Digital Twins: Τι είναι και πώς λειτουργεί

Ένα ψηφιακό δίδυμο είναι ένα εικονικό μοντέλο ενός φυσικού αντικειμένου που χρησιμοποιείται συχνά για προσομοιώσεις, δοκιμές και παρακολούθηση του φυσικού αντικειμένου.

Διευκολύνουν την οπτικοποίηση σύνθετων έργων, όπως μεγάλα μηχανήματα, κινητήρες τζετ, έξυπνες πόλεις και εγκαταστάσεις κοινής ωφέλειας.

Τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν επίσης να υπάρχουν για ανύπαρκτα αντικείμενα – οπότε χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενός τέτοιου αντικειμένου.

Αυτό το ιστολόγιο περιγράφει όλα όσα πρέπει να ξέρετε για τα ψηφιακά δίδυμα και για να δείτε αν μπορεί να ωφελήσει το επόμενο έργο σας.

Χαρακτηριστικά Ψηφιακών Διδύμων

Οι ψηφιακές δίδυμες τεχνολογίες ξεχωρίζουν από άλλες τεχνολογίες με ένα μοναδικό σύνολο χαρακτηριστικών και αυτά περιλαμβάνουν:

• Αρθρωτότητα: Οι ψηφιακές δίδυμες τεχνολογίες συχνά εφαρμόζουν μια προσέγγιση αρθρωτού σχεδιασμού για την κατασκευή ενός ενιαίου μηχανήματος με πολλαπλά εξαρτήματα. Αυτή η προσέγγιση καθιστά εύκολο τον εντοπισμό συγκεκριμένων στοιχείων που μπορούν να αντικατασταθούν, να βελτιωθούν ή να τροποποιηθούν με κάποιους τρόπους για να επιτευχθούν τα επιθυμητά αποτελέσματα.
• Συνδεσιμότητα: Τα ψηφιακά δίδυμα βασίζονται επίσης πολύ στη συνδεσιμότητα και αυτό συνήθως επιτυγχάνεται από συνδεδεμένους αισθητήρες μέσω συσκευών IoT. Αυτή η συνδεσιμότητα είναι αμφίδρομη για να επιτρέψει την επικοινωνία μεταξύ των ψηφιακών και των φυσικών διδύμων.
• Έξυπνο & επαναπρογραμματιζόμενο: Τα ψηφιακά δίδυμα συστήματα είναι έξυπνα με την έννοια ότι μπορείτε να κάνετε αλλαγές σε διαφορετικές παραμέτρους. Οι πληροφορίες από τους αισθητήρες IoT, για παράδειγμα, μπορούν να αναγκάσουν το ψηφιακό δίδυμο να προσαρμόσει ορισμένες παραμέτρους και εξίσου να στείλει αυτές τις νέες ρυθμίσεις στο φυσικό δίδυμο για να προσαρμοστεί.
• Ομογενοποίηση: Η ομογενοποίηση αναφέρεται στον εξορθολογισμό όλων των δεδομένων και των εισροών από τη φυσική μηχανή σε μια απλή, ψηφιακή μορφή που καθιστά εύκολη την κοινή χρήση με άλλους χρήστες, συστήματα ή μέλη της ομάδας.
• Ψηφιακή δημιουργία ιχνών: Τα ψηφιακά δίδυμα αφήνουν επίσης ίχνη που διευκολύνουν την επανατύλιξη της κατάστασης ενός μηχανήματος, για παράδειγμα, σε προηγούμενη φορά πριν από την εμφάνιση δυσλειτουργίας. Έτσι, διευκολύνεται η διάγνωση προβλημάτων.

Πώς λειτουργούν τα Digital Twins

Η διαδικασία της λειτουργικότητας των ψηφιακών διδύμων είναι σχετικά απλή. Εδώ είναι η βασική διαδικασία 3 βημάτων.

1. Το Φυσικό Δίδυμο

Πρώτον, υπάρχει το φυσικό αντικείμενο ή το μηχάνημα, το οποίο μπορεί να είναι οτιδήποτε από έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης V8 έως έναν κινητήρα αεριωθούμενου turbo-fan, μια γραμμή συναρμολόγησης σε ένα εργοστάσιο ή μια ολόκληρη αλυσίδα εφοδιασμού. Ένα φυσικό δίδυμο είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες που συλλέγουν και μεταδίδουν όλες τις μορφές δεδομένων από αυτό στο εικονικό του δίδυμο. Αυτά τα δεδομένα μπορεί να περιλαμβάνουν θερμοκρασία, περιστροφές ανά λεπτό, πίεση, επίπεδο θορύβου, κραδασμούς και ούτω καθεξής.

2. The Digital Twin

Στον κόσμο των υπολογιστών, δημιουργείται ένα αντίστοιχο εικονικό μοντέλο του φυσικού δίδυμου για μια εικονική προσομοίωση. Αυτό το εικονικό μοντέλο μπορεί να είναι τόσο απλό ή σύνθετο όσο χρειάζεται. Θα μπορούσε να χρησιμοποιεί απλές γραφικές αναπαραστάσεις ή να χρησιμοποιεί πιο σύνθετα γραφικά με φυσικές ή μηχανικές αρχές που το κάνουν να μιμείται το φυσικό του δίδυμο πιο αυθεντικά. 

3. Η σύνδεση δεδομένων

Το σύστημα ολοκληρώνεται μόνο όταν τα ζωντανά δεδομένα από τους αισθητήρες τροφοδοτούνται στο ψηφιακό δίδυμο για να δημιουργηθεί ένας βρόχος ανάδρασης σε πραγματικό χρόνο, όπου το φυσικό δίδυμο επηρεάζει το ψηφιακό του αντίστοιχο και το ψηφιακό δίδυμο, με τη σειρά του, μπορεί επίσης να παρακολουθεί τη φυσική απόδοση, να εκτελεί προσομοιώσεις, να κάνει αλλαγές στο φυσικό δίδυμο ή να χρησιμοποιηθεί για την εκπαίδευση του προσωπικού για εργασία.

Τα οφέλη των ψηφιακών διδύμων

Τα πλεονεκτήματα των ψηφιακών διδύμων είναι πολλά και εδώ είναι μερικά:

• Προγνωστική συντήρηση: Με τη σταθερή παρακολούθηση του εξοπλισμού και της απόδοσής του, τα ψηφιακά δίδυμα επιτρέπουν την έξυπνη συντήρηση και μπορούν να βοηθήσουν στην αποφυγή δαπανηρών βλαβών του εξοπλισμού και απρογραμμάτιστων διαστημάτων διακοπής λειτουργίας.
• Βελτιωμένη λειτουργική αποτελεσματικότητα: Παρέχοντας πληροφορίες για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών και τη βέλτιστη κατανομή πόρων με βάση δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε σημαντικά κέρδη παραγωγικότητας.
• Βελτιωμένη διαχείριση ασφάλειας και κινδύνου: Επικίνδυνα σενάρια μπορούν να προσομοιωθούν με ένα ψηφιακό δίδυμο για τον εντοπισμό πιθανών κινδύνων και τη λήψη των κατάλληλων μέτρων.
• Καινοτομία & Ανάπτυξη Προϊόντων: Τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν να βοηθήσουν στη διευκόλυνση της καινοτομίας παρέχοντας ένα εικονικό περιβάλλον για δοκιμή και τελειοποίηση ιδεών πριν από τη δέσμευση για φυσική παραγωγή. Αυτό μπορεί να επιταχύνει τη διαδικασία καινοτομίας και ανάπτυξης προϊόντων, συμβάλλοντας στην ταχύτερη κυκλοφορία των προϊόντων στην αγορά.
• Βελτιωμένη λήψη αποφάσεων: Τα ψηφιακά δίδυμα παρέχουν πληροφορίες για την κατάσταση και την απόδοση των φυσικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο, βάσει δεδομένων. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να εξουσιοδοτήσουν τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων να κάνουν συνειδητές επιλογές, να βελτιστοποιήσουν τις διαδικασίες του συστήματός τους και να ανταποκρίνονται σε απρόβλεπτες περιστάσεις με μεγαλύτερη ευκολία.
• Εξοικονόμηση κόστους: Τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν να συμβάλουν στην εξοικονόμηση κόστους σε έναν οργανισμό μέσω προγνωστικής συντήρησης, βελτιστοποίησης διαδικασιών και βελτιωμένης συνολικής διαχείρισης πόρων.

Τύποι ψηφιακών διδύμων

Υπάρχουν διάφοροι τύποι ψηφιακών διδύμων, με βάση την εφαρμογή ή το πεδίο εφαρμογής τους. Εδώ είναι τα κυριότερα:

• Component Twins: Ονομάζεται και τα μέρη δίδυμα, αυτό είναι ένα ψηφιακό δίδυμο που αντιστοιχεί στο μικρότερο στοιχείο ενός συστήματος. Ένα παράδειγμα είναι ένα μονοέμβολο από έναν 6κύλινδρο κινητήρα. Τα Component Twins μπορούν να παρακολουθούν συγκεκριμένες παραμέτρους όπως κραδασμούς και θερμοκρασία.
• Product Twins: Ένα δίδυμο προϊόν ή περιουσιακό στοιχείο συνήθως συνδυάζει πολλά δίδυμα συστατικά για να επιτύχει αυτό το μοντέλο με μεγαλύτερη πολυπλοκότητα. Τα δίδυμα προϊόντων αντιπροσωπεύουν συνήθως φυσικά προϊόντα, όπως έναν κινητήρα, έναν αναπνευστήρα και ούτω καθεξής.
• Process Twins: Χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση και την προσομοίωση των λειτουργιών ή των ροών εργασίας μέσα σε ένα σύστημα. Οι διδυασμοί διεργασιών μπορούν να εφαρμοστούν για τη βελτιστοποίηση ή την παρακολούθηση βιομηχανικών διαδικασιών όπως η κατασκευή και η διαχείριση της εφοδιαστικής αλυσίδας.
• System Twins: Συνδυάζει πολλαπλές διεργασίες ή δίδυμα προϊόντων για να δημιουργήσει ένα σύνθετο σύστημα που χρησιμοποιείται για την ανάλυση ή την προσομοίωση των αλληλεπιδράσεων διαφόρων εικονικών μοντέλων ως ενιαία μονάδα.

Εφαρμογές σε όλες τις βιομηχανίες

Οι εταιρείες εφαρμόζουν ψηφιακές δίδυμες τεχνολογίες σε διάφορες βιομηχανίες σε όλο τον κόσμο. Εδώ είναι μερικές από αυτές τις κύριες εφαρμογές:

• Βιομηχανία: Τα ψηφιακά δίδυμα βοηθούν στη βελτιστοποίηση της παραγωγικής διαδικασίας στα εργοστάσια και έτσι ελαχιστοποιούν το χρόνο διακοπής λειτουργίας, παρακολουθούν την υγεία του εξοπλισμού και βελτιώνουν τη συνολική λειτουργική απόδοση της εταιρείας.
• Αεροδιαστημική: Οι κατασκευαστές αεροδιαστημικής χρησιμοποιούν ψηφιακά δίδυμα για σχέδια και δοκιμές εξαρτημάτων αεροσκαφών. Άλλοι το χρησιμοποιούν για παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο, όπως η Rolls-Royce με τους κινητήρες της.
• Έξυπνες πόλεις: Οι έξυπνες πόλεις χρησιμοποιούν ψηφιακά δίδυμα στη βελτιστοποίηση της κυκλοφορίας, την παρακολούθηση ενέργειας, τη διαχείριση και τη λήψη διαφόρων τεκμηριωμένων αποφάσεων που θα ωφελήσουν τους κατοίκους της πόλης.
• Ενέργεια και υπηρεσίες κοινής ωφέλειας: Η ψηφιακή δίδυμη τεχνολογία βοηθά στη διαχείριση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και οποιουδήποτε πολύπλοκου μείγματος ενεργειακών συστημάτων. Μπορούν να βοηθήσουν στη βελτιστοποίηση της κατανομής των πόρων, στην πρόβλεψη της ενεργειακής ζήτησης και ούτω καθεξής.
• Κατασκευή: Τα ψηφιακά δίδυμα επιτρέπουν σε αρχιτέκτονες και μηχανικούς να οπτικοποιήσουν και να προσομοιώσουν διαφορετικές επιλογές προτού ξεσπάσουν. Επιπλέον, μπορούν επίσης να παρακολουθούν ένα κτίριο μετά την κατασκευή.
• Διαχείριση εφοδιαστικής αλυσίδας: Οι σύνθετες αλυσίδες εφοδιασμού μπορούν να χρησιμοποιούν ψηφιακή διπλή τεχνολογία για την παρακολούθηση αγαθών και υλικών σε πραγματικό χρόνο, τη βελτιστοποίηση των διαδρομών μεταφοράς, τον εντοπισμό πιθανών καθυστερήσεων και τη βελτίωση της συνολικής αποτελεσματικότητας της αλυσίδας εφοδιασμού.
• Ανάπτυξη προϊόντων: Τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πρακτικά δοκιμές και τελειοποίηση νέων προϊόντων πριν τα φέρουν στην αγορά, μειώνοντας έτσι το κόστος ανάπτυξης.

Παράδειγμα εφαρμογών

Ακολουθούν μερικά αξιομνημόνευτα παραδείγματα των διαφορετικών τρόπων με τους οποίους οι εταιρείες χρησιμοποιούν την ψηφιακή δίδυμη τεχνολογία.

• Ανεμογεννήτριες GE: Η GE χρησιμοποιεί ψηφιακές δίδυμες ανεμογεννήτριες για παρακολούθηση απόδοσης και προγνωστική συντήρηση.
• SpaceX: Ένα ψηφιακό δίδυμο της κάψουλας Dragon επιτρέπει στους χειριστές να παρακολουθούν και να προσαρμόζουν τις τροχιές, τα φορτία και τα συστήματα πρόωσης για ασφάλεια και αξιοπιστία.
• Έξυπνη πόλη της Σιγκαπούρης: Η Σιγκαπούρη αναπτύσσει ένα ψηφιακό δίδυμο ολόκληρης της πόλης, συμπεριλαμβανομένων των κτιρίων, των υποδομών και των δικτύων μεταφοράς της για την παρακολούθηση της κατανάλωσης ενέργειας, της ποιότητας του αέρα και της κυκλοφορίας σε πραγματικό χρόνο.
• Schneider Electric Grids: Η Schneider Electric χρησιμοποιεί ψηφιακά δίδυμα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας για βελτιστοποίηση της ροής ενέργειας, προβλέψεις πιθανών διακοπών και ανθεκτικότητα του δικτύου.
• AB InBev: Η μεγαλύτερη ζυθοποιία στον κόσμο χρησιμοποιεί τεχνολογία digital twins για τη διαχείριση των αλυσίδων εφοδιασμού και των γραμμών παραγωγής της.
• Ρολς ρόις: Η εταιρεία Rolls-Royce χρησιμοποιεί ψηφιακούς δίδυμους κινητήρες αεροσκαφών της για παρακολούθηση κινητήρα σε πραγματικό χρόνο, βελτιστοποίηση και απόδοση καυσίμου.
• Unilever: Αυτός ο κατασκευαστικός γίγαντας χρησιμοποιεί ψηφιακή διπλή τεχνολογία για βελτιστοποίηση διαδικασιών και μεγιστοποίηση των πόρων στα εργοστάσιά του.
• Boston Consulting Group: Το Boston Consulting Group (BCG) χρησιμοποιεί ψηφιακές δίδυμες επιχειρηματικές διαδικασίες για τον εντοπισμό και την επίλυση αναποτελεσματικών, την πρόβλεψη των σημείων συμφόρησης των διαδικασιών και τη βελτιστοποίηση της κατανομής πόρων στις επιχειρήσεις των πελατών τους.

Ψηφιακές Τεχνολογίες Σχετικές με Διδύμους

Οι ψηφιακές δίδυμες τεχνολογίες δεν αναπτύσσονται στο κενό. Είναι αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης με πολλές άλλες τεχνολογίες, οι οποίες περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

• AI & ML: Τεχνητή νοημοσύνη (AI) και μάθηση μηχανής (ML) είναι πεδία της επιστήμης των υπολογιστών που διευκολύνουν τους μηχανικούς να λαμβάνουν εισόδους αισθητήρων και δεδομένων από ψηφιακά δίδυμα συστήματα και να τα μετατρέπουν σε χρήσιμες πληροφορίες ή άλλες πολύτιμες επιχειρηματικές εφαρμογές.
• IoT: Το Internet of Things (IoT) είναι ο αυξανόμενος ιστός διασυνδεδεμένων συσκευών που μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους και με άλλες πλατφόρμες υπολογιστών. Οι εφαρμογές και οι καινοτομίες IoT εξακολουθούν να βρίσκονται σε άνοδο.
• Εκτεταμένη Πραγματικότητα: Εκτεταμένη πραγματικότητα είναι ένας γενικός όρος που αναφέρεται σε εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας, επαυξημένης πραγματικότητας και μικτής πραγματικότητας.
• Cloud & Edge: Οι πλατφόρμες cloud διευκολύνουν την ομογενοποίηση δεδομένων, ενώ άκρη υπολογιστών τα συστήματα βοηθούν τις εταιρείες να βελτιστοποιήσουν τις υποδομές και τις δυνατότητες επεξεργασίας δεδομένων τους.
• Προσομοιωτές: Από συστήματα τρισδιάστατης μοντελοποίησης έως μηχανές φυσικής, εργαλεία οπτικοποίησης και άλλες πλατφόρμες που επιτρέπουν τη δημιουργία και την απεικόνιση ψηφιακών διδύμων.
• Blockchain: Ισχύουν ορισμένες ψηφιακές διπλές εφαρμογές, όπως λύσεις εφοδιαστικής αλυσίδας Τεχνολογίες Blockchain για ακριβή και αξιόπιστη διαχείριση δεδομένων.

Υποστηρικτικό υλικό

• Άρθρο της Wikipedia για τα ψηφιακά δίδυμα: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• Η IBM σε ψηφιακά δίδυμα: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Η υπηρεσία Azure Digital Twins της Microsoft: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Digital Twin Consortium: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digital Twin Hub: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Συμπέρασμα

Έχετε δει πώς τα ψηφιακά δίδυμα μεταμορφώνουν και φέρνουν επανάσταση στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε και αλληλεπιδρούμε με τον φυσικό κόσμο. Από τη σχεδίαση προϊόντων μέχρι την ενορχήστρωση ολόκληρων αστικών οικοσυστημάτων, τα ψηφιακά δίδυμα προσφέρουν απαράμιλλες γνώσεις, αποτελεσματικότητα και καινοτομία.

Τα ψηφιακά δίδυμα συνδέουν επίσης τη φυσική και ψηφιακή σφαίρα με αναλύσεις δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και δυνατότητες πρόβλεψης, οι οποίες εξουσιοδοτούν τις βιομηχανίες να βελτιστοποιούν εύκολα τις διαδικασίες και να βελτιώνουν τη λήψη αποφάσεων. Αυτό μπορεί να βοηθήσει εσάς και την επιχείρησή σας να ξεκλειδώσετε νέες δυνατότητες.