Využití digitálních dvojčat při návrhu rozváděčů na výstavě Volty.cz

Datum 05.09.2024

Fyzická a virtuální podoba montážní desky rozváděče. Foto: VŠB-TUO

V dnešním technologicky rychle se vyvíjejícím světě, plném změn, vyžaduje elektrická infrastruktura inovativní a „inteligentní“ řešení. Ta vycházejí z aplikace informačních a komunikačních technologií a modelových přístupů v oblasti digitalizace výroby a potřeb Průmyslu 4.0 resp. 5.0. Jejich cílem je dosažení co nejvyšší kvality v co nejkratším čase, ale také zajištění její vyšší bezpečnosti a efektivity. Jedním z takových řešení je aplikace tzv. digitálního dvojčete v oblasti návrhu a plánování výroby.

Modelový přístup tak pronikl i do projektování rozváděčů, jehož aplikace zásadně mění dosavadní možnosti a způsob práce projektanta elektro, ale i pracovníka ve výrobě při kompletaci rozváděče. Projektování rozváděče je spojeno s řadou výpočtů, ověřováním jeho návrhu a modifikacemi konstrukce, které umožňuje zjednodušit a zrychlit právě koncept digitálního dvojčete. Digitální dvojče je obecně model – virtuální replika 3D fyzického objektu, případně systému, které přebírá a zrcadlí vlastnosti svého skutečného protějšku. Model tak umožňuje identifikovat potenciální problémy jednak již během návrhu, jednak dříve, než nastanou při fyzické výrobě a eliminovat tak případné časové prodlevy při „rekonstrukci“ rozváděče.

Díky virtuálnímu 3D modelu rozváděče je tak možno využívat výhody převodu reálných rozměrů konstrukčních a funkčních prvků rozváděče do virtuální podoby a „on-line“, dle potřeby navrhované varianty, umisťovat lišty, kabelové žlaby, jističe, spínače a přípojnice aj. na montážní desku rozváděče a provést automatizovaný návrh jejich propojení, stanovit ztrátový výkon a optimalizovat návrh chlazení rozváděče díky datové reprezentaci funkčních prvků modelu, případně provést změny i v jeho mechanické konstrukci. 3D model tak může napomoci odhalit konstrukční nedostatky nebo problémy s kompatibilitou v rané fázi návrhu, výrazně snižuje riziko chybovosti díky digitalizaci dat a zajišťuje tak, že konečný fyzický návrh splní všechny požadavky, na které je kladen důraz.

Jak již bylo zmíněno, nezanedbatelnou výhodou 3D modelu je podstatné zkrácení času vývoje rozváděče a možnost provádění testování různých variant scénářů jeho pracovních režimů na modelu, tedy bez nutnosti mít k dispozici jeho fyzickou realizaci, což je obecným předpokladem rychlejší reakce na případné změny požadavků ze strany zákazníka a snížení celkových nákladů na vývoj a výrobu. Vyšší produktivita, kvalita, snížení nákladů a orientace na potřeby zákazníka tak může přinést výrobci rozváděčů významnou konkurenční výhodu.

Digitalizace dat a koncept digitálního dvojčete zasahuje i do oblasti životního cyklu projektu rozváděče, tedy cyklu návrhu, výroby a užití. Podporuje nejen týmovou spolupráci během návrhu, ale i komunikaci se zákazníkem, neboť umožňuje snadno vizualizovat, analyzovat a diskutovat o různých konceptech návrhu, úpravách, vylepšeních, ale také např. problémech spojených s údržbou. Toto rovněž přispívá k optimalizaci návrhu rozváděče a k celkové kvalitě projektu.

Přijďte na přednášku o využití digitálního dvojčete na elektrotechnickou výstavu Volty.cz.
Přesné časování přednášek je zde.

Implementace technologie digitálního dvojčete má ale i svá úskalí jak v oblasti návrhu, tak i výroby rozváděče, neboť se prakticky dotýká hlavního procesu i vedlejších procesů organizace výrobce a nese tak spolu další náklady na zavedení této technologie a na organizaci práce, což se nemusí setkat s pochopením nejen u managementu firmy a/nebo jejich pracovníků, neboť softwarové prostředky a navazující automatizace výroby, které tato technologie využívá, vyžaduje značné počáteční pořizovací náklady, což může být s ohledem na velikost firmy překážkou, stejně jako nutnost provést zaškolení pracovníků, aby mohli prostředí této technologie efektivně využívat.

V rámci využívání digitálního dvojčete pro rozváděče můžeme zmínit také několik výhod ve srovnání s tradičním způsobem projektování, kdy je digitálnímu dvojčeti umožněno předpovědět vady na kvalitě, případně na funkci rozváděče ještě před fyzickým vyhotovením výrobku. Tím konstruktér získá důležité informace o možných nedostatcích a může provést potřebné změny.

Digitální dvojče umožňuje detailnější testování a analýzu rozváděčů v různých podmínkách, což pomáhá identifikovat oblasti, ve kterých je nutno se zlepšit a usnadní tedy rozhodování o návrzích bez fyzické výroby prototypu. Díky tomu se zkrátí cyklus výzkumu a vývoje.

Dále digitální dvojče poskytuje technickým manažerům pohled na výkon využitých komponentů a aplikací bez nutnosti vytvoření fyzického prototypu, toto zvýší efektivitu procesů při projektování a inženýrských pracích.

S rozvojem digitálních dvojčat tedy mohou vznikat také nové profese a pracovní role. Odborníci pro simulaci, datoví analytici a specialisté na digitální modelování budou mít na trhu práce hlubší uplatnění, než je tomu doposud. Zároveň se také může zvýšit poptávka po pracovnících, kteří budou schopni integrovat digitální dvojčata do všech fází vývoje a výroby. V budoucnu lze tedy předpokládat, že digitální dvojčata budou více zapojena do celého životního cyklu projektu, a to tedy od návrhu a vývoje, montáže, až po údržbu a demontáž.

Závěrem lze konstatovat, že technologie digitálních dvojčat se stává stále více využívaným nástrojem v oblasti návrhů rozváděčů. V celkovém souhrnu je technologie digitálního dvojčete cenným nástrojem při navrhování rozváděčů za podmínky, že je ve spojení s jinými metodami návrhu a testování, aby byly zajištěny co nejlepší možné výsledky. Digitální dvojčata tedy představují klíčový bod pro modernizaci a zdokonalení procesů projektování rozváděčů. Výhody v simulaci, optimalizaci a integraci s moderními technologiemi znamenají, že jsou digitální dvojčata čím dál více považována za nepostradatelný nástroj v oblasti elektroinženýrství, ale také v širokém spektru průmyslových odvětví.

Ing. Petr Orság, Ph.D.
Bc. Adam Kozmon
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Katedra elektroenergetiky VŠB-TUO