Digitaaliset kaksoset: mikä se on ja miten se toimii

Digitaalinen kaksos on fyysisen kohteen virtuaalinen malli, jota käytetään usein simulaatioihin, testaukseen ja fyysisen kohteen valvontaan.

Niiden avulla on helpompi visualisoida monimutkaisia ​​projekteja, kuten suuria koneita, suihkumoottoreita, älykkäitä kaupunkeja ja laitosasennuksia.

Digitaaliset kaksoset voivat olla olemassa myös olemattomille kohteille – jolloin niitä käytetään sellaisen kohteen suunnitteluun ja kehittämiseen.

Tämä blogi yksityiskohtaisesti kaikki mitä sinun tarvitsee tietää digitaalisista kaksosista ja nähdä, voisiko siitä olla hyötyä seuraavalle projekti.

Digitaalisten kaksosten ominaisuudet

Digitaaliset kaksoisteknologiat erottuvat muista teknologioista ainutlaatuisilla ominaisuuksilla, joita ovat:

• modulaarisuus: Digitaalisissa kaksoistekniikoissa käytetään usein modulaarista lähestymistapaa rakentaakseen yhden koneen, jossa on useita komponentteja. Tämän lähestymistavan avulla on helppo tunnistaa tietyt komponentit, joita voidaan vaihtaa, parantaa tai säätää jollakin tavalla haluttujen tulosten saavuttamiseksi.
• Liitännät: Digitaaliset kaksoset ovat myös paljon riippuvaisia ​​liitettävyydestä, ja tämä saavutetaan yleensä IoT-laitteiden kautta yhdistetyillä antureilla. Tämä liitettävyys mahdollistaa digitaalisen ja fyysisen kaksosten välisen viestinnän molempiin suuntiin.
• Älykäs ja uudelleenohjelmoitava: Digitaaliset kaksoisjärjestelmät ovat älykkäitä siinä mielessä, että voit tehdä muutoksia eri parametreihin. Esimerkiksi IoT-antureilta saadut tiedot voivat saada digitaalisen kaksosen säätämään joitain parametreja ja samalla lähettää nämä uudet asetukset fyysiselle kaksoselle säätämään itsensä.
• homogenointi: Homogenisointi tarkoittaa kaikkien fyysisen koneen tietojen ja syötteiden virtaviivaistamista yksinkertaisessa digitaalisessa muodossa, jonka avulla se on helppo jakaa muiden käyttäjien, järjestelmien tai tiimin jäsenten kanssa.
• Digitaalisten jälkien tekeminen: Digitaaliset kaksoset jättävät myös jälkiä, joiden avulla on helppo kelata koneen tilaa esimerkiksi aikaisempaan tilaan ennen toimintahäiriötä. Näin ollen ongelmien diagnosointi on helppoa.

Kuinka digitaaliset kaksoset toimivat

Digitaalisten kaksosten toiminnallisuus on suhteellisen yksinkertainen. Tässä on 3-vaiheinen perusprosessi.

1. Fyysinen kaksos

Ensinnäkin on fyysinen esine tai kone, joka voi olla mitä tahansa V8-polttomoottorista turbo-tuulettimeen, tehtaan kokoonpanolinja tai koko toimitusketju. Fyysinen kaksos on varustettu sensoreilla, jotka keräävät ja välittävät siitä kaikenlaista dataa virtuaaliselle kaksoselle. Näitä tietoja voivat olla lämpötila, kierrokset minuutissa, paine, melutaso, tärinä ja niin edelleen.

2. Digital Twin

Tietokonemaailmassa fyysisestä kaksosesta luodaan vastaava virtuaalimalli virtuaalisimulaatiota varten. Tämä virtuaalimalli voi olla niin yksinkertainen tai monimutkainen kuin tarvitaan. Se voisi käyttää yksinkertaisia ​​graafisia esityksiä tai käyttää monimutkaisempaa grafiikkaa fyysisten tai teknisten periaatteiden kanssa, jotka saavat sen jäljittelemään fyysistä kaksostaan ​​autenttisemmin. 

3. Datayhteys

Järjestelmästä tulee täydellinen vasta, kun digitaaliseen kaksoseen syötetään reaaliaikaista dataa sensoreista reaaliaikaisen takaisinkytkentäsilmukan luomiseksi, jossa fyysinen kaksois vaikuttaa digitaaliseen vastineeseensa ja digitaalinen kaksois puolestaan ​​voi myös seurata fyysistä suorituskykyä. suorittaa simulaatioita, tehdä muutoksia fyysiseen kaksoseen tai käyttää henkilöstön kouluttamiseen työhön.

Digitaalisten kaksosten edut

Digitaalisten kaksosten edut ovat monia, ja tässä on muutamia:

• Ennakoiva huolto: Seuraamalla jatkuvasti laitteita ja niiden suorituskykyä digitaaliset kaksoset mahdollistavat ennakoivan huollon ja voivat auttaa estämään kalliita laitevikoja ja suunnittelemattomia seisokkeja.
• Parempi toiminnan tehokkuus: Digitaaliset kaksoset voivat myös johtaa merkittäviin tuottavuus voittoja.
• Parannettu turvallisuus ja riskienhallinta: Vaarallisia skenaarioita voidaan simuloida digitaalisella kaksosella mahdollisten vaarojen tunnistamiseksi ja asianmukaisten toimien toteuttamiseksi.
• Innovaatiot ja tuotekehitys: Digitaaliset kaksoset voivat edistää innovaatioita tarjoamalla virtuaalisen ympäristön ideoiden testaamiseen ja jalostukseen ennen fyysiseen tuotantoon sitoutumista. Tämä voi nopeuttaa innovaatio- ja tuotekehitysprosessia ja auttaa tuomaan tuotteita nopeammin markkinoille.
• Parempi päätöksenteko: Digitaaliset kaksoset tarjoavat reaaliaikaisia, tietoihin perustuvia näkemyksiä fyysisten järjestelmien tilasta ja suorituskyvystä. Nämä tiedot voivat antaa päättäjille mahdollisuuden tehdä tietoisia valintoja, optimoida järjestelmänsä prosesseja ja reagoida odottamattomiin tilanteisiin helpommin.
• Kustannussäästö: Digitaaliset kaksoset voivat edistää kustannussäästöjä organisaatiossa ennakoivan ylläpidon, prosessien optimoinnin ja parannetun yleisen resurssienhallinnan avulla.

Digitaalisten kaksosten tyypit

Digitaalisia kaksosia on erilaisia ​​niiden sovelluksen tai laajuuden perusteella. Tässä tärkeimmät:

• Komponentti kaksoset: Kutsutaan myös osien kaksoisiksi, tämä on digitaalinen kaksoiskappale, joka vastaa järjestelmän pienintä elementtiä. Esimerkki on yksi mäntä 6-sylinterisestä moottorista. Komponenttikaksoset voivat tarkkailla tiettyjä parametreja, kuten tärinää ja lämpötilaa.
• Tuotteen kaksoset: Tuotteen tai omaisuuden kaksoiskappale yhdistää yleensä useita komponenttikaksosia tämän mallin saavuttamiseksi monimutkaisemmalla. Tuotekaksoset edustavat yleensä fyysisiä tuotteita, kuten moottoria, hengityslaitetta ja niin edelleen.
• Prosessi Twins: Käytetään järjestelmän toimintojen tai työnkulkujen mallintamiseen ja simulointiin. Prosessikaksosia voidaan käyttää optimoimaan tai valvomaan teollisia prosesseja, kuten valmistusta ja toimitusketjun hallintaa.
• Järjestelmän kaksoset: Yhdistää useita prosesseja tai tuotekaksosia luodakseen monimutkaisen järjestelmän, jota käytetään analysoimaan tai simuloimaan eri virtuaalisten mallien vuorovaikutuksia yhtenä yksikkönä.

Sovellukset eri toimialoilla

Yritykset soveltavat digitaalisia kaksoistekniikoita eri toimialoilla ympäri maailmaa. Tässä on joitain tärkeimmistä sovelluksista:

• valmistus: Digitaaliset kaksoset auttavat optimoimaan tuotantoprosessia tehtaissa ja minimoimaan siten seisokkeja, valvomaan laitteiden kuntoa ja parantamaan yrityksen yleistä toiminnan tehokkuutta.
• Aerospace: Ilmailualan valmistajat käyttävät digitaalisia kaksosia lentokoneiden komponenttien suunnitteluun ja testaukseen. Toiset käyttävät sitä reaaliaikaiseen seurantaan, kuten Rolls-Royce tekee moottoreillaan.
• Älykkäät kaupungit: Älykkäät kaupungit työllistävät digitaalisia kaksosia liikenteen optimoinnissa, energianvalvonnassa, hallinnassa ja erilaisissa tietoisissa päätöksissä, joista on hyötyä kaupungin asukkaille.
• Energia ja yleishyödykkeet: Digitaalinen kaksoistekniikka auttaa uusiutuvien energialähteiden, sähköverkkojen ja minkä tahansa monimutkaisen energiajärjestelmien yhdistelmän hallinnassa. Ne voivat auttaa resurssien allokoinnin optimoinnissa, energian kysynnän ennustamisessa ja niin edelleen.
• Rakentaminen: Digitaalisten kaksosten avulla arkkitehdit ja insinöörit voivat visualisoida ja simuloida eri vaihtoehtoja ennen kuin ne murtautuvat. Lisäksi he voivat myös seurata rakennusta rakentamisen jälkeen.
• Toimitusketjun hallinta: Monimutkaiset toimitusketjut voivat käyttää digitaalista kaksoistekniikkaa tavaroiden ja materiaalien seuraamiseen reaaliajassa, kuljetusreittien optimointiin, mahdollisten viivästysten tunnistamiseen ja toimitusketjun yleisen tehokkuuden parantamiseen.
• Tuotekehitys: Digitaalisia kaksosia voidaan käyttää uusien tuotteiden virtuaaliseen testaukseen ja jalostukseen ennen niiden tuomista markkinoille, mikä vähentää kehityskustannuksia.

Esimerkki sovelluksista

Tässä on joitain mieleenpainuvia esimerkkejä erilaisista tavoista, joilla yritykset käyttävät digitaalista kaksoistekniikkaa.

• GE Tuulivoimalat: GE käyttää tuuliturbiinien digitaalisia kaksosia suorituskyvyn seurantaan ja ennakoivaan kunnossapitoon.
• SpaceX: Dragon-kapselin digitaalisen kaksoiskappaleen avulla käyttäjät voivat valvoa ja säätää lentoratoja, kuormia ja propulsiojärjestelmiä turvallisuuden ja luotettavuuden takaamiseksi.
• Singaporen älykäs kaupunki: Singapore kehittää koko kaupungin digitaalista kaksoisparia, joka sisältää rakennuksia, infrastruktuuria ja sen liikenneverkkoja energiankulutuksen, ilmanlaadun ja liikenteen seuraamiseksi reaaliajassa.
• Schneiderin sähköverkot: Schneider Electric käyttää sähköverkkojen digitaalisia kaksosia energiavirran optimointiin, mahdollisten katkosten ennustamiseen ja verkon kestävyyteen.
• AB InBev: Maailman suurin panimo käyttää digitaalista kaksosteknologiaa toimitusketjujensa ja tuotantolinjojensa hallintaan.
• Rolls-Royce: Rolls-Royce-yhtiö käyttää lentokoneidensa digitaalisia kaksosia moottoreiden reaaliaikaiseen seurantaan, optimointiin ja polttoainetehokkuuteen.
• Unilever: Tämä tuotantojättiläinen käyttää digitaalista kaksoistekniikkaa prosessien optimointiin ja resurssien maksimointiin tehtaissaan.
• Boston Consulting Group: Boston Consulting Group (BCG) käyttää digitaalisia liiketoimintaprosessien kaksosia tunnistamaan ja ratkaisemaan tehottomuuksia, ennustamaan prosessien pullonkauloja ja optimoimaan resurssien allokointia asiakkaidensa liiketoiminnassa.

Digital Twin-liittyvät teknologiat

Digitaaliset kaksoisteknologiat eivät kehity tyhjiössä. Ne ovat seurausta vuorovaikutuksesta useiden muiden teknologioiden kanssa, mukaan lukien seuraavat:

• AI & ML: tekoäly (AI) ja koneoppiminen (ML) ovat tietojenkäsittelytieteen aloja, joiden avulla insinöörit voivat helposti ottaa anturi- ja datasyötteitä digitaalisista kaksoisjärjestelmistä ja muuttaa niistä käyttökelpoisia oivalluksia tai muita arvokkaita liiketoimintasovelluksia.
• Esineiden internet: Esineiden internet (IoT) on kasvava verkko toisiinsa yhdistettyjä laitteita, jotka voivat kommunikoida keskenään ja muiden kanssa. tietojenkäsittely alustat. IoT-sovellukset ja -innovaatiot ovat edelleen nousussa.
• Laajennettu todellisuus: Laajennettu todellisuus on kattotermi, joka viittaa virtuaalitodellisuuteen, lisättyyn todellisuuteen ja sekatodellisuuteen.
• Cloud & Edge: Pilviympäristöt helpottavat tietojen homogenisointia reunan tietojenkäsittely järjestelmät auttavat yrityksiä optimoimaan infrastruktuurinsa ja tietojenkäsittelykykynsä.
• simulaattorit: 3D-mallinnusjärjestelmistä fysiikkamoottoreihin, visualisointityökaluihin ja muihin alustoihin, jotka mahdollistavat digitaalisten kaksosten luomisen ja visualisoinnin.
• Blockchain: Joitakin digitaalisia kaksoissovelluksia, kuten toimitusketjuratkaisuja, sovelletaan Blockchain-tekniikat Tarkkaa ja luotettavaa tiedonhallintaa varten.

Esittelymateriaalit

• Wikipedian artikkeli digitaalisista kaksosista: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM digitaalisissa kaksosissa: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Microsoftin Azure Digital Twins -palvelu: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Digital Twin Consortium: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digitaalinen Twin Hub: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Yhteenveto

Olet nähnyt, kuinka digitaaliset kaksoset muuttavat ja mullistavat tapaamme havaita fyysisen maailman ja olla vuorovaikutuksessa sen kanssa. Tuotesuunnittelusta kokonaisten kaupunkiekosysteemien organisointiin digitaaliset kaksoset tarjoavat vertaansa vailla olevia oivalluksia, tehokkuutta ja innovaatioita.

Digitaaliset kaksoset yhdistävät myös fyysisen ja digitaalisen alueen reaaliaikaisella data-analytiikka- ja ennustusominaisuuksilla, mikä antaa teollisuudelle mahdollisuuden helposti optimoida prosesseja ja parantaa päätöksentekoa. Tämä voi auttaa sinua ja yritystäsi avaamaan uusia mahdollisuuksia.