Digital Twins of Production Lines: Development and Verification Methodology for Food Industry Needs

Технология цифровых двойников (Digital Twin, DT) обеспечивает создание виртуальных копий производственных систем, обновляемых в реальном времени на основе данных с физических датчиков. Применение DT в пищевой промышленности позволяет оптимизировать параметры технологических процессов, сократить простои оборудования и снизить энергоёмкость производства без остановки реальной линии. В работе разработана авторская методология создания цифровых двойников линий производства кондитерских изделий, состоящая из 6 этапов: (1) физическое обследование и инструментальное оснащение линии; (2) построение цифровой топологии; (3) калибровка физических уравнений (теплопередача, массообмен, реологические модели); (4) синхронизация DT с SCADA по протоколу OPC-UA; (5) верификация методом Hardware-in-the-Loop; (6) эксплуатационный мониторинг и дрейф-компенсация модели. Пилотная реализация на производственной линии АО «Конфеты Казахстана» (г. Астана) показала, что DT обеспечивает прогнозирование температурного профиля карамельной массы с погрешностью ±0,7°C при горизонте прогноза 15 минут. Оптимизация параметров охлаждения, проведённая виртуально, позволила снизить энергопотребление холодильных агрегатов на 17,8% и сократить процент продукции «вне стандарта» с 2,4% до 0,9%. Разработанная методология рекомендована для тиражирования в рамках программы «Индустрия 4.0» Министерства промышленности РК.