Digitalni dvojčki: kaj je in kako deluje

Digitalni dvojček je virtualni model fizičnega objekta, ki se pogosto uporablja za simulacije, testiranje in spremljanje fizičnega objekta.

Omogočajo lažjo vizualizacijo kompleksnih projektov, kot so veliki stroji, reaktivni motorji, pametna mesta in komunalne instalacije.

Digitalni dvojčki lahko obstajajo tudi za neobstoječe objekte – v tem primeru se uporabijo za načrtovanje in razvoj takega objekta.

V tem spletnem dnevniku je podrobno opisano vse, kar morate vedeti o digitalnih dvojčkih, da boste videli, ali bi to lahko koristilo vašemu naslednjemu projektu.

Značilnosti digitalnih dvojčkov

Tehnologije digitalnih dvojčkov se od drugih tehnologij ločujejo z edinstvenim nizom značilnosti, ki vključujejo:

• Modularnost: Tehnologije digitalnih dvojčkov pogosto uporabljajo pristop modularne zasnove za izdelavo enega stroja z več komponentami. Ta pristop olajša prepoznavanje specifičnih komponent, ki jih je mogoče zamenjati, izboljšati ali spremeniti na nek način, da dosežete želene rezultate.
• Povezovanje: Digitalni dvojčki so prav tako zelo odvisni od povezljivosti in to se običajno doseže s povezanimi senzorji prek naprav IoT. Ta povezljivost gre v obe smeri in omogoča komunikacijo med digitalnimi in fizičnimi dvojčki.
• Pametno in ponovno programabilno: Sistemi digitalnih dvojčkov so pametni v smislu, da lahko spreminjate različne parametre. Informacije iz senzorjev IoT lahko na primer povzročijo, da digitalni dvojček prilagodi nekatere parametre in prav tako pošlje te nove nastavitve fizičnemu dvojčku, da se prilagodi.
• Homogenizacija: Homogenizacija se nanaša na racionalizacijo vseh podatkov in vnosov iz fizičnega stroja v preprosto, digitalno obliko, ki olajša skupno rabo z drugimi uporabniki, sistemi ali člani ekipe.
• Izdelava digitalnih sledi: Digitalni dvojčki prav tako puščajo sledi, ki olajšajo previjanje stanja stroja nazaj, na primer na prejšnji čas, preden je prišlo do okvare. Tako je lažje diagnosticirati težave.

Kako delujejo digitalni dvojčki

Postopek delovanja digitalnih dvojčkov je razmeroma preprost. Tukaj je osnovni postopek v 3 korakih.

1. Fizični dvojček

Prvič, tu je fizični predmet ali stroj, ki je lahko karkoli, od motorja z notranjim zgorevanjem V8 do reaktivnega motorja s turbo ventilatorjem, tekočega traku v tovarni ali celotne dobavne verige. Fizični dvojček je opremljen s senzorji, ki zbirajo in prenašajo vse oblike podatkov od njega do svojega virtualnega dvojčka. Ti podatki lahko vključujejo temperaturo, vrtljaje na minuto, tlak, raven hrupa, vibracije itd.

2. Digitalni dvojček

V računalniškem svetu se ustvari ustrezen virtualni model fizičnega dvojčka za virtualno simulacijo. Ta virtualni model je lahko preprost ali zapleten, kot je potrebno. Lahko uporablja preproste grafične predstavitve ali uporablja bolj zapleteno grafiko s fizičnimi ali inženirskimi principi, zaradi katerih bolj pristno posnema svojega fizičnega dvojčka. 

3. Podatkovna povezava

Sistem postane popoln šele, ko se podatki v živo iz senzorjev vnesejo v digitalni dvojček, da se ustvari povratna zanka v realnem času, kjer fizični dvojček vpliva na svojega digitalnega nasprotnika, digitalni dvojček pa lahko spremlja tudi fizično zmogljivost, izvajanje simulacij, spreminjanje fizičnega dvojčka ali uporaba za usposabljanje osebja za delo.

Prednosti digitalnih dvojčkov

Prednosti digitalnih dvojčkov je veliko in tukaj je nekaj:

• Predvidljivo vzdrževanje: Z nenehnim spremljanjem opreme in njenega delovanja digitalni dvojčki omogočajo predvideno vzdrževanje in lahko pomagajo preprečiti drage okvare opreme in nenačrtovane izpade.
• Izboljšana operativna učinkovitost: Z zagotavljanjem vpogledov za optimizacijo procesov in optimalno razporeditev virov na podlagi podatkov v realnem času lahko digitalni dvojčki privedejo tudi do znatnega povečanja produktivnosti.
• Izboljšana varnost in obvladovanje tveganja: Nevarne scenarije je mogoče simulirati z digitalnim dvojčkom, da prepoznate potencialne nevarnosti in sprejmete ustrezne korake.
• Inovacije in razvoj izdelkov: Digitalni dvojčki lahko pomagajo olajšati inovacije z zagotavljanjem virtualnega okolja za testiranje in izboljšanje idej, preden se zavežejo k fizični proizvodnji. To lahko pospeši inovacije in proces razvoja izdelkov ter pripomore k hitrejši predstavitvi izdelkov na trgu.
• Izboljšano odločanje: Digitalni dvojčki zagotavljajo podatkovno usmerjen vpogled v stanje in delovanje fizičnih sistemov v realnem času. Te informacije lahko opolnomočijo odločevalce, da sprejemajo ozaveščene odločitve, optimizirajo procese svojega sistema in se lažje odzovejo na nepredvidene okoliščine.
• Prihranek stroškov: Digitalni dvojčki lahko prispevajo k prihranku stroškov v organizaciji s predvidenim vzdrževanjem, optimizacijo procesov in izboljšanim splošnim upravljanjem virov.

Vrste digitalnih dvojčkov

Obstajajo različne vrste digitalnih dvojčkov, ki temeljijo na njihovi uporabi ali obsegu. Tukaj so glavni:

• Komponentni dvojčki: imenovan tudi delni dvojček, je to digitalni dvojček, ki ustreza najmanjšemu elementu sistema. Primer je en bat iz 6-valjnega motorja. Komponentni dvojčki lahko spremljajo določene parametre, kot so vibracije in temperatura.
• Izdelek Twins: Dvojček izdelka ali sredstva običajno združuje več dvojčkov komponent, da doseže ta model z višjo kompleksnostjo. Dvojčki izdelkov običajno predstavljajo fizične izdelke, kot so motor, ventilator ipd.
• Proces Twins: Uporablja se za modeliranje in simulacijo operacij ali delovnih tokov znotraj sistema. Dvojčke procesov je mogoče uporabiti za optimizacijo ali spremljanje industrijskih procesov, kot sta proizvodnja in upravljanje dobavne verige.
• Sistemski dvojčki: združuje več procesov ali produktnih dvojčkov, da ustvari kompleksen sistem, ki se uporablja za analizo ali simulacijo interakcij različnih virtualnih modelov kot ene same enote.

Aplikacije v panogah

Podjetja uporabljajo tehnologije digitalnih dvojčkov v različnih panogah po vsem svetu. Tukaj je nekaj teh glavnih aplikacij:

• Proizvodnja: Digitalni dvojčki pomagajo optimizirati proizvodni proces v tovarnah in s tem čim bolj skrajšajo izpade, spremljajo stanje opreme in povečajo splošno operativno učinkovitost podjetja.
• Vesolje: Proizvajalci letalstva uporabljajo digitalne dvojčke za načrtovanje in testiranje komponent letal. Drugi ga uporabljajo za spremljanje v realnem času, kot to počne Rolls-Royce s svojimi motorji.
• Pametna mesta: Pametna mesta uporabljajo digitalne dvojčke pri optimizaciji prometa, spremljanju energije, upravljanju in sprejemanju različnih informiranih odločitev, ki bodo koristile prebivalcem mesta.
• Energija in pripomočki: Tehnologija digitalnega dvojčka pomaga pri upravljanju obnovljivih virov energije, električnih omrežij in katere koli kompleksne mešanice energetskih sistemov. Pomagajo lahko pri optimizaciji dodeljevanja virov, napovedovanju povpraševanja po energiji itd.
• Gradnja: Digitalni dvojčki omogočajo arhitektom in inženirjem, da vizualizirajo in simulirajo različne možnosti, preden se lotijo. Poleg tega lahko spremljajo tudi zgradbo po izgradnji.
• Upravljanje dobavne verige: Kompleksne dobavne verige lahko uporabljajo digitalno dvojno tehnologijo za sledenje blaga in materialov v realnem času, optimizacijo transportnih poti, prepoznavanje morebitnih zamud in izboljšanje splošne učinkovitosti dobavne verige.
• Razvoj izdelkov: Digitalne dvojčke je mogoče uporabiti pri virtualnem testiranju in izpopolnjevanju novih izdelkov, preden jih dajo na trg, s čimer se zmanjšajo stroški razvoja.

Primeri aplikacij

Tukaj je nekaj nepozabnih primerov različnih načinov, kako podjetja uporabljajo tehnologijo digitalnih dvojčkov.

• Vetrne turbine GE: GE uporablja digitalne dvojčke vetrnih turbin za spremljanje delovanja in predvideno vzdrževanje.
• SpaceX: Digitalni dvojček njegove kapsule Dragon omogoča operaterjem spremljanje in prilagajanje poti, obremenitev in pogonskih sistemov za varnost in zanesljivost.
• Singapursko pametno mesto: Singapur razvija digitalnega dvojčka celotnega mesta, vključno z zgradbami, infrastrukturo in njegovimi prometnimi omrežji, za spremljanje porabe energije, kakovosti zraka in prometa v realnem času.
• Schneider Electric Grids: Schneider Electric uporablja digitalne dvojčke električnih omrežij za optimizacijo pretoka energije, morebitne napovedi izpadov in odpornost omrežja.
• AB InBev: Največji pivovar na svetu uporablja tehnologijo digitalnih dvojčkov za upravljanje svojih dobavnih verig in proizvodnih linij.
• Rolls Royce: Podjetje Rolls-Royce uporablja digitalne dvojčke svojih letalskih motorjev za sledenje motorjem v realnem času, optimizacijo in učinkovitost porabe goriva.
• Unilever: Ta proizvodni velikan uporablja tehnologijo digitalnih dvojčkov za optimizacijo procesov in maksimiziranje virov v svojih tovarnah.
• Bostonska svetovalna skupina: Boston Consulting Group (BCG) uporablja digitalne dvojčke poslovnih procesov za prepoznavanje in reševanje neučinkovitosti, predvidevanje ozkih grl v procesih in optimizacijo dodeljevanja virov v podjetjih svojih strank.

Tehnologije, povezane z digitalnimi dvojčki

Tehnologije digitalnih dvojčkov se ne razvijajo v vakuumu. So rezultat interakcije s številnimi drugimi tehnologijami, ki vključujejo naslednje:

• AI & ML: Umetna inteligenca (AI) in strojno učenje (ML) so področja računalništva, ki inženirjem olajšajo sprejemanje senzorjev in podatkovnih vnosov iz sistemov digitalnih dvojčkov in jih spremenijo v uporabne vpoglede ali druge dragocene poslovne aplikacije.
• Internet stvari: Internet stvari (IoT) je rastoča mreža med seboj povezanih naprav, ki lahko komunicirajo med seboj in z drugimi računalniškimi platformami. Aplikacije in inovacije interneta stvari so še vedno v porastu.
• Razširjena resničnost: Razširjena resničnost je krovni izraz, ki se nanaša na aplikacije navidezne resničnosti, obogatene resničnosti in mešane resničnosti.
• Cloud & Edge: Oblačne platforme olajšajo homogenizacijo podatkov, medtem ko robno računalništvo sistemi pomagajo podjetjem optimizirati njihovo infrastrukturo in zmogljivosti obdelave podatkov.
• Simulatorji: Od sistemov za 3D modeliranje do fizikalnih motorjev, orodij za vizualizacijo in drugih platform, ki omogočajo ustvarjanje in vizualizacijo digitalnih dvojčkov.
• Blockchain: Uporabljajo se nekatere aplikacije digitalnih dvojčkov, kot so rešitve dobavne verige Blockchain tehnologije za natančno in zanesljivo upravljanje podatkov.

viri

• Članek v Wikipediji o digitalnih dvojčkih: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM o digitalnih dvojčkih: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Microsoftova storitev Azure Digital Twins: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Konzorcij Digital Twin: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digitalno dvojno zvezdišče: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

zaključek

Videli ste, kako digitalni dvojčki spreminjajo in revolucionirajo način našega dojemanja in interakcije s fizičnim svetom. Od zasnove izdelka do orkestracije celotnih urbanih ekosistemov digitalni dvojčki ponujajo neprimerljive vpoglede, učinkovitost in inovativnost.

Digitalni dvojčki prav tako povezujejo fizično in digitalno področje z analitiko podatkov v realnem času in zmožnostmi napovedovanja, kar industrijam omogoča enostavno optimizacijo procesov in izboljšanje odločanja. To lahko pomaga vam in vašemu podjetju, da odklenete nove možnosti.