Digitale tvillinger: Hva er det og hvordan det fungerer

En digital tvilling er en virtuell modell av et fysisk objekt som ofte brukes til simuleringer, testing og overvåking av det fysiske objektet.

De gjør det enklere å visualisere komplekse prosjekter, som store maskiner, jetmotorer, smarte byer og verktøyinstallasjoner.

Digitale tvillinger kan også eksistere for ikke-eksisterende objekter – i så fall brukes de til planlegging og utvikling av et slikt objekt.

Denne bloggen beskriver alt du trenger å vite om digitale tvillinger og for å se om det kan være til nytte for ditt neste prosjekt.

Kjennetegn på digitale tvillinger

Digital tvillingteknologi skiller seg fra andre teknologier med et unikt sett med egenskaper, og disse inkluderer:

• modularitet: Digital tvillingteknologi bruker ofte en modulær designtilnærming for å bygge en enkelt maskin med flere komponenter. Denne tilnærmingen gjør det enkelt å identifisere spesifikke komponenter som kan byttes, forbedres eller justeres på noen måter for å oppnå ønskede resultater.
• Tilkobling: Digitale tvillinger er også avhengige av tilkobling, og dette oppnås vanligvis ved tilkoblede sensorer gjennom IoT-enheter. Denne tilkoblingen går begge veier for å muliggjøre kommunikasjon mellom de digitale og fysiske tvillingene.
• Smart og omprogrammerbar: Digitale tvillingsystemer er smarte i den forstand at du kan gjøre endringer i ulike parametere. Informasjon fra IoT-sensorer, for eksempel, kan få den digitale tvillingen til å justere noen parametere, og likeledes sende disse nye innstillingene over til den fysiske tvillingen for å justere seg selv.
• Homogenisering: Homogenisering refererer til strømlinjeforming av alle data og input fra den fysiske maskinen i et enkelt, digitalt format som gjør det enkelt å dele med andre brukere, systemer eller teammedlemmer.
• Digital sporing: Digitale tvillinger etterlater også spor som gjør det enkelt å spole tilbake en maskins tilstand, for eksempel til en tidligere tid før en feil oppstod. Dermed blir det enkelt å diagnostisere problemer.

Hvordan digitale tvillinger fungerer

Prosessen med digitale tvillingers funksjonalitet er relativt enkel. Her er den grunnleggende 3-trinns prosessen.

1. Den fysiske tvillingen

For det første er det den fysiske gjenstanden eller maskinen, som kan være alt fra en V8-forbrenningsmotor til en turbo-fanjetmotor, et samlebånd i en fabrikk eller en hel forsyningskjede. En fysisk tvilling er utstyrt med sensorer som samler inn og overfører alle former for data fra den til dens virtuelle tvilling. Disse dataene kan inkludere temperatur, rotasjoner per minutt, trykk, støynivå, vibrasjoner og så videre.

2. Den digitale tvillingen

I dataverdenen lages en tilsvarende virtuell modell av den fysiske tvillingen for en virtuell simulering. Denne virtuelle modellen kan være så enkel eller kompleks som nødvendig. Den kan bruke enkle grafiske representasjoner eller bruke mer kompleks grafikk med fysiske eller tekniske prinsipper som gjør at den etterligner den fysiske tvillingen mer autentisk. 

3. Datatilkoblingen

Systemet blir først komplett når live data fra sensorene mates inn i den digitale tvillingen for å skape en tilbakemeldingssløyfe i sanntid, der den fysiske tvillingen påvirker sin digitale motpart, og den digitale tvillingen på sin side også kan overvåke den fysiske ytelsen, kjøre simuleringer, gjøre endringer på den fysiske tvillingen, eller brukes til å trene personell til arbeid.

Fordelene med digitale tvillinger

Fordelene med digitale tvillinger er mange, og her er noen:

• Forutsigende vedlikehold: Ved jevn overvåking av utstyr og dets ytelse, muliggjør digitale tvillinger prediktivt vedlikehold og kan bidra til å forhindre kostbare utstyrsfeil og uplanlagt nedetid.
• Forbedret operasjonell effektivitet: Ved å gi innsikt for å optimalisere prosesser og optimalt allokere ressurser basert på sanntidsdata, kan digitale tvillinger også føre til betydelige produktivitetsgevinster.
• Forbedret sikkerhet og risikostyring: Farlige scenarier kan simuleres med en digital tvilling for å identifisere potensielle farer og ta de riktige trinnene.
• Innovasjon og produktutvikling: Digitale tvillinger kan bidra til å legge til rette for innovasjon ved å tilby et virtuelt miljø for testing og raffinering av ideer før de forplikter seg til fysisk produksjon. Dette kan akselerere innovasjons- og produktutviklingsprosessen, og bidra til å bringe produkter raskere til markedet.
• Forbedret beslutningstaking: Digitale tvillinger gir sanntids, datadrevet innsikt i tilstanden og ytelsen til fysiske systemer. Denne informasjonen kan gi beslutningstakere mulighet til å ta informerte valg, optimalisere systemets prosesser og svare på uforutsette omstendigheter på en enklere måte.
• Kostnadsbesparelser: Digitale tvillinger kan bidra til kostnadsbesparelser i en organisasjon gjennom prediktivt vedlikehold, prosessoptimalisering og forbedret overordnet ressursstyring.

Typer digitale tvillinger

Det finnes ulike typer digitale tvillinger, basert på deres anvendelse eller omfang. Her er de viktigste:

• Komponent tvillinger: Også kalt delene tvilling, dette er en digital tvilling som tilsvarer det minste elementet i et system. Et eksempel er et enkelt stempel fra en 6-sylindret motor. Komponenttvillinger kan overvåke spesifikke parametere som vibrasjon og temperatur.
• Produkt Tvillinger: En produkt- eller eiendeltvilling kombinerer vanligvis flere komponenttvillinger for å oppnå denne modellen med høyere kompleksitet. Produkttvillinger representerer vanligvis fysiske produkter, for eksempel en motor, en ventilator og så videre.
• Prosess tvillinger: Brukes til å modellere og simulere operasjonene eller arbeidsflytene i et system. Prosesstvillinger kan brukes for å optimalisere eller overvåke industrielle prosesser som produksjon og forsyningskjedestyring.
• System tvillinger: Kombinerer flere prosesser eller produkttvillinger for å lage et komplekst system som brukes til å analysere eller simulere interaksjonene til ulike virtuelle modeller som en enkelt enhet.

Applikasjoner på tvers av bransjer

Bedrifter bruker digital tvillingteknologi til ulike bransjer rundt om i verden. Her er noen av disse hovedapplikasjonene:

• produksjon: Digitale tvillinger bidrar til å optimere produksjonsprosessen i fabrikker og dermed minimere nedetid, overvåke utstyrets helse og forbedre selskapets generelle operasjonelle effektivitet.
• Aerospace: Flyprodusenter bruker digitale tvillinger for design og testing av flykomponenter. Andre bruker den for sanntidsovervåking, slik Rolls-Royce gjør med motorene sine.
• Smarte byer: Smarte byer bruker digitale tvillinger i trafikkoptimalisering, energiovervåking, styring og tar ulike informerte beslutninger som vil komme byens innbyggere til gode.
• Energi og verktøy: Digital tvillingteknologi hjelper til med å administrere fornybar energi, strømnett og enhver kompleks blanding av energisystemer. De kan hjelpe til med optimalisering av ressursallokering, prediksjon av energibehov og så videre.
• Konstruksjon: Digitale tvillinger lar arkitekter og ingeniører visualisere og simulere forskjellige alternativer før de bryter bakken. I tillegg kan de også overvåke en bygning etter bygging.
• Supply Chain Management: Komplekse forsyningskjeder kan bruke digital tvillingteknologi for å spore varer og materialer i sanntid, optimalisere transportruter, identifisere potensielle forsinkelser og forbedre den generelle effektiviteten til forsyningskjeden.
• Produktutvikling: Digitale tvillinger kan brukes i virtuelt testing og foredling av nye produkter før de bringes ut på markedet, og dermed redusere utviklingskostnadene.

Eksempel applikasjoner

Her er noen minneverdige eksempler på de forskjellige måtene bedrifter bruker digital tvillingteknologi på.

• GE vindturbiner: GE bruker digitale tvillinger av vindturbiner for ytelsesovervåking og prediktivt vedlikehold.
• SpaceX: En digital tvilling av Dragon-kapselen gjør det mulig for operatører å overvåke og justere baner, belastninger og fremdriftssystemer for sikkerhet og pålitelighet.
• Singapore Smart City: Singapore utvikler en digital tvilling av hele byen, inkludert bygninger, infrastruktur og transportnettverk for å overvåke energiforbruk, luftkvalitet og trafikk i sanntid.
• Schneider Electric-nett: Schneider Electric bruker digitale tvillinger av elektrisitetsnett for energiflytoptimalisering, potensielle strømbruddsprognoser og nettmotstandsdyktighet.
• AB InBev: Verdens største brygger bruker digital tvillingteknologi for å administrere sine forsyningskjeder og produksjonslinjer.
• Rolls-Royce: Rolls-Royce-selskapet bruker digitale tvillinger av sine flymotorer for sanntids motorsporing, optimalisering og drivstoffeffektivitet.
• Unilever: Denne produksjonsgiganten bruker digital tvillingteknologi for prosessoptimalisering og ressursmaksimering i sine fabrikker.
• Boston Consulting Group: Boston Consulting Group (BCG) bruker digitale tvillinger av forretningsprosesser for å identifisere og løse ineffektivitet, forutsi prosessflaskehalser og optimalisere ressursallokering i kundens virksomhet.

Digital tvillingrelaterte teknologier

Digital tvillingteknologi utvikler seg ikke i et vakuum. De er et resultat av interaksjon med flere andre teknologier, som inkluderer følgende:

• AI & ML: Kunstig intelligens (AI) og maskinlæring (ML) er felt innen informatikk som gjør det enkelt for ingeniører å ta sensor- og datainndata fra digitale tvillingsystemer og gjøre dem om til praktisk innsikt eller andre verdifulle forretningsapplikasjoner.
• IoT: The Internet of Things (IoT) er det voksende nettet av sammenkoblede enheter som kan kommunisere med hverandre og med andre dataplattformer. IoT-applikasjoner og innovasjoner er fortsatt på vei oppover.
• Utvidet virkelighet: Utvidet virkelighet er et paraplybegrep som refererer til virtuell virkelighet, utvidet virkelighet og blandet virkelighet-applikasjoner.
• Cloud & Edge: Skyplattformer gjør datahomogenisering enklere, mens kanten beregning systemer hjelper bedrifter med å optimalisere sin infrastruktur og databehandlingsevne.
• simulatorer: Fra 3D-modelleringssystemer til fysikkmotorer, visualiseringsverktøy og andre plattformer som gjør det mulig å lage og visualisere digitale tvillinger.
• Blockchain: Noen digitale tvillingapplikasjoner, for eksempel forsyningskjedeløsninger, gjelder Blockchain-teknologier for presis og pålitelig databehandling.

Ressurser

• Wikipedia-artikkel om digitale tvillinger: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM om digitale tvillinger: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Microsofts Azure Digital Twins-tjeneste: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Digitalt tvillingkonsortium: 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/

Konklusjon

Du har sett hvordan digitale tvillinger transformerer og revolusjonerer måten vi oppfatter og samhandler med den fysiske verdenen. Fra produktdesign til orkestrering av hele urbane økosystemer, digitale tvillinger tilbyr uovertruffen innsikt, effektivitet og innovasjon.

Digitale tvillinger kobler også de fysiske og digitale rikene med sanntidsdataanalyse og prediktive evner, som gir industrien mulighet til enkelt å optimalisere prosesser og forbedre beslutningstaking. Dette kan hjelpe deg og bedriften din med å låse opp nye muligheter.