Цифровой двойник порта ускоряет погрузку судов на 20%. Подробный разбор проекта

История создания: как возникла идея
В 2018 году Maersk, контролирующая 17% мирового рынка контейнерных перевозок, столкнулась с растущими задержками в ключевых портах, такими как Роттердам и Сингапур. Причины:

• Ручное планирование операций — диспетчеры вручную распределяли краны и грузовики.
• Неэффективное использование ресурсов — 30% времени краны простаивали из-за ошибок логистики.
• Экологические штрафы — порты ЕС ужесточили нормы по выбросам CO₂.

В 2019 году Maersk инициировала партнерство с IBM для разработки цифрового двойника порта. Цель: создать систему, которая в реальном времени моделирует, прогнозирует и оптимизирует логистические процессы.

Этапы реализации
1. Планирование (2019–2020)

• Анализ данных: Изучили 2 года исторических данных по 10 портам, выявив ключевые узкие места (например, 40% задержек возникали из-за несогласованности кранов и грузовиков).
• Выбор технологий:
• IoT-датчики (Siemens, Bosch) для сбора данных.
• IBM Maximo — платформа для управления активами.
• Watson IoT — аналитика и машинное обучение.

2. Пилот в порту Роттердам (2020–2021)

• Внедрение датчиков:
• Установили 5,200 IoT-сенсоров на краны, контейнеры, погрузчики и суда.
• Датчики отслеживали:
• Вес и местоположение грузов (GPS + RFID).
• Состояние оборудования (вибрация, температура двигателей).
• Погоду (скорость ветра, волнение моря).
• Создание цифрового двойника:
• Виртуальная модель порта включала 3D-карту инфраструктуры, транспортные потоки и расписание.
• Данные с датчиков обновлялись каждые 5 секунд в IBM Cloud.

3. Интеграция ИИ (2021–2022)

• Алгоритмы машинного обучения:
• Оптимизация расписания: Система автоматически назначала краны и грузовики, сокращая время перемещения контейнеров на 25%.
• Прогнозирование сбоев: ИИ предупреждал о поломках за 3–7 часов до их возникновения (точность — 89%).
• Экологическая аналитика: Расчет оптимальных маршрутов для снижения расхода топлива.

4. Масштабирование (2022–2023)
После успеха в Роттердаме проект внедрили в Сингапуре, Лос-Анджелесе и Шанхае. Адаптация под разные порты заняла 4–6 месяцев для каждого.

Слой сенсоров:

• Датчики давления (контроль веса контейнеров).
• Гироскопы (отслеживание наклона кранов).
• Камеры с компьютерным зрением (распознавание номеров контейнеров).

Облачная платформа (IBM Cloud):

• Хранение данных: 1,2 ТБ/день с каждого порта.
• Данные анализировались в IBM Maximo и Watson IoT.

Цифровой двойник моделировал:

• Распределение кранов.
• Маршруты грузовиков внутри порта.
• Сценарии чрезвычайных ситуаций (шторм, поломки).

Цифровой двойник:

• Динамическая 3D-модель порта, обновляемая в реальном времени.
• Симуляция 100+ сценариев (например, шторм или поломка крана).

Интерфейс управления:

• Диспетчеры видят рекомендации ИИ на экранах (например, «Перенести кран №3 в сектор B»).

Используемые алгоритмы

• Генетические алгоритмы для оптимизации маршрутов.
• LSTM-сети (нейросети долгой краткосрочной памяти) для прогнозирования задержек.
• Компьютерное зрение YOLOv5 для распознавания контейнеров.

По мнению Maersk : "Цифровые близнецы обладают огромным потенциалом для более эффективного проектирования, визуализации, мониторинга, оптимизации и обслуживания активов. По этой причине компания описывает четыре способа, с помощью которых цифровые близнецы изменят логистику".

Как отмечают Maersk и Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE), цифровые двойники в настоящее время являются одной из наиболее перспективных технологий, связанных с индустрией 4.0.

По данным market research group, на сегодняшний день глобальный рынок цифровых двойников достиг стоимости более 5 миллиардов долларов США Fact.MR. Ожидается, что к 2033 году он достигнет 95 миллиардов долларов США, что представляет собой впечатляющий совокупный годовой темп роста (CARG) в 34%

Цифровой двойник позволяет моделировать, исследовать и тестировать существующие и новые процессы без необходимости внесения каких–либо изменений в реальном мире.

На примере склада цифровой двойник может протестировать добавление и взаимодействие различных технологий и программного обеспечения. Это могут быть роботы, системы подсчета, автоматизированные системы хранения и поиска информации.

"Цифровой двойник может использовать информацию от датчиков и данные моделирования. Он может тестировать и улучшать планировку физического склада, совершенствуя и оптимизируя его работу"

Интеграция технологии цифрового двойника в существующие системы, особенно в сложные сети, такие как цепочки поставок и логистика, часто оказывается существенными препятствиями.

В первую очередь, требуется распознание миллиардов данных на разных языках и плавную интеграцию различных технологий (мультимодальность). Обеспечение надежности, гибкости и этичности использования ИИ в глобальных операциях также требует тщательного рассмотрения и планирования

Чтобы получить ценную информацию, цифровой двойник должен был быть совместим с судоходными операциями Maersk и телекоммуникационными технологиями Ericsson, что потребовало глубокой переработки интерфейсных и протокольных операций.

Цифровые двойники - это высокоточные цифровые копии физических объектов или систем, которые во времени имитируют их поведение и процессы. Интегрируя данные с датчиков и машин, цифровые двойники обеспечивают всестороннее понимание физического мира, что позволяет принимать более эффективные решения и оптимизировать их. Влияние цифровых двойников распространилось на производство, здравоохранение, строительство, энергетику и электронную коммерцию. Например, Amazon, мировой лидер в области электронной коммерции, использует технологию цифровых двойников для улучшения ремаркетинга рекламы. Используя огромные объемы данных о прошлых покупках пользователей, просмотренных товарах и посещенных веб-сайтах, алгоритм цифрового двойника Amazon создает персонализированные копии каждого потребителя. Это позволяет создавать индивидуальные впечатления и таргетированную рекламу ремаркетинга, что в конечном итоге заставляет пользователей возвращаться на свою платформу. Однако значение цифровых двойников выходит за рамки эффективности бизнеса. В сочетании с искусственным интеллектом эти виртуальные копии обещают

Цифровые двойники играют важную роль в оптимизации цепочек поставок и логистики в интересах устойчивого развития, о чем свидетельствует сотрудничество между Maersk и Ericsson, начатое в 2023 году.

Создавая цифрового двойника морского судна, они могут оптимизировать расход топлива, что приводит к сокращению выбросов углекислого газа. Используя данные датчиков в режиме реального времени, цифровой двойник смоделировал работу судна, чтобы точно определить области совершенствования.

В результате Maersk смогла сократить потребление топлива и связанные с этим выбросы углекислого газа до 20%, что внесло значительный вклад в реализацию инициатив в области устойчивого развития и привело к значительной экономии средств. Прогнозируемое техническое обслуживание, реализованное с помощью цифрового двойника, также позволило Maersk активно устранять потенциальные проблемы, сокращая время простоя или сбои в работе.