Digitālie dvīņi: kas tas ir un kā tas darbojas

Digitālais dvīnis ir fiziska objekta virtuāls modelis, ko bieži izmanto fiziskā objekta simulācijām, testēšanai un uzraudzībai.

Tie ļauj vieglāk vizualizēt sarežģītus projektus, piemēram, lielas mašīnas, reaktīvos dzinējus, viedās pilsētas un komunālo pakalpojumu iekārtas.

Digitālie dvīņi var pastāvēt arī neesošiem objektiem – tādā gadījumā tie tiek izmantoti šāda objekta plānošanai un attīstībai.

Šajā emuārā ir sniegta informācija par visu, kas jums jāzina par digitālajiem dvīņiem, un jūs varat uzzināt, vai tas varētu noderēt jūsu nākamajam projektam.

Digitālo dvīņu īpašības

Digitālās dvīņu tehnoloģijas izceļas no citām tehnoloģijām ar unikālu īpašību kopumu, un tās ietver:

• Modularitāte: Digitālās dvīņu tehnoloģijas bieži izmanto moduļu dizaina pieeju, lai izveidotu vienu iekārtu ar vairākiem komponentiem. Šī pieeja ļauj viegli noteikt konkrētus komponentus, kurus var apmainīt, uzlabot vai dažos veidos pielāgot, lai sasniegtu vēlamos rezultātus.
• Savienojumi: digitālie dvīņi arī lielā mērā paļaujas uz savienojamību, un to parasti panāk, izmantojot savienotus sensorus, izmantojot IoT ierīces. Šī savienojamība ir abos veidos, lai nodrošinātu saziņu starp digitālajiem un fiziskajiem dvīņiem.
• Vieds un pārprogrammējams: Digitālās dvīņu sistēmas ir gudras tādā ziņā, ka varat veikt izmaiņas dažādos parametros. Piemēram, informācija no IoT sensoriem var likt digitālajam dvīnim pielāgot dažus parametrus un vienlīdz nosūtīt šos jaunos iestatījumus fiziskajam dvīnim, lai tas pats pielāgotos.
• Homogenizācija: Homogenizācija attiecas uz visu fiziskās iekārtas datu un ievades racionalizēšanu vienkāršā, digitālā formātā, kas atvieglo kopīgošanu ar citiem lietotājiem, sistēmām vai komandas locekļiem.
• Digitālo izsekojumu veidošana: Digitālie dvīņi atstāj arī pēdas, kas ļauj viegli pārtīt iekārtas stāvokli, piemēram, uz iepriekšējo reizi pirms darbības traucējuma. Tādējādi ir viegli diagnosticēt problēmas.

Kā darbojas digitālie dvīņi

Digitālo dvīņu funkcionalitātes process ir salīdzinoši vienkāršs. Šeit ir 3 pakāpju pamata process.

1. Fiziskais dvīnis

Pirmkārt, ir fiziskais objekts vai mašīna, kas var būt jebkas, sākot no V8 iekšdedzes dzinēja līdz turboventilatora reaktīvajam dzinējam, montāžas līnija rūpnīcā vai visa piegādes ķēde. Fiziskais dvīnis ir aprīkots ar sensoriem, kas savāc un pārsūta no tā visa veida datus uz savu virtuālo dvīni. Šie dati var ietvert temperatūru, apgriezienus minūtē, spiedienu, trokšņa līmeni, vibrāciju utt.

2. Digitālais dvīnis

Datoru pasaulē virtuālai simulācijai tiek izveidots atbilstošs fiziskā dvīņa virtuālais modelis. Šis virtuālais modelis var būt tik vienkāršs vai sarežģīts, cik nepieciešams. Tas varētu izmantot vienkāršus grafiskos attēlojumus vai izmantot sarežģītāku grafiku ar fiziskiem vai inženierijas principiem, kas ļauj autentiskāk atdarināt savu fizisko dvīņu. 

3. Datu savienojums

Sistēma kļūst pilnīga tikai tad, kad tiešraides dati no sensoriem tiek ievadīti digitālajā dvīnī, lai izveidotu reāllaika atgriezeniskās saites cilpu, kur fiziskais dvīnis ietekmē savu digitālo ekvivalentu, savukārt digitālais dvīnis var arī uzraudzīt fizisko veiktspēju, veikt simulācijas, veikt izmaiņas fiziskajā dvīnī vai izmantot personāla apmācīšanai darbam.

Digitālo dvīņu priekšrocības

Digitālajiem dvīņiem ir daudz priekšrocību, un šeit ir dažas:

• Prognozējošā apkope: Pastāvīgi uzraugot aprīkojumu un tā veiktspēju, digitālie dvīņi nodrošina paredzamu apkopi un var palīdzēt novērst dārgas aprīkojuma atteices un neplānotas dīkstāves.
• Uzlabota darbības efektivitāte: Sniedzot ieskatu procesu optimizēšanai un resursu optimālai sadalei, pamatojoties uz reāllaika datiem, digitālie dvīņi var arī nodrošināt ievērojamu produktivitātes pieaugumu.
• Uzlabota drošība un riska pārvaldība: Bīstamus scenārijus var simulēt ar digitālo dvīņu palīdzību, lai identificētu iespējamos apdraudējumus un veiktu atbilstošus pasākumus.
• Inovācijas un produktu attīstība: Digitālie dvīņi var palīdzēt veicināt inovāciju, nodrošinot virtuālu vidi ideju testēšanai un uzlabošanai pirms fiziskas ražošanas uzsākšanas. Tas var paātrināt inovāciju un produktu izstrādes procesu, palīdzot ātrāk laist produktus tirgū.
• Uzlabota lēmumu pieņemšana: Digitālie dvīņi sniedz reāllaika, uz datiem balstītu ieskatu fizisko sistēmu stāvoklī un veiktspējā. Šī informācija var dot iespēju lēmumu pieņēmējiem izdarīt apzinātu izvēli, optimizēt sistēmas procesus un vieglāk reaģēt uz neparedzētiem apstākļiem.
• Izmaksu ietaupījumi: Digitālie dvīņi var veicināt izmaksu ietaupījumu organizācijā, izmantojot paredzamo apkopi, procesu optimizāciju un uzlabotu kopējo resursu pārvaldību.

Digitālo dvīņu veidi

Ir dažādi digitālo dvīņu veidi, pamatojoties uz to pielietojumu vai darbības jomu. Šeit ir norādīti galvenie:

• Komponentu dvīņi: saukts arī par dvīņu daļām, šis ir digitālais dvīnis, kas atbilst mazākajam sistēmas elementam. Piemērs ir viens virzulis no 6 cilindru dzinēja. Komponentu dvīņi var uzraudzīt noteiktus parametrus, piemēram, vibrāciju un temperatūru.
• Produktu dvīņi: Produkta vai īpašuma dvīņi parasti apvieno vairākus komponentu dvīņus, lai iegūtu šo modeli ar lielāku sarežģītību. Produktu dvīņi parasti apzīmē fiziskus produktus, piemēram, dzinēju, ventilatoru utt.
• Process Twins: izmanto, lai modelētu un modelētu operācijas vai darbplūsmas sistēmā. Procesu dvīņus var izmantot, lai optimizētu vai uzraudzītu rūpnieciskos procesus, piemēram, ražošanu un piegādes ķēdes pārvaldību.
• Sistēmas dvīņi: apvieno vairākus procesus vai produktu dvīņus, lai izveidotu sarežģītu sistēmu, ko izmanto, lai analizētu vai simulētu dažādu virtuālo modeļu mijiedarbību kā vienu vienību.

Lietojumprogrammas visās nozarēs

Uzņēmumi izmanto digitālās dvīņu tehnoloģijas dažādās nozarēs visā pasaulē. Šeit ir dažas no galvenajām lietojumprogrammām:

• Ražošana: Digitālie dvīņi palīdz optimizēt ražošanas procesu rūpnīcās un tādējādi samazināt dīkstāves laiku, uzrauga iekārtu stāvokli un uzlabo uzņēmuma kopējo darbības efektivitāti.
• Aviācija: Aviācijas un kosmosa ražotāji izmanto digitālos dvīņus gaisa kuģu sastāvdaļu projektēšanai un testēšanai. Citi to izmanto reāllaika uzraudzībai, piemēram, Rolls-Royce ar saviem dzinējiem.
• Viedās pilsētas: Viedās pilsētas izmanto digitālos dvīņus satiksmes optimizācijā, enerģijas uzraudzībā, pārvaldībā un dažādu apzinātu lēmumu pieņemšanā, kas dos labumu pilsētas iedzīvotājiem.
• Enerģija un komunālie pakalpojumi: Digitālā dvīņu tehnoloģija palīdz pārvaldīt atjaunojamos enerģijas avotus, elektrotīklus un jebkuru sarežģītu enerģijas sistēmu kombināciju. Tie var palīdzēt optimizēt resursu piešķiršanu, prognozēt enerģijas pieprasījumu un tā tālāk.
• Būvniecība: Digitālie dvīņi ļauj arhitektiem un inženieriem vizualizēt un simulēt dažādas iespējas, pirms tās izlaužas. Turklāt viņi var arī uzraudzīt ēku pēc būvniecības.
• Piegādes ķēdes vadība: Sarežģītas piegādes ķēdes var izmantot digitālo dvīņu tehnoloģiju, lai reāllaikā izsekotu precēm un materiāliem, optimizētu transportēšanas maršrutus, identificētu iespējamos kavējumus un uzlabotu piegādes ķēdes kopējo efektivitāti.
• Produktu attīstība: Digitālos dvīņus var izmantot jaunu produktu virtuālai testēšanai un uzlabošanai pirms to laišanas tirgū, tādējādi samazinot izstrādes izmaksas.

Piemērs Pieteikumi

Šeit ir daži neaizmirstami piemēri dažādiem veidiem, kā uzņēmumi izmanto digitālo dvīņu tehnoloģiju.

• GE vēja turbīnas: GE izmanto vēja turbīnu digitālos dvīņus veiktspējas uzraudzībai un paredzamajai apkopei.
• SpaceX: Dragon kapsulas digitālais dvīnis ļauj operatoriem uzraudzīt un pielāgot trajektorijas, kravas un piedziņas sistēmas, lai nodrošinātu drošību un uzticamību.
• Singapūras viedpilsēta: Singapūra izstrādā visas pilsētas digitālo dvīņu, tostarp ēkas, infrastruktūru un tās transporta tīklus, lai reāllaikā uzraudzītu enerģijas patēriņu, gaisa kvalitāti un satiksmi.
• Schneider elektriskie režģi: Schneider Electric izmanto elektroenerģijas tīklu digitālos dvīņus, lai optimizētu enerģijas plūsmu, prognozētu iespējamos pārtraukumus un nodrošinātu tīkla noturību.
• AB InBev: pasaulē lielākā alus darītava izmanto digitālo dvīņu tehnoloģiju, lai pārvaldītu piegādes ķēdes un ražošanas līnijas.
• Rolls-Royce: Uzņēmums Rolls-Royce izmanto savu lidmašīnu dzinēju digitālos dvīņus, lai reāllaikā izsekotu, optimizētu un uzlabotu degvielas patēriņu.
• Unilever: Šis ražošanas gigants savās rūpnīcās izmanto digitālo dvīņu tehnoloģiju, lai optimizētu procesus un maksimāli palielinātu resursus.
• Bostonas konsultāciju grupa: Boston Consulting Group (BCG) izmanto biznesa procesu digitālos dvīņus, lai identificētu un novērstu neefektivitāti, prognozētu procesu vājās vietas un optimizētu resursu sadali sava klienta uzņēmumos.

Digitālās dvīņu tehnoloģijas

Digitālās dvīņu tehnoloģijas neattīstās vakuumā. Tie ir mijiedarbības rezultāts ar vairākām citām tehnoloģijām, tostarp:

• AI un ML: Mākslīgais intelekts (AI) un mašīna mācīšanās (ML) ir datorzinātnes jomas, kas ļauj inženieriem viegli iegūt sensoru un datu ievadi no digitālajām dvīņu sistēmām un pārvērst tos praktiski izmantojamos ieskatos vai citās vērtīgās biznesa lietojumprogrammās.
• IoT: Lietu internets (IoT) ir augošs savstarpēji savienotu ierīču tīkls, kas var sazināties savā starpā un ar citām skaitļošanas platformām. IoT lietojumprogrammas un inovācijas joprojām pieaug.
• Paplašinātā realitāte: Paplašināta realitāte ir vispārīgs termins, kas attiecas uz virtuālo realitāti, paplašināto realitāti un jauktās realitātes lietojumprogrammām.
• Mākonis un mala: mākoņa platformas atvieglo datu homogenizāciju, savukārt malu skaitļošana sistēmas palīdz uzņēmumiem optimizēt savu infrastruktūru un datu apstrādes iespējas.
• Simulatori: no 3D modelēšanas sistēmām līdz fizikas dzinējiem, vizualizācijas rīkiem un citām platformām, kas ļauj izveidot un vizualizēt digitālos dvīņus.
• Blockchain: tiek piemērotas dažas digitālās dvīņu lietojumprogrammas, piemēram, piegādes ķēdes risinājumi Blockchain tehnoloģijas precīzai un uzticamai datu pārvaldībai.

resursi

• Wikipedia raksts par digitālajiem dvīņiem: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM par digitālajiem dvīņiem: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Microsoft Azure Digital Twins pakalpojums: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Digitālais dvīņu konsorcijs: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digitālais dvīņu centrs: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Secinājumi

Jūs esat redzējuši, kā digitālie dvīņi pārveido un maina veidu, kā mēs uztveram fizisko pasauli un mijiedarbojamies ar to. Sākot ar produktu dizainu un beidzot ar visu pilsētas ekosistēmu sakārtošanu, digitālie dvīņi piedāvā nepārspējamu ieskatu, efektivitāti un inovācijas.

Digitālie dvīņi arī savieno fizisko un digitālo sfēru ar reāllaika datu analīzi un prognozēšanas iespējām, kas ļauj nozarēm viegli optimizēt procesus un uzlabot lēmumu pieņemšanu. Tas var palīdzēt jums un jūsu uzņēmumam atklāt jaunas iespējas.