «порядок величини» візуально представляється на бульбашковій діаграмі з оцінками впливу на бізнес і технічної готовності як двох основних показників. Середньозважені значення кожного з показників розміщуються на графіку, який розділений на чотири квадранти. Розмір бульбашки визначається величиною економічного ефекту. Чотири квадранти представляють готовність бізнесу до кожного зі сценаріїв цифрового двійника. Правий верхній квадрант «Зробити зараз» означає високий вплив на бізнес і високий рівень технічної готовності.

Можливості у верхньому правому куті квадранта з найбільшим розміром бульбашки часто представляють проекти цифрових двійників з найвищою ймовірністю успіху для всіх зацікавлених сторін.

Цей підхід забезпечує загальне розуміння очікуваних бізнес-результатів і потенційних технічних проблем у досягненні мети. Це формує основу для більш детального аналізу проектів з високою ймовірністю успіху. Копію Матриці пріоритетів можна завантажити в Lean Digital Twin Kit. При використанні ітераційного підходу, коли сценарії цифрових двійників спочатку розглядаються на загальному бізнес-рівні, рейтинг забезпечить виявлення процесу або системи з найвищим пріоритетом, які, у свою чергу, розбиваються на підсистеми, компоненти або активи, що ранжуються на основі цього ж процесу.

У сценарії пакувальної лінії для товарів повсякденного вжитку початкове ранжування може бути зроблено для таких бізнес-сфер, як обробка сировини, виробничі процеси, наповнення та пакування, а також доставка. Якщо наповнення та пакування буде визначено як найкращу можливість «Зробити зараз», то подальша вправа може ранжувати сценарії цифрових подвійників для наповнення/упакування, маркування, малювання, пакування та палетування. Це дозволить визначити випадки використання цифрових технологій з найвищою ймовірністю успішного вирішення нагальних бізнес-проблем.

Тривалість цих сеансів має бути обмеженою 90 хвилинами,  оскільки для подальшого аналізу знадобиться більше деталей. Але мета полягає в тому, щоб бути ощадливими та зменшити витрати, у тому числі часу.

Результатом кроку 1 є перелік пріоритетних сценаріїв цифрових двійників для проблем, які варто вирішити.

Сподобалася друга частина публікації? Нумо до третьої!

Сообщение Ощадливий цифровий двійник. Частина 2 появились сначала на Кафедра автоматизації енергетичних процесів - Кафедра АЕП - КПІ ім. Ігоря Сікорського.

Нещодавнє зростання уваги до промислового застосування цифрових двійників нагадує середньовічних моряків, що подорожують незвіданими водами у пошуках слави та багатства. По краях їхніх карт було написано «тут живуть дракони». Це означало небезпечні або недосліджені території, наслідуючи практику розміщення ілюстрацій драконів, морських чудовиськ та інших міфологічних істот на незвіданих ділянках карт, де, як вважалося, існували потенційні небезпеки.

Gartner, Forrester, ARC Advisory Group та інші галузеві аналітики, які досліджують різні промислові ринки, сходяться на думці, що цифрові двійники наступними роками будуть поширюватися.

Цифрові двійники привернули широку увагу і вважаються ключем до інтелектуального виробництва та інших промислових застосувань, що стосуються широкомасштабних ініціатив цифрової трансформації.

У трьох частинах публікації буде представлено методологію створення цифрових двійників за спрощеним, системним підходом від проблеми до рішення.

Завдання і як ми хочемо його вирішити?

Так як цифрові двійники – це цифрові представлення або шаблони проєктування програмного забезпечення, у якості початкових рекомендацій ми розглядаємо існуючі практики та підходи до розробки програмного забезпечення (ПЗ).

Наша мета – не розглянути все різноманіття різних підходів до розробки ПЗ, щоб знайти те, яке найбільше пасуватиме поставленому завданню. Ми зосередимося на застосуванні принципів, які використовують багато програмних стартапів, де вимоги – нечіткі, ресурси – обмежені, а спочатку треба знайти відповідність «продукт/ринок». Цей підхід, використовуваний багатьма стартапами, описується як «Ощадливий стартап» («The Lean Startup»).

Методологія ощадливого стартапу

Підприємець Кремнієвої долини Єрік Ріс вперше вжив термін «ощадливий стартап» у 2008-му році, а в 2011-му видав свій бестселер «The Lean Startup: How Today’s Entrepreneurs Use Continuous Innovation to Create Radically Successful Businesses».

Початкова концепція була спрямована на допомогу стартапам у використанні гнучкого та орієнтованого на клієнта підходу до розробки продуктів. Відтоді методологія ощадливого стартапу набула популярності серед стартапів, державних установ та міжнародних компаній як основа для створення інноваційних продуктів та бізнес-моделей. Наприклад, GE FastWorks , використовуючи підхід ощадливого стартапу, запустила по всьому світу понад 100 проєктів. Серед отриманих результатів варто відмітити: зменшення вартості програми вдвічі, подвоєння її швидкості, а також продажі продуктів, що вдвічі перевищують звичайний рівень.

Далі ми розглянемо елементи методології ощадливого стартапу, які найбільше підходять для створення цифрових двійників.

Мінімально життєздатний продукт

Ерік Ріс визначає мінімально життєздатний продукт (Minimum Viable Product, MVP) як версію продукту, яка дає вам змогу дізнатися достатньо для того, щоб перевірити ваші поточні припущення з найменшими зусиллями щодо розробки.

Поширена помилка щодо створення MVP полягає у тому, що це просто урізана версія кінцевого рішення, яке ви прагнете створити. Цей погляд ігнорує філософію, яка лежить в основі концепції MVP, а саме – якомога швидше перевірити свої припущення, отримуючи відгуки користувачів.

З нашого досвіду, розробка високоякісних макетів та інтерактивних прототипів була потужним інструментом для створення початкових MVP для цифрових двійників. Оскільки ця початкова фаза експериментів не передбачає жодних розробок, можна швидко переробити прототипи та отримувати численні відгуки.

Підтверджене навчання

Підхід ощадливого стартапу спирається на науковий метод, рекомендуючи для прийняття рішень проводити фальсифіковувані експерименти. Це різко контрастує з традиційним підходом, який передбачає створення складного всеосяжного плану перед тим, як розпочати фазу розробки проєкту.

Для більшості промислових підприємств створення цифрових двійників досі є незвіданою територією. Саме тому підхід, початково розроблений для стартапів, може бути корисним для орієнтування в процесі інновацій в умовах невизначеності.

Проводячи невеликі експерименти з вимірюваними результатами, ви зможете вносити постійні коригування на основі реальних відгуків користувачів, а не на своїх початкових припущеннях (які часто бувають неправильними).

Використання підходу підтвердженого навчання (validated learning) запобігає невдачі бездоганного виконання плану, у якому закладене вже застаріле рішення.

Будуйте – Вимірюйте – Вчіться

Цикл «створення – вимірювання – навчання» є ключовим елементом  методології ощадливого стартапу. Він складається з перетворення ваших ідей в MVP, отримування відгуків від користувачів та прийняття рішень на основі отриманих знань.

Ерік Ріс наголошує на мінімізації загального строку завершення циклу «створення – вимірювання – навчання». Це особливо актуально до промислових організацій, які діють в гіпер-конкурентному середовищі, де впровадження інновацій швидше за суперників може мати величезне значення.

Наш досвід роботи з клієнтами в активомістких галузях показує, наскільки великий вплив можуть мати цифрові двійники на діяльність компанії. Коли ви працюєте в масштабах, де година простою вартує сотні тисяч доларів втрачених доходів, навіть невеликі проєкти цифрових двійників можуть забезпечити достатню рентабельність інвестицій (ROI) для фінансування додаткових розробок.

Велика міжнародна нафтогазова компанія скоротила витрати та втрати виробництва на 8 млн доларів США за 6 місяців завдяки використанню цифрового двійника нафтового родовища. Він застосовується для оптимізації технічного обслуговування та інспекційних перевірок. Замовник з гірничовидобувної галузі використовує цифровий двійник підземної конвеєрної системи задля скорочення часу простою. Виявлення одного типу причини збоїв призводить до збільшення щорічного доходу на понад 3 млн доларів США.

У цій публікації ми виділили та застосували найважливіші елементи цього підходу, щоб допомогти промисловим підприємствам створювати цифрових двійників, які вирішують реальні проблеми та не потребують місяців для проєктування й розробки.

Практичний підхід до ощадливого стартапу

У 2011 році досвідчений підприємець у сфері програмного забезпечення Еш Маурія розширив роботу Еріка Ріса та випустив «Running Lean: Iterate from Plan A to a Plan That Works». У книзі Еш пропонує практичний і систематичний процес застосування методології ощадливого стартапу.

Відтоді у своїй роботі Еш спирався на ці концепції та створив систему безперервних інновацій (Continuous Innovation Framework). Її структура складається з трьох ключових кроків:

Моделюйте

Спочатку задокументуйте свої початкові припущення у простому форматі. У системі безперервних інновацій практики дуже часто використовують адаптовану версію полотна бізнес моделі (Business Model Canvas), описану Алексом Остервальдером та Івом Пен’є в книзі «Business Model Generation».

Визначайте пріоритети

Перш ніж почати створювати MVP, ключовим кроком у вашому проекті Digital Twin має бути розуміння того, що потрібно створити. Знайти правильну проблему для вирішення може бути складно.

Ми розробили матрицю ранжування цифрових двійників, яка дозволяє міжфункціональним командам швидко аналізувати потенційні варіанти використання цифрових двійників і визначати їх пріоритети на основі таких факторів, як вплив на бізнес і технічна здійсненність. Ви побачите її далі.

Перевіряйте

Як тільки стає відомо, які проблеми вартують вирішення, можна переходити до визначення MVP та перевірки припущень за допомогою швидких експериментів. Правильний експеримент оптимізує швидкість, навчання та зосередженість. Він має мету, фальсифіковувану гіпотезу, яку можна перевірити, визначений графік та один ключовий показник, який потрібно відстежувати.

Приклади експериментів:

Головне – проводити швидкі експерименти, які базуються один на одному та надають вам більше знань і підтверджень по мірі вашого розвитку.

Застосування підходу ощадливого стартапу до цифрових двійників

Ми адаптували принципи методології ощадливого стартапу та практичні інструменти з «Running Lean…» та системи безперервної інновації, щоб допомогти промисловим компаніям впроваджувати інновації так само просто, як це роблять стартапи, в незвіданій області цифрових двійників.

Переваги використання ощадливого підходу до розробки цифрових двійників

Ощадливий цифровий двійник зосереджується на розгляді ключового показника цінності бізнеса з визначеною фінансовою вигодою, яку можна перевірити за короткий період часу. Це забезпечує короткострокове повернення інвестицій, яке можна використовувати для фінансування розробки більш досконалих виробничих двійників. Це усуває питання витрат та ризиків, пов’язаних з проєктами, де багато часу витрачається на визначення вимог, специфікації, створення архітектури та цикли розробки в стилі водоспаду.

Витрати та ризики в цьому підході значно зменшуються, оскільки початкові етапи перевірки відповідності продукту ринку зазвичай вимірюються днями та тижнями, а не місяцями і роками. Шлях для розробки цифрових двійників все ще невідомий, але, спираючись на підхід ощадливого стартапу, можна прокласти чіткий маршрут до успіху в умовах невизначеності.

Сподобалась перша частина? Тоді читайте другу.

Сообщение Ощадливий цифровий двійник. Частина 1 появились сначала на Кафедра автоматизації енергетичних процесів - Кафедра АЕП - КПІ ім. Ігоря Сікорського.