Цифрови близнаци: какво е това и как работи

Цифровият близнак е виртуален модел на физически обект, който често се използва за симулации, тестване и наблюдение на физическия обект.

Те улесняват визуализирането на сложни проекти, като големи машини, реактивни двигатели, интелигентни градове и комунални инсталации.

Цифрови близнаци могат да съществуват и за несъществуващи обекти – в този случай те се използват за планирането и развитието на такъв обект.

Този блог описва подробно всичко, което трябва да знаете за дигиталните близнаци, за да видите дали може да е от полза за следващия ви проект.

Характеристики на цифровите близнаци

Цифровите двойни технологии се отличават от другите технологии с уникален набор от характеристики и те включват:

• модулност: Технологиите за цифрови близнаци често прилагат подход на модулен дизайн за изграждане на една машина с множество компоненти. Този подход улеснява идентифицирането на конкретни компоненти, които могат да бъдат разменени, подобрени или променени по някакъв начин, за да се постигнат желаните резултати.
• Свързване: Цифровите близнаци също разчитат много на свързаността и това обикновено се постига чрез свързани сензори чрез IoT устройства. Тази свързаност върви и в двете посоки, за да позволи комуникация между цифровите и физическите близнаци.
• Интелигентен и препрограмируем: Цифровите двойни системи са интелигентни в смисъл, че можете да правите промени в различни параметри. Информацията от IoT сензори, например, може да накара цифровия близнак да коригира някои параметри и също така да изпрати тези нови настройки към физическия близнак, за да се коригира.
• Хомогенизация: Хомогенизирането се отнася до рационализирането на всички данни и входове от физическата машина в прост цифров формат, който улеснява споделянето с други потребители, системи или членове на екипа.
• Създаване на цифрови следи: Цифровите близнаци също оставят следи, които улесняват пренавиването на състоянието на машината, например, до предишно време, преди да възникне неизправност. По този начин улеснява диагностицирането на проблеми.

Как работят цифровите близнаци

Процесът на функционалност на цифровите близнаци е относително прост. Ето основния процес в 3 стъпки.

1. Физическият близнак

Първо, има физически обект или машина, която може да бъде всичко от V8 двигател с вътрешно горене до реактивен двигател с турбо вентилатор, поточна линия във фабрика или цяла верига за доставки. Физическият близнак е оборудван със сензори, които събират и предават всички форми на данни от него към неговия виртуален близнак. Тези данни могат да включват температура, обороти в минута, налягане, ниво на шум, вибрации и т.н.

2. Цифровият близнак

В компютърния свят се създава съответен виртуален модел на физическия близнак за виртуална симулация. Този виртуален модел може да бъде толкова прост или сложен, колкото е необходимо. Той може да използва прости графични изображения или да използва по-сложни графики с физически или инженерни принципи, които го карат да имитира физическия си близнак по-автентично. 

3. Връзката за данни

Системата става завършена само когато живи данни от сензорите се подават в цифровия близнак, за да се създаде верига за обратна връзка в реално време, където физическият близнак влияе на своя цифров двойник, а цифровият близнак от своя страна може също така да наблюдава физическото представяне, да изпълнява симулации, да прави промени във физическия близнак или да се използва за обучение на персонала за работа.

Предимствата на цифровите близнаци

Предимствата на цифровите близнаци са много и ето няколко:

• Прогнозна поддръжка: Чрез постоянен мониторинг на оборудването и неговата производителност цифровите близнаци позволяват предсказуема поддръжка и могат да помогнат за предотвратяване на скъпи повреди на оборудването и непланиран престой.
• Подобрена оперативна ефективност: Като предоставят прозрения за оптимизиране на процесите и оптимално разпределяне на ресурси въз основа на данни в реално време, дигиталните близнаци също могат да доведат до значителни печалби в производителността.
• Подобрена безопасност и управление на риска: Опасни сценарии могат да бъдат симулирани с цифров близнак, за да се идентифицират потенциалните опасности и да се предприемат правилните стъпки.
• Иновации и разработване на продукти: Цифровите близнаци могат да помогнат за улесняване на иновациите, като предоставят виртуална среда за тестване и усъвършенстване на идеи, преди да се ангажират с физическо производство. Това може да ускори процеса на иновации и разработване на продукти, като спомага за по-бързото пускане на продукти на пазара.
• Подобрено вземане на решения: Цифровите близнаци предоставят в реално време, управлявана от данни информация за състоянието и производителността на физическите системи. Тази информация може да даде възможност на вземащите решения да правят информиран избор, да оптимизират процесите на своите системи и да реагират на непредвидени обстоятелства с по-голяма лекота.
• Намаляване на разходите: Цифровите близнаци могат да допринесат за спестяване на разходи в една организация чрез предсказуема поддръжка, оптимизация на процеси и подобрено цялостно управление на ресурсите.

Видове цифрови близнаци

Съществуват различни видове дигитални близнаци в зависимост от тяхното приложение или обхват. Ето основните от тях:

• Компонентни близнаци: Наричан още двойник на частите, това е цифров близнак, който съответства на най-малкия елемент от системата. Пример е едно бутало от 6-цилиндров двигател. Компонентите близнаци могат да наблюдават специфични параметри като вибрации и температура.
• Продуктови близнаци: Един близнак на продукт или актив обикновено съчетава няколко компонента близнаци, за да постигне този модел с по-висока сложност. Продуктовите близнаци обикновено представляват физически продукти, като двигател, вентилатор и т.н.
• Процес Близнаци: Използва се за моделиране и симулиране на операциите или работните процеси в системата. Двойните процеси могат да се прилагат за оптимизиране или наблюдение на промишлени процеси като производство и управление на веригата за доставки.
• Системни близнаци: Комбинира множество процеси или продуктови близнаци, за да създаде сложна система, използвана за анализиране или симулиране на взаимодействията на различни виртуални модели като едно цяло.

Приложения в различни индустрии

Компаниите прилагат технологии за цифрови близнаци в различни индустрии по света. Ето някои от тези основни приложения:

• Производство: Цифровите близнаци помагат за оптимизиране на производствения процес във фабриките и по този начин минимизират времето на престой, наблюдават изправността на оборудването и подобряват цялостната оперативна ефективност на компанията.
• Aerospace: Производителите на аерокосмическа техника използват цифрови близнаци за проектиране и тестване на компоненти на самолети. Други го използват за наблюдение в реално време, като например Rolls-Royce със своите двигатели.
• Интелигентни градове: Интелигентните градове използват цифрови близнаци за оптимизиране на трафика, енергиен мониторинг, управление и вземане на различни информирани решения, които ще бъдат от полза за жителите на града.
• Енергия и комунални услуги: Цифровата двойна технология помага при управлението на възобновяеми енергийни източници, електрически мрежи и всякаква сложна комбинация от енергийни системи. Те могат да помогнат за оптимизиране на разпределението на ресурсите, прогнозиране на търсенето на енергия и т.н.
• Строителство: Дигиталните близнаци позволяват на архитекти и инженери да визуализират и симулират различни опции, преди да направят пробив. Освен това те могат също така да наблюдават сграда след строителството.
• Управление на веригата за доставки: Сложните вериги за доставки могат да използват цифрова двойна технология за проследяване на стоки и материали в реално време, оптимизиране на транспортните маршрути, идентифициране на потенциални закъснения и подобряване на цялостната ефективност на веригата за доставки.
• Разработване на продукти: Цифровите близнаци могат да се използват за виртуално тестване и усъвършенстване на нови продукти, преди да бъдат пуснати на пазара, като по този начин се намаляват разходите за разработка.

Примерни приложения

Ето някои запомнящи се примери за различните начини, по които компаниите използват технологията за цифрови близнаци.

• Вятърни турбини на GE: GE използва цифрови близнаци на вятърни турбини за наблюдение на производителността и прогнозна поддръжка.
• SpaceX: Цифров близнак на неговата капсула Dragon позволява на операторите да наблюдават и коригират траектории, товари и системи за задвижване за безопасност и надеждност.
• Интелигентен град на Сингапур: Сингапур разработва цифров близнак на целия град, включително сгради, инфраструктура и транспортни мрежи, за да наблюдава потреблението на енергия, качеството на въздуха и трафика в реално време.
• Schneider Electric Grids: Schneider Electric използва цифрови близнаци на електрически мрежи за оптимизиране на енергийния поток, прогнозиране на потенциални прекъсвания и устойчивост на мрежата.
• AB InBev: Най-големият пивовар в света използва технология за цифрови близнаци, за да управлява своите вериги за доставки и производствени линии.
• Ролс Ройс: Компанията Rolls-Royce използва дигитални близнаци на своите авиационни двигатели за проследяване на двигателя в реално време, оптимизация и горивна ефективност.
• Unilever: Този производствен гигант използва технология за цифрови близнаци за оптимизиране на процесите и максимизиране на ресурсите в техните фабрики.
• Boston Consulting Group: Boston Consulting Group (BCG) използва дигитални близнаци на бизнес процеси, за да идентифицира и разреши неефективността, да предвиди тесните места в процесите и да оптимизира разпределението на ресурсите в бизнеса на своите клиенти.

Технологии, свързани с цифрови близнаци

Цифровите двойни технологии не се развиват във вакуум. Те са резултат от взаимодействие с множество други технологии, които включват следното:

• AI & ML: Изкуствен интелект (AI) и машинно обучение (ML) са области на компютърните науки, които улесняват инженерите да вземат входните данни от сензори и данни от цифрови двойни системи и да ги превърнат в действени прозрения или други ценни бизнес приложения.
• ИН: Интернет на нещата (IoT) е нарастващата мрежа от взаимосвързани устройства, които могат да комуникират помежду си и с други компютърни платформи. IoT приложенията и иновациите все още се увеличават.
• Разширена реалност: Разширена реалност е общ термин, който се отнася до приложения за виртуална реалност, разширена реалност и приложения за смесена реалност.
• Cloud & Edge: Облачните платформи улесняват хомогенизирането на данните, докато крайни изчисления системите помагат на компаниите да оптимизират своята инфраструктура и възможности за обработка на данни.
• Симулатори: От системи за 3D моделиране до физически машини, инструменти за визуализация и други платформи, които позволяват създаването и визуализацията на цифрови близнаци.
• Blockchain: Прилагат се някои приложения за цифрови близнаци, като например решения за веригата за доставки Блокчейн технологии за прецизно и надеждно управление на данни.

Ресурси

• Статия в Wikipedia за дигиталните близнаци: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM за цифровите близнаци: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Услугата Azure Digital Twins на Microsoft: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Консорциум Digital Twin: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Цифров двоен хъб: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Индустриален IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Заключение

Видяхте как дигиталните близнаци трансформират и революционизират начина, по който възприемаме и взаимодействаме с физическия свят. От продуктовия дизайн до оркестрацията на цели градски екосистеми, цифровите близнаци предлагат несравними прозрения, ефективност и иновации.

Цифровите близнаци също така свързват физическата и цифровата сфера с анализ на данни в реално време и възможности за прогнозиране, което дава възможност на индустриите лесно да оптимизират процесите и да подобрят вземането на решения. Това може да помогне на вас и вашия бизнес да отключите нови възможности.