Skaitmeniniai dvyniai: kas tai yra ir kaip tai veikia

Skaitmeninis dvynys yra virtualus fizinio objekto modelis, dažnai naudojamas fizinio objekto modeliavimui, testavimui ir stebėjimui.

Jie leidžia lengviau vizualizuoti sudėtingus projektus, tokius kaip didelės mašinos, reaktyviniai varikliai, išmanieji miestai ir komunalinių paslaugų įrenginiai.

Skaitmeniniai dvyniai gali egzistuoti ir neegzistuojantiems objektams – tokiu atveju jie naudojami planuojant ir plėtojant tokį objektą.

Šiame tinklaraštyje pateikiama informacija apie viską, ką reikia žinoti apie skaitmeninius dvynius, ir sužinoti, ar tai gali būti naudinga jūsų kitam projektui.

Skaitmeninių dvynių charakteristikos

Skaitmeninės dvynių technologijos išsiskiria iš kitų technologijų unikaliomis charakteristikomis, kurios apima:

• Moduliškumas: Skaitmeninės dvigubos technologijos dažnai taiko modulinio dizaino metodą, kad sukurtų vieną mašiną su keliais komponentais. Šis metodas leidžia lengvai nustatyti konkrečius komponentus, kuriuos galima pakeisti, patobulinti arba kai kuriais būdais pakoreguoti, kad būtų pasiekti norimi rezultatai.
• Ryšiai: Skaitmeniniai dvyniai taip pat labai priklauso nuo ryšio ir tai paprastai pasiekiama prijungus jutiklius per IoT įrenginius. Šis ryšys yra abipusis, kad būtų galima bendrauti tarp skaitmeninių ir fizinių dvynių.
• Išmanus ir perprogramuojamas: Skaitmeninės dvynių sistemos yra protingos ta prasme, kad galite keisti skirtingus parametrus. Pavyzdžiui, informacija iš daiktų interneto jutiklių gali priversti skaitmeninį dvynį pakoreguoti kai kuriuos parametrus ir taip pat siųsti šiuos naujus nustatymus fiziniam dvyniui, kad jis pats prisitaikytų.
• Homogenizacija: Homogenizavimas reiškia visų duomenų ir įvesties iš fizinės mašinos supaprastinimą paprastu skaitmeniniu formatu, kuris palengvina bendrinimą su kitais vartotojais, sistemomis ar komandos nariais.
• Skaitmeninis pėdsakų kūrimas: Skaitmeniniai dvyniai taip pat palieka pėdsakų, leidžiančių lengvai atsukti mašinos būseną, pavyzdžiui, į ankstesnę būseną prieš įvykstant gedimui. Taigi, nesunku diagnozuoti problemas.

Kaip veikia skaitmeniniai dvyniai

Skaitmeninių dvynių funkcionalumo procesas yra gana paprastas. Čia yra pagrindinis 3 žingsnių procesas.

1. Fizinis dvynys

Pirma, yra fizinis objektas arba mašina, kuri gali būti bet kas nuo V8 vidaus degimo variklio iki reaktyvinio variklio su turboventiliatoriumi, surinkimo linija gamykloje arba visa tiekimo grandinė. Fizinis dvynys yra aprūpintas jutikliais, kurie renka ir perduoda visų formų duomenis iš jo virtualiam dvyniui. Šie duomenys gali apimti temperatūrą, apsisukimus per minutę, slėgį, triukšmo lygį, vibraciją ir pan.

2. Skaitmeninis dvynys

Kompiuterių pasaulyje virtualiai simuliacijai sukuriamas atitinkamas virtualus fizinio dvynio modelis. Šis virtualus modelis gali būti toks paprastas arba sudėtingas, kiek reikia. Jis gali naudoti paprastus grafinius vaizdus arba naudoti sudėtingesnę grafiką su fiziniais ar inžineriniais principais, kurie leidžia autentiškiau imituoti savo fizinį dvynį. 

3. Duomenų ryšys

Sistema tampa baigta tik tada, kai tiesioginiai jutiklių duomenys yra įvedami į skaitmeninį dvynį, kad būtų sukurta realaus laiko grįžtamojo ryšio kilpa, kur fizinis dvynys daro įtaką savo skaitmeninei kolegai, o skaitmeninis dvynys, savo ruožtu, taip pat gali stebėti fizinį našumą. vykdyti modeliavimą, keisti fizinį dvynį arba būti naudojamas personalo mokymui dirbti.

Skaitmeninių dvynių privalumai

Skaitmeniniai dvyniai turi daug privalumų, o štai keli:

• Numatyta priežiūra: Nuolat stebint įrangą ir jos veikimą, skaitmeniniai dvyniai įgalina nuspėjamą priežiūrą ir gali padėti išvengti brangių įrangos gedimų ir neplanuotų prastovų.
• Padidintas veiklos efektyvumas: Suteikdami įžvalgų, kaip optimizuoti procesus ir optimaliai paskirstyti išteklius pagal realaus laiko duomenis, skaitmeniniai dvyniai taip pat gali žymiai padidinti produktyvumą.
• Patobulinta sauga ir rizikos valdymas: Pavojingi scenarijai gali būti imituojami naudojant skaitmeninį dvynį, kad būtų galima nustatyti galimus pavojus ir imtis tinkamų veiksmų.
• Inovacijos ir produktų kūrimas: Skaitmeniniai dvyniai gali padėti palengvinti naujoves suteikdami virtualią aplinką idėjoms išbandyti ir tobulinti prieš pradedant fizinę gamybą. Tai gali paspartinti inovacijų ir produktų kūrimo procesą, padėti greičiau pateikti produktus į rinką.
• Patobulintas sprendimų priėmimas: Skaitmeniniai dvyniai suteikia realiu laiku duomenimis pagrįstą įžvalgą apie fizinių sistemų būklę ir veikimą. Ši informacija gali įgalinti sprendimus priimančius asmenis priimti pagrįstus sprendimus, optimizuoti savo sistemos procesus ir lengviau reaguoti į nenumatytas aplinkybes.
• Sutaupytos išlaidos: Skaitmeniniai dvyniai gali padėti sutaupyti organizacijos sąnaudų per nuspėjamą priežiūrą, optimizuodami procesus ir pagerindami bendrą išteklių valdymą.

Skaitmeninių dvynių tipai

Yra įvairių tipų skaitmeniniai dvyniai, atsižvelgiant į jų pritaikymą ar taikymo sritį. Štai pagrindiniai:

• Komponentiniai dvyniai: Dar vadinamas dalių dvyniu, tai skaitmeninis dvynys, atitinkantis mažiausią sistemos elementą. Pavyzdys yra vienas stūmoklis iš 6 cilindrų variklio. Komponentiniai dvyniai gali stebėti konkrečius parametrus, tokius kaip vibracija ir temperatūra.
• Produkto dvyniai: Produkto arba turto dvynys paprastai sujungia kelis komponentus, kad šis modelis būtų sudėtingesnis. Produktų dvyniai dažniausiai reiškia fizinius produktus, tokius kaip variklis, ventiliatorius ir pan.
• Procesas Dvyniai: naudojamas sistemos operacijoms ar darbo eigoms modeliuoti ir imituoti. Proceso dvyniai gali būti taikomi siekiant optimizuoti arba stebėti pramonės procesus, tokius kaip gamyba ir tiekimo grandinės valdymas.
• Sistemos dvyniai: Sujungia kelis procesus arba produktų dvynius, kad būtų sukurta sudėtinga sistema, naudojama analizuoti arba imituoti įvairių virtualių modelių sąveiką kaip vieną vienetą.

Taikymas įvairiose pramonės šakose

Įmonės taiko skaitmenines dvynių technologijas įvairiose pramonės šakose visame pasaulyje. Štai keletas pagrindinių programų:

• gamyba: Skaitmeniniai dvyniai padeda optimizuoti gamybos procesą gamyklose ir taip sumažinti prastovų laiką, stebėti įrangos būklę ir padidinti bendrą įmonės veiklos efektyvumą.
• Oro erdvė: Orlaivių ir kosmoso gamintojai naudoja skaitmeninius dvynius orlaivių komponentų projektavimui ir bandymams. Kiti jį naudoja stebėti realiuoju laiku, kaip tai daro „Rolls-Royce“ su savo varikliais.
• Išmanieji miestai: Išmanieji miestai įdarbina skaitmeninius dvynius eismo optimizavimo, energijos stebėjimo, valdymo srityse ir priima įvairius pagrįstus sprendimus, kurie bus naudingi miesto gyventojams.
• Energija ir komunalinės paslaugos: Skaitmeninė dviguba technologija padeda valdyti atsinaujinančius energijos šaltinius, elektros tinklus ir bet kokį sudėtingą energijos sistemų derinį. Jie gali padėti optimizuoti išteklių paskirstymą, numatyti energijos poreikį ir pan.
• Konstrukcija: Skaitmeniniai dvyniai leidžia architektams ir inžinieriams vizualizuoti ir imituoti įvairias parinktis, kol jie atsiduria. Be to, jie taip pat gali stebėti pastatą po statybos.
• Tiekimo grandinės valdymas: Sudėtingose ​​tiekimo grandinėse gali būti naudojama skaitmeninė dviguba technologija, skirta sekti prekes ir medžiagas realiuoju laiku, optimizuoti transportavimo maršrutus, nustatyti galimus vėlavimus ir pagerinti bendrą tiekimo grandinės efektyvumą.
• Produktų kūrimas: Skaitmeniniai dvyniai gali būti naudojami praktiškai išbandant ir tobulinant naujus produktus prieš pateikiant juos į rinką, taip sumažinant kūrimo išlaidas.

Pavyzdžių programos

Štai keletas įsimintinų pavyzdžių, kaip įmonės naudoja skaitmeninę dvynių technologiją.

• GE vėjo turbinos: GE naudoja skaitmeninius vėjo turbinų dvynius veikimo stebėjimui ir numatomai priežiūrai.
• SpaceX: skaitmeninis „Dragon“ kapsulės dvynys leidžia operatoriams stebėti ir reguliuoti trajektorijas, apkrovas ir varomąsias sistemas, kad būtų užtikrintas saugumas ir patikimumas.
• Singapūro išmanusis miestas: Singapūras kuria skaitmeninį viso miesto dvynį, įskaitant pastatus, infrastruktūrą ir transporto tinklus, kad būtų galima stebėti energijos suvartojimą, oro kokybę ir eismą realiuoju laiku.
• Schneider elektros tinklai: „Schneider Electric“ naudoja skaitmeninius elektros tinklų dvynius energijos srauto optimizavimui, galimų gedimų prognozėms ir tinklo atsparumui užtikrinti.
• AB "InBev": Didžiausia pasaulyje alaus darykla savo tiekimo grandinėms ir gamybos linijoms valdyti taiko skaitmeninių dvynių technologiją.
• Rolls-Royce: „Rolls-Royce“ bendrovė naudoja skaitmeninius savo orlaivių variklių dvynius, kad realiuoju laiku sektų variklius, optimizuotų ir efektyviai naudotų kurą.
• Unilever: Šis gamybos milžinas naudoja skaitmeninę dvigubą technologiją, kad optimizuotų procesus ir maksimaliai padidintų išteklius savo gamyklose.
• Bostono konsultacinė grupė: Boston Consulting Group (BCG) naudoja skaitmeninius verslo procesų dvynius, kad nustatytų ir pašalintų neefektyvumą, numatytų procesų kliūtis ir optimizuotų išteklių paskirstymą savo klientų versle.

Su skaitmeninėmis dvynėmis susijusios technologijos

Skaitmeninės dvynių technologijos vystosi ne vakuume. Jie atsiranda sąveikos su daugybe kitų technologijų, įskaitant šias:

• AI ir ML: Dirbtinis intelektas (DI) ir mašininis mokymasis (ML) yra kompiuterių mokslo sritys, kurios leidžia inžinieriams lengvai paimti jutiklių ir duomenų įvestis iš skaitmeninių dvynių sistemų ir paversti juos įgyvendinamomis įžvalgomis ar kitomis vertingomis verslo programomis.
• DI: Daiktų internetas (IoT) yra augantis tarpusavyje sujungtų įrenginių, galinčių bendrauti tarpusavyje ir su kitomis skaičiavimo platformomis, tinklas. IoT programos ir naujovės vis dar auga.
• Išplėstinė realybė: Išplėstinė realybė yra skėtinis terminas, reiškiantis virtualią realybę, papildytą realybę ir mišrios realybės programas.
• Debesis ir kraštas: Debesų platformos palengvina duomenų homogenizavimą kraštinių skaičiavimų sistemos padeda įmonėms optimizuoti infrastruktūrą ir duomenų apdorojimo galimybes.
• Simuliatoriai: Nuo 3D modeliavimo sistemų iki fizinių variklių, vizualizacijos įrankių ir kitų platformų, kurios leidžia kurti ir vizualizuoti skaitmeninius dvynius.
• Blockchain: Taikomos kai kurios skaitmeninės dvigubos programos, pvz., tiekimo grandinės sprendimai „Blockchain“ technologijos tiksliam ir patikimam duomenų valdymui.

Ištekliai

• Vikipedijos straipsnis apie skaitmeninius dvynius: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM dėl skaitmeninių dvynių: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• „Microsoft“ „Azure Digital Twins“ paslauga: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Skaitmeninis dvynių konsorciumas: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Skaitmeninis Twin Hub: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Išvada

Jūs matėte, kaip skaitmeniniai dvyniai keičia mūsų fizinio pasaulio suvokimą ir sąveiką su juo. Nuo gaminio dizaino iki ištisų miesto ekosistemų sukūrimo – skaitmeniniai dvyniai siūlo neprilygstamą įžvalgą, efektyvumą ir naujoves.

Skaitmeniniai dvyniai taip pat sujungia fizinę ir skaitmeninę sferas su realaus laiko duomenų analize ir nuspėjamomis galimybėmis, kurios įgalina pramonės šakas lengvai optimizuoti procesus ir pagerinti sprendimų priėmimą. Tai gali padėti jums ir jūsų verslui atverti naujas galimybes.