Digitalni blizanci: što je to i kako radi

Digitalni blizanac je virtualni model fizičkog objekta koji se često koristi za simulacije, testiranje i nadzor fizičkog objekta.

Oni olakšavaju vizualizaciju složenih projekata, kao što su veliki strojevi, mlazni motori, pametni gradovi i komunalne instalacije.

Digitalni blizanci mogu postojati i za nepostojeće objekte – u kojem slučaju se koriste za planiranje i razvoj takvog objekta.

Ovaj blog detaljno opisuje sve što trebate znati o digitalnim blizancima i da vidite može li to koristiti vašem sljedećem projektu.

Karakteristike digitalnih blizanaca

Tehnologije digitalnih blizanaca izdvajaju se od drugih tehnologija jedinstvenim skupom karakteristika, a one uključuju:

• modularnost: Tehnologije digitalnih blizanaca često primjenjuju pristup modularnog dizajna za izgradnju jednog stroja s više komponenti. Ovaj pristup olakšava prepoznavanje specifičnih komponenti koje se mogu zamijeniti, poboljšati ili na neki način prilagoditi kako bi se postigli željeni rezultati.
• Povezivanje: Digitalni blizanci također se uvelike oslanjaju na povezanost i to se obično postiže povezanim senzorima putem IoT uređaja. Ova povezanost ide u oba smjera kako bi se omogućila komunikacija između digitalnih i fizičkih blizanaca.
• Pametan i reprogramabilan: Sustavi digitalnih blizanaca su pametni u smislu da možete mijenjati različite parametre. Informacije iz IoT senzora, na primjer, mogu uzrokovati da digitalni blizanac prilagodi neke parametre i jednako tako pošalje te nove postavke fizičkom blizancu da se prilagodi.
• Homogenizacija: Homogenizacija se odnosi na pojednostavljenje svih podataka i ulaza iz fizičkog stroja u jednostavan, digitalni format koji olakšava dijeljenje s drugim korisnicima, sustavima ili članovima tima.
• Izrada digitalnog traga: Digitalni blizanci također ostavljaju tragove koji olakšavaju premotavanje stanja stroja, na primjer, na prethodno vrijeme prije nego što je došlo do kvara. Stoga je lako dijagnosticirati probleme.

Kako funkcioniraju digitalni blizanci

Proces funkcionalnosti digitalnih blizanaca je relativno jednostavan. Ovo je osnovni proces u 3 koraka.

1. Fizički blizanac

Prvo, tu je fizički objekt ili stroj, koji može biti bilo što, od V8 motora s unutarnjim izgaranjem do turboventilatorskog mlaznog motora, proizvodne trake u tvornici ili cijelog opskrbnog lanca. Fizički blizanac opremljen je senzorima koji prikupljaju i prenose sve oblike podataka od njega do njegovog virtualnog blizanca. Ti podaci mogu uključivati ​​temperaturu, broj okretaja u minuti, tlak, razinu buke, vibracije i tako dalje.

2. Digitalni blizanac

U svijetu računala kreira se odgovarajući virtualni model fizičkog blizanca za virtualnu simulaciju. Ovaj virtualni model može biti jednostavan ili složen prema potrebi. Mogao bi koristiti jednostavne grafičke prikaze ili koristiti složeniju grafiku s fizičkim ili inženjerskim principima koji ga čine autentičnijim oponašanjem svog fizičkog blizanca. 

3. Podatkovna veza

Sustav postaje potpun tek kada se podaci uživo sa senzora unesu u digitalnog blizanca kako bi se stvorila povratna petlja u stvarnom vremenu, gdje fizički blizanac utječe na svog digitalnog dvojnika, a digitalni blizanac, zauzvrat, također može pratiti fizičku izvedbu, izvoditi simulacije, mijenjati fizičkog blizanca ili se koristiti za obuku osoblja za rad.

Prednosti digitalnih blizanaca

Prednosti digitalnih blizanaca su brojne, a evo nekoliko:

• Prediktivno održavanje: Stalnim praćenjem opreme i njezinih performansi, digitalni blizanci omogućuju prediktivno održavanje i mogu pomoći u sprječavanju skupih kvarova opreme i neplaniranih zastoja.
• Poboljšana operativna učinkovitost: Pružajući uvide u optimizaciju procesa i optimalnu raspodjelu resursa na temelju podataka u stvarnom vremenu, digitalni blizanci također mogu dovesti do značajnog povećanja produktivnosti.
• Poboljšana sigurnost i upravljanje rizikom: Opasni scenariji mogu se simulirati s digitalnim blizancem kako bi se identificirale potencijalne opasnosti i poduzeli odgovarajući koraci.
• Inovacije i razvoj proizvoda: Digitalni blizanci mogu pomoći u olakšavanju inovacija pružanjem virtualnog okruženja za testiranje i usavršavanje ideja prije nego što se obvežu na fizičku proizvodnju. To može ubrzati inovacije i proces razvoja proizvoda, pomažući da se proizvodi brže plasiraju na tržište.
• Poboljšano donošenje odluka: Digitalni blizanci pružaju uvide u stanje i performanse fizičkih sustava u stvarnom vremenu. Ove informacije mogu osnažiti donositelje odluka da donesu informirane odluke, optimiziraju procese svojih sustava i lakše odgovore na nepredviđene okolnosti.
• Ušteda na troškovima: Digitalni blizanci mogu doprinijeti uštedi troškova u organizaciji putem prediktivnog održavanja, optimizacije procesa i poboljšanog ukupnog upravljanja resursima.

Vrste digitalnih blizanaca

Postoje različite vrste digitalnih blizanaca, ovisno o njihovoj primjeni ili opsegu. Evo glavnih:

• Komponentni blizanci: Također se naziva i blizanac dijelova, ovo je digitalni blizanac koji odgovara najmanjem elementu sustava. Primjer je jedan klip iz 6-cilindričnog motora. Komponente blizanci mogu pratiti specifične parametre poput vibracija i temperature.
• Proizvod blizanci: Blizanac proizvoda ili imovine obično kombinira nekoliko blizanaca komponenti kako bi se postigao ovaj model s većom složenošću. Blizanci proizvoda obično predstavljaju fizičke proizvode, kao što su motor, ventilator i tako dalje.
• Proces Twins: Koristi se za modeliranje i simulaciju operacija ili radnih procesa unutar sustava. Procesni blizanci mogu se primijeniti za optimizaciju ili nadzor industrijskih procesa kao što su proizvodnja i upravljanje opskrbnim lancem.
• Sustav blizanaca: Kombinira višestruke procese ili blizance proizvoda za stvaranje složenog sustava koji se koristi za analizu ili simulaciju interakcija različitih virtualnih modela kao jedne jedinice.

Primjene u svim industrijama

Tvrtke primjenjuju tehnologije digitalnih blizanaca u raznim industrijama diljem svijeta. Evo nekih od ovih glavnih primjena:

• Proizvodnja: Digitalni blizanci pomažu u optimiziranju proizvodnog procesa u tvornicama i time minimiziraju vrijeme zastoja, nadziru ispravnost opreme i povećavaju ukupnu operativnu učinkovitost tvrtke.
• Zrakoplovstvo: Proizvođači zrakoplova koriste digitalne blizance za dizajn i testiranje komponenti zrakoplova. Drugi ga koriste za praćenje u stvarnom vremenu, kao što Rolls-Royce radi sa svojim motorima.
• Pametni gradovi: Pametni gradovi koriste digitalne blizance u optimizaciji prometa, praćenju energije, upravljanju i donošenju raznih informiranih odluka koje će koristiti stanovnicima grada.
• Energija i komunalije: Digitalna tehnologija blizanaca pomaže u upravljanju obnovljivim izvorima energije, električnim mrežama i bilo kojom složenom kombinacijom energetskih sustava. Oni mogu pomoći u optimizaciji raspodjele resursa, predviđanju potražnje za energijom i tako dalje.
• Gradnja: Digitalni blizanci omogućuju arhitektima i inženjerima da vizualiziraju i simuliraju različite opcije prije nego što počnu. Osim toga, oni također mogu nadzirati zgradu nakon izgradnje.
• Upravljanje lancem opskrbe: Složeni opskrbni lanci mogu koristiti tehnologiju digitalnih blizanaca za praćenje robe i materijala u stvarnom vremenu, optimizaciju transportnih ruta, prepoznavanje potencijalnih kašnjenja i poboljšanje ukupne učinkovitosti opskrbnog lanca.
• Razvoj proizvoda: Digitalni blizanci mogu se koristiti u virtualnom testiranju i usavršavanju novih proizvoda prije nego što se iznesu na tržište, čime se smanjuju troškovi razvoja.

Primjer aplikacija

Evo nekoliko nezaboravnih primjera različitih načina na koje tvrtke koriste tehnologiju digitalnih blizanaca.

• GE vjetroturbine: GE koristi digitalne blizance vjetroturbina za praćenje rada i prediktivno održavanje.
• SpaceX: Digitalni blizanac Dragon kapsule omogućuje operaterima praćenje i podešavanje putanje, opterećenja i pogonskih sustava za sigurnost i pouzdanost.
• Singapore Smart City: Singapur razvija digitalnog blizanca cijelog grada, uključujući zgrade, infrastrukturu i njegove prometne mreže za praćenje potrošnje energije, kvalitete zraka i prometa u stvarnom vremenu.
• Schneider Electric Grids: Schneider Electric koristi digitalne blizance električnih mreža za optimizaciju protoka energije, predviđanje potencijalnih ispada i otpornost mreže.
• AB InBev: Najveća svjetska pivovara koristi tehnologiju digitalnih blizanaca za upravljanje svojim opskrbnim lancima i proizvodnim linijama.
• Rolls Royce: Tvrtka Rolls-Royce koristi digitalne blizance svojih zrakoplovnih motora za praćenje motora u stvarnom vremenu, optimizaciju i učinkovitost goriva.
• Unilever: Ovaj proizvodni div koristi tehnologiju digitalnih blizanaca za optimizaciju procesa i maksimiziranje resursa u svojim tvornicama.
• Boston Consulting Group: Boston Consulting Group (BCG) koristi digitalne blizance poslovnih procesa za prepoznavanje i rješavanje neučinkovitosti, predviđanje uskih grla procesa i optimiziranje raspodjele resursa u poslovanju svojih klijenata.

Tehnologije povezane s digitalnim blizancima

Tehnologije digitalnih blizanaca ne razvijaju se u vakuumu. Oni su rezultat interakcije s više drugih tehnologija, koje uključuju sljedeće:

• AI & ML: Umjetna inteligencija (AI) i stroj za učenje (ML) su područja računalne znanosti koja inženjerima olakšavaju preuzimanje senzora i podataka iz sustava digitalnih blizanaca i njihovo pretvaranje u djelotvorne uvide ili druge vrijedne poslovne aplikacije.
• IOT: Internet stvari (IoT) rastuća je mreža međusobno povezanih uređaja koji mogu komunicirati jedni s drugima i s drugim računalnim platformama. IoT aplikacije i inovacije i dalje su u porastu.
• Proširena stvarnost: Proširena stvarnost je krovni pojam koji se odnosi na aplikacije virtualne stvarnosti, proširene stvarnosti i miješane stvarnosti.
• Cloud & Edge: Cloud platforme olakšavaju homogenizaciju podataka, dok rub računanje sustavi pomažu tvrtkama da optimiziraju svoju infrastrukturu i mogućnosti obrade podataka.
• Simulatori: Od sustava za 3D modeliranje do fizičkih motora, alata za vizualizaciju i drugih platformi koje omogućuju stvaranje i vizualizaciju digitalnih blizanaca.
• Blockchain: Primjenjuju se neke aplikacije digitalnih blizanaca, poput rješenja opskrbnog lanca Blockchain tehnologije za precizno i ​​pouzdano upravljanje podacima.

Resursi

• Članak na Wikipediji o digitalnim blizancima: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM o digitalnim blizancima: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Microsoftova usluga Azure Digital Twins: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Konzorcij Digital Twin: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digitalno dvostruko čvorište: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Zaključak

Vidjeli ste kako digitalni blizanci transformiraju i revolucioniraju način na koji percipiramo fizički svijet i komuniciramo s njim. Od dizajna proizvoda do orkestracije cijelih urbanih ekosustava, digitalni blizanci nude neusporedive uvide, učinkovitost i inovativnost.

Digitalni blizanci također povezuju fizičko i digitalno područje s analitikom podataka u stvarnom vremenu i mogućnostima predviđanja, što omogućuje industrijama da jednostavno optimiziraju procese i poboljšaju donošenje odluka. To može pomoći vama i vašoj tvrtki da otključate nove mogućnosti.