Gemeni digitali: ce este și cum funcționează

Un geamăn digital este un model virtual al unui obiect fizic care este adesea folosit pentru simulări, testare și monitorizare a obiectului fizic.

Ele facilitează vizualizarea proiectelor complexe, cum ar fi mașini mari, motoare cu reacție, orașe inteligente și instalații de utilități.

Gemenii digitali pot exista si pentru obiecte inexistente – caz in care sunt folositi pentru planificarea si dezvoltarea unui astfel de obiect.

Acest blog detaliază tot ce trebuie să știi despre gemenii digitali și pentru a vedea dacă ar putea beneficia următorul tău proiect.

Caracteristicile gemenilor digitali

Tehnologiile digitale gemene se deosebesc de alte tehnologii cu un set unic de caracteristici și acestea includ:

• modularitate: Tehnologiile digitale gemene aplică adesea o abordare de proiectare modulară pentru a construi o singură mașină cu mai multe componente. Această abordare facilitează identificarea componentelor specifice care pot fi schimbate, îmbunătățite sau modificate în anumite moduri pentru a obține rezultatele dorite.
• Suport conectare: Gemenii digitali se bazează foarte mult pe conectivitate și acest lucru se realizează de obicei prin senzori conectați prin dispozitive IoT. Această conectivitate merge în ambele sensuri pentru a permite comunicarea între gemenii digitali și fizici.
• Inteligent și reprogramabil: Sistemele digitale gemene sunt inteligente în sensul că puteți face modificări la diferiți parametri. Informațiile de la senzorii IoT, de exemplu, pot determina geamănul digital să ajusteze anumiți parametri și, în mod egal, să trimită aceste noi setări către geamănul fizic pentru a se ajusta.
• Omogenizare: Omogenizarea se referă la eficientizarea tuturor datelor și intrărilor de la mașina fizică într-un format digital simplu, care facilitează partajarea cu alți utilizatori, sisteme sau membri ai echipei.
• Crearea de urme digitale: Gemenii digitali lasă, de asemenea, urme care facilitează derularea stării unei mașini, de exemplu, la o oră anterioară înainte de apariția unei defecțiuni. Astfel, este ușor de diagnosticat problemele.

Cum funcționează gemenii digitali

Procesul de funcționare a gemenilor digitali este relativ simplu. Iată procesul de bază în 3 pași.

1. Geamănul fizic

În primul rând, există obiectul fizic sau mașina, care ar putea fi orice, de la un motor cu ardere internă V8 la un motor cu reacție cu turboventilator, o linie de asamblare într-o fabrică sau un întreg lanț de aprovizionare. Un geamăn fizic este echipat cu senzori care colectează și transmit toate formele de date de la el către geamănul său virtual. Aceste date pot include temperatura, rotațiile pe minut, presiunea, nivelul de zgomot, vibrațiile și așa mai departe.

2. Geamănul digital

În lumea computerelor, un model virtual corespunzător al geamănului fizic este creat pentru o simulare virtuală. Acest model virtual poate fi atât de simplu sau complex cât este necesar. Ar putea folosi reprezentări grafice simple sau să folosească grafice mai complexe, cu principii fizice sau de inginerie care îl fac să imite mai autentic geamănul său fizic. 

3. Conexiunea de date

Sistemul devine complet numai atunci când datele în direct de la senzori sunt introduse în geamănul digital pentru a crea o buclă de feedback în timp real, în care geamănul fizic influențează omologul său digital, iar geamănul digital, la rândul său, poate monitoriza performanța fizică, poate rula simulări, poate face modificări la geamănul fizic sau poate fi folosit pentru a instrui personalul pentru muncă.

Beneficiile gemenilor digitali

Avantajele gemenilor digitali sunt multe și iată câteva:

• Întreținere predictivă: Prin monitorizarea constantă a echipamentelor și a performanței acestora, gemenii digitali permit întreținerea predictivă și pot ajuta la prevenirea defecțiunilor costisitoare ale echipamentelor și a timpului de nefuncționare neplanificat.
• Eficiență operațională îmbunătățită: Oferind informații pentru optimizarea proceselor și alocarea optimă a resurselor pe baza datelor în timp real, gemenii digitali pot duce, de asemenea, la câștiguri semnificative de productivitate.
• Management îmbunătățit al siguranței și al riscurilor: Scenariile periculoase pot fi simulate cu un geamăn digital pentru a identifica pericolele potențiale și pentru a lua măsurile adecvate.
• Inovație și dezvoltare de produs: Gemenii digitali pot ajuta la facilitarea inovației, oferind un mediu virtual pentru testarea și rafinarea ideilor înainte de a se angaja în producția fizică. Acest lucru poate accelera procesul de inovare și dezvoltare a produselor, ajutând la aducerea mai rapidă a produselor pe piață.
• Luare a deciziilor îmbunătățită: Gemenii digitali oferă informații în timp real, bazate pe date, asupra stării și performanței sistemelor fizice. Aceste informații pot da putere factorilor de decizie să facă alegeri în cunoștință de cauză, să optimizeze procesele sistemului lor și să răspundă la circumstanțe neprevăzute cu mai multă ușurință.
• Economii: Gemenii digitali pot contribui la economii de costuri într-o organizație prin întreținerea predictivă, optimizarea proceselor și gestionarea generală îmbunătățită a resurselor.

Tipuri de gemeni digitali

Există diferite tipuri de gemeni digitali, în funcție de aplicația sau domeniul de aplicare. Iată cele mai importante:

• Gemeni componente: Denumit și părți gemene, acesta este un geamăn digital care corespunde celui mai mic element al unui sistem. Un exemplu este un singur piston de la un motor cu 6 cilindri. Gemenii componente pot monitoriza parametri specifici precum vibrația și temperatura.
• Produs Gemeni: Un produs sau un activ geamăn combină de obicei mai multe componente gemene pentru a realiza acest model cu o complexitate mai mare. Gemenii de produse reprezintă de obicei produse fizice, cum ar fi un motor, un ventilator și așa mai departe.
• Proces Gemeni: Folosit pentru a modela și simula operațiunile sau fluxurile de lucru din cadrul unui sistem. Procesele gemene pot fi aplicate pentru a optimiza sau monitoriza procese industriale, cum ar fi producția și managementul lanțului de aprovizionare.
• Gemeni de sistem: Combină mai multe procese sau produse gemene pentru a crea un sistem complex utilizat pentru a analiza sau simula interacțiunile diferitelor modele virtuale ca o singură unitate.

Aplicații în diverse industrii

Companiile aplică tehnologii digitale gemene în diverse industrii din întreaga lume. Iată câteva dintre aceste aplicații majore:

• De fabricație: Gemenii digitali ajută la optimizarea procesului de producție din fabrici și, prin urmare, la minimizarea timpului de nefuncționare, la monitorizarea stării de sănătate a echipamentelor și la îmbunătățirea eficienței operaționale generale a companiei.
• Industria aerospațială: Producătorii aerospațiali folosesc gemeni digitali pentru proiectarea și testarea componentelor aeronavei. Alții îl folosesc pentru monitorizare în timp real, cum ar fi Rolls-Royce cu motoarele sale.
• Orașe inteligente: Orașele inteligente folosesc gemeni digitali în optimizarea traficului, monitorizarea energiei, managementul și luarea diferitelor decizii în cunoștință de cauză care vor beneficia locuitorii orașului.
• Energie și utilități: Tehnologia digitală dublă ajută la gestionarea surselor regenerabile, a rețelelor electrice și a oricărei combinații complexe de sisteme energetice. Acestea pot ajuta la optimizarea alocării resurselor, la predicția cererii de energie și așa mai departe.
• Constructie: Gemenii digitali le permit arhitecților și inginerilor să vizualizeze și să simuleze diferite opțiuni înainte de a începe. În plus, pot monitoriza și o clădire după construcție.
• Managementul lanțului de aprovizionare: Lanțurile de aprovizionare complexe pot folosi tehnologia digitală dublă pentru a urmări mărfurile și materialele în timp real, pentru a optimiza rutele de transport, pentru a identifica potențialele întârzieri și pentru a îmbunătăți eficiența generală a lanțului de aprovizionare.
• Dezvoltare de produs: Gemenii digitali pot fi utilizați virtual pentru a testa și rafina produse noi înainte de a le aduce pe piață, reducând astfel costurile de dezvoltare.

Exemplu de aplicații

Iată câteva exemple memorabile ale diferitelor moduri în care companiile folosesc tehnologia digitală gemenă.

• Turbine eoliene GE: GE folosește gemeni digitale de turbine eoliene pentru monitorizarea performanței și întreținerea predictivă.
• SpaceX: Un geamăn digital al capsulei Dragon le permite operatorilor să monitorizeze și să ajusteze traiectorii, sarcinile și sistemele de propulsie pentru siguranță și fiabilitate.
• Oraș inteligent din Singapore: Singapore dezvoltă un geamăn digital al întregului oraș, inclusiv clădiri, infrastructură și rețelele sale de transport pentru a monitoriza consumul de energie, calitatea aerului și traficul în timp real.
• Rețele electrice Schneider: Schneider Electric folosește gemeni digitali de rețele electrice pentru optimizarea fluxului de energie, previziuni potențiale întreruperi și rezistența rețelei.
• AB InBev: Cel mai mare producător de bere din lume folosește tehnologia gemenilor digitali pentru a-și gestiona lanțurile de aprovizionare și liniile de producție.
• Rolls-Royce: Compania Rolls-Royce folosește gemeni digitali ai motoarelor sale de aeronave pentru urmărirea, optimizarea și eficiența consumului de combustibil în timp real.
• Unilever: Acest gigant de producție folosește tehnologia digitală dublă pentru optimizarea proceselor și maximizarea resurselor în fabricile lor.
• Boston Consulting Group: Boston Consulting Group (BCG) folosește gemeni digitali de procese de afaceri pentru a identifica și rezolva ineficiențe, pentru a anticipa blocajele proceselor și pentru a optimiza alocarea resurselor în afacerile clienților lor.

Tehnologii legate de gemeni digitali

Tehnologiile gemene digitale nu se dezvoltă în vid. Acestea sunt rezultatul interacțiunii cu mai multe alte tehnologii, care includ următoarele:

• AI și ML: Inteligența artificială (AI) și masina de învățare (ML) sunt domenii ale informaticii care facilitează inginerilor să preia senzorii și intrările de date de la sistemele gemene digitale și să le transforme în informații utile sau în alte aplicații de afaceri valoroase.
• IoT: Internetul lucrurilor (IoT) este rețeaua în creștere de dispozitive interconectate care pot comunica între ele și cu alte platforme de calcul. Aplicațiile și inovațiile IoT sunt încă în creștere.
• Realitatea extinsă: Realitatea extinsă este un termen umbrelă care se referă la realitate virtuală, realitate augmentată și aplicații de realitate mixtă.
• Cloud & Edge: Platformele cloud facilitează omogenizarea datelor, în timp ce marginea de calcul sistemele ajută companiile să își optimizeze infrastructura și capacitățile de procesare a datelor.
• Simulatoare: De la sisteme de modelare 3D la motoare fizice, instrumente de vizualizare și alte platforme care permit crearea și vizualizarea gemenilor digitali.
• Blockchain: Se aplică unele aplicații digitale gemene, cum ar fi soluțiile pentru lanțul de aprovizionare Tehnologii blockchain pentru gestionarea precisă și fiabilă a datelor.

Resurse

• Articol Wikipedia despre gemenii digitali: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM despre gemenii digitali: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Serviciul Azure Digital Twins de la Microsoft: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Consorțiul Digital Twin: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Hub digital dublu: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Hub industrial IoT Insights: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Concluzie

Ați văzut cum gemenii digitali transformă și revoluționează modul în care percepem și interacționăm cu lumea fizică. De la proiectarea produsului până la orchestrarea întregilor ecosisteme urbane, gemenii digitali oferă perspective, eficiență și inovație de neegalat.

Gemenii digitali conectează, de asemenea, tărâmurile fizice și digitale cu analize de date în timp real și capabilități predictive, ceea ce dă putere industriilor să optimizeze cu ușurință procesele și să îmbunătățească procesul decizional. Acest lucru vă poate ajuta pe dvs. și afacerea dvs. să deblocați noi posibilități.