Digital Twins: Nó là gì và hoạt động như thế nào

Bản sao kỹ thuật số là mô hình ảo của một vật thể vật lý thường được sử dụng để mô phỏng, thử nghiệm và giám sát vật thể vật lý đó.

Chúng giúp dễ dàng hình dung các dự án phức tạp như máy móc lớn, động cơ phản lực, thành phố thông minh và các công trình tiện ích.

Bản sao kỹ thuật số cũng có thể tồn tại đối với các đối tượng không tồn tại – trong trường hợp đó, chúng được sử dụng để lập kế hoạch và phát triển đối tượng đó.

Blog này trình bày chi tiết mọi thông tin bạn cần biết về bản sao kỹ thuật số và giúp bạn xem liệu nó có thể có lợi cho dự án tiếp theo của bạn hay không.

Đặc điểm của Digital Twins

Công nghệ bản sao kỹ thuật số tạo nên sự khác biệt so với các công nghệ khác nhờ một số đặc điểm độc đáo bao gồm:

• Mô đun: Các công nghệ song sinh kỹ thuật số thường áp dụng phương pháp thiết kế mô-đun để xây dựng một máy duy nhất với nhiều thành phần. Phương pháp này giúp dễ dàng xác định các thành phần cụ thể có thể hoán đổi, cải thiện hoặc điều chỉnh theo một số cách để đạt được kết quả mong muốn.
• Kết nối: Các bản sao kỹ thuật số cũng phụ thuộc rất nhiều vào khả năng kết nối và điều này thường đạt được bằng các cảm biến được kết nối thông qua các thiết bị IoT. Khả năng kết nối này đi theo cả hai hướng để cho phép giao tiếp giữa các bản sao kỹ thuật số và bản sao vật lý.
• Thông minh & Có thể lập trình lại: Hệ thống song sinh kỹ thuật số thông minh ở chỗ bạn có thể thay đổi các thông số khác nhau. Ví dụ, thông tin từ cảm biến IoT có thể khiến song sinh kỹ thuật số điều chỉnh một số thông số và cũng gửi các thiết lập mới này đến song sinh vật lý để tự điều chỉnh.
• Đồng nhất hóa: Đồng nhất hóa đề cập đến việc sắp xếp hợp lý tất cả dữ liệu và đầu vào từ máy vật lý thành định dạng kỹ thuật số đơn giản giúp dễ dàng chia sẻ với người dùng, hệ thống hoặc thành viên nhóm khác.
• Tạo dấu vết kỹ thuật số: Các bản sao kỹ thuật số cũng để lại dấu vết giúp dễ dàng tua lại trạng thái của máy, ví dụ, về thời điểm trước khi xảy ra sự cố. Do đó, giúp chẩn đoán sự cố dễ dàng.

Song sinh kỹ thuật số hoạt động như thế nào

Quá trình hoạt động của bản sao kỹ thuật số tương đối đơn giản. Sau đây là quy trình cơ bản gồm 3 bước.

1. Người song sinh vật lý

Đầu tiên, có vật thể hoặc máy móc vật lý, có thể là bất kỳ thứ gì từ động cơ đốt trong V8 đến động cơ phản lực turbo-fan, dây chuyền lắp ráp trong nhà máy hoặc toàn bộ chuỗi cung ứng. Một bản sao vật lý được trang bị các cảm biến thu thập và truyền mọi dạng dữ liệu từ bản sao đó đến bản sao ảo của nó. Những dữ liệu này có thể bao gồm nhiệt độ, vòng quay mỗi phút, áp suất, mức độ tiếng ồn, độ rung, v.v.

2. Bản sao kỹ thuật số

Trong thế giới máy tính, một mô hình ảo tương ứng của bản sao vật lý được tạo ra cho mô phỏng ảo. Mô hình ảo này có thể đơn giản hoặc phức tạp tùy theo nhu cầu. Nó có thể sử dụng các biểu diễn đồ họa đơn giản hoặc sử dụng đồ họa phức tạp hơn với các nguyên lý vật lý hoặc kỹ thuật giúp mô phỏng bản sao vật lý của nó một cách chân thực hơn. 

3. Kết nối dữ liệu

Hệ thống chỉ trở nên hoàn thiện khi dữ liệu trực tiếp từ các cảm biến được đưa vào bản sao kỹ thuật số để tạo ra vòng phản hồi thời gian thực, trong đó bản sao vật lý tác động đến bản sao kỹ thuật số và ngược lại, bản sao kỹ thuật số cũng có thể theo dõi hiệu suất vật lý, chạy mô phỏng, thực hiện thay đổi đối với bản sao vật lý hoặc được sử dụng để đào tạo nhân viên làm việc.

Lợi ích của bản sao kỹ thuật số

Bản sao kỹ thuật số có nhiều ưu điểm và sau đây là một số ưu điểm:

• Bảo trì dự đoán: Bằng cách theo dõi liên tục thiết bị và hiệu suất của chúng, bản sao kỹ thuật số cho phép bảo trì dự đoán và có thể giúp ngăn ngừa các hỏng hóc thiết bị tốn kém và thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch.
• Cải thiện hiệu quả hoạt động: Bằng cách cung cấp thông tin chi tiết để tối ưu hóa quy trình và phân bổ nguồn lực một cách tối ưu dựa trên dữ liệu thời gian thực, bản sao kỹ thuật số cũng có thể dẫn đến tăng năng suất đáng kể.
• Nâng cao quản lý an toàn và rủi ro: Các tình huống nguy hiểm có thể được mô phỏng bằng bản sao kỹ thuật số để xác định các mối nguy tiềm ẩn và thực hiện các bước thích hợp.
• Đổi mới và phát triển sản phẩm: Bản sao kỹ thuật số có thể giúp thúc đẩy đổi mới bằng cách cung cấp môi trường ảo để thử nghiệm và tinh chỉnh ý tưởng trước khi cam kết sản xuất thực tế. Điều này có thể đẩy nhanh quá trình đổi mới và phát triển sản phẩm, giúp đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn.
• Cải thiện việc ra quyết định: Bản sao kỹ thuật số cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực, dựa trên dữ liệu về trạng thái và hiệu suất của các hệ thống vật lý. Thông tin này có thể trao quyền cho người ra quyết định đưa ra lựa chọn sáng suốt, tối ưu hóa quy trình của hệ thống và phản ứng với các tình huống không lường trước dễ dàng hơn.
• Tiết kiệm chi phí: Bản sao kỹ thuật số có thể góp phần tiết kiệm chi phí cho một tổ chức thông qua bảo trì dự đoán, tối ưu hóa quy trình và cải thiện quản lý tài nguyên tổng thể.

Các loại sinh đôi kỹ thuật số

Có nhiều loại bản sao kỹ thuật số khác nhau, dựa trên ứng dụng hoặc phạm vi của chúng. Sau đây là những loại chính:

• cặp song sinh thành phần: Còn được gọi là bộ phận đôi, đây là bản sao kỹ thuật số tương ứng với phần tử nhỏ nhất của hệ thống. Ví dụ là một piston đơn từ động cơ 6 xi-lanh. Bản sao thành phần có thể theo dõi các thông số cụ thể như độ rung và nhiệt độ.
• Sản phẩm song sinh: Một sản phẩm hoặc tài sản song sinh thường kết hợp một số thành phần song sinh để đạt được mô hình này với độ phức tạp cao hơn. Sản phẩm song sinh thường đại diện cho các sản phẩm vật lý, chẳng hạn như động cơ, máy thở, v.v.
• quá trình sinh đôi: Được sử dụng để mô hình hóa và mô phỏng các hoạt động hoặc quy trình công việc trong một hệ thống. Có thể áp dụng song sinh quy trình để tối ưu hóa hoặc giám sát các quy trình công nghiệp như sản xuất và quản lý chuỗi cung ứng.
• Hệ thống song sinh: Kết hợp nhiều quy trình hoặc sản phẩm song sinh để tạo ra một hệ thống phức tạp dùng để phân tích hoặc mô phỏng sự tương tác của nhiều mô hình ảo khác nhau như một đơn vị duy nhất.

Ứng dụng trong các ngành

Các công ty đang áp dụng công nghệ song sinh kỹ thuật số vào nhiều ngành công nghiệp khác nhau trên toàn thế giới. Sau đây là một số ứng dụng chính:

• sản xuất: Bản sao kỹ thuật số giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất trong nhà máy và do đó giảm thiểu thời gian chết, theo dõi tình trạng thiết bị và nâng cao hiệu quả hoạt động chung của công ty.
• Không gian vũ trụ: Các nhà sản xuất hàng không vũ trụ sử dụng bản sao kỹ thuật số để thiết kế và thử nghiệm các thành phần máy bay. Những nhà sản xuất khác sử dụng nó để theo dõi thời gian thực, chẳng hạn như Rolls-Royce làm với động cơ của mình.
• Những thành phố thông minh: Các thành phố thông minh đang sử dụng bản sao kỹ thuật số trong việc tối ưu hóa giao thông, giám sát năng lượng, quản lý và đưa ra nhiều quyết định sáng suốt có lợi cho cư dân thành phố.
• Tiện ích năng lượng: Công nghệ song sinh kỹ thuật số giúp quản lý năng lượng tái tạo, lưới điện và bất kỳ sự kết hợp phức tạp nào của các hệ thống năng lượng. Chúng có thể giúp tối ưu hóa phân bổ tài nguyên, dự đoán nhu cầu năng lượng, v.v.
• Xây dựng: Bản sao kỹ thuật số cho phép các kiến ​​trúc sư và kỹ sư hình dung và mô phỏng các lựa chọn khác nhau trước khi khởi công. Thêm vào đó, chúng cũng có thể giám sát tòa nhà sau khi xây dựng.
• Quản lý chuỗi cung ứng: Các chuỗi cung ứng phức tạp có thể sử dụng công nghệ bản sao số để theo dõi hàng hóa và vật liệu theo thời gian thực, tối ưu hóa tuyến đường vận chuyển, xác định khả năng chậm trễ và cải thiện hiệu quả chung của chuỗi cung ứng.
• Phát triển sản phẩm: Bản sao kỹ thuật số có thể được sử dụng để thử nghiệm và tinh chỉnh các sản phẩm mới trước khi đưa ra thị trường, do đó giảm chi phí phát triển.

Các ứng dụng ví dụ

Sau đây là một số ví dụ đáng nhớ về những cách khác nhau mà các công ty đang sử dụng công nghệ bản sao số.

• Tua bin gió GE: GE sử dụng bản sao kỹ thuật số của tua-bin gió để theo dõi hiệu suất và bảo trì dự đoán.
• SpaceX:Bản sao kỹ thuật số của khoang tàu Dragon cho phép người vận hành theo dõi và điều chỉnh quỹ đạo, tải trọng và hệ thống đẩy để đảm bảo an toàn và độ tin cậy.
• Thành phố thông minh Singapore: Singapore đang phát triển bản sao kỹ thuật số của toàn bộ thành phố, bao gồm các tòa nhà, cơ sở hạ tầng và mạng lưới giao thông để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng, chất lượng không khí và giao thông theo thời gian thực.
• Lưới điện Schneider: Schneider Electric sử dụng bản sao kỹ thuật số của lưới điện để tối ưu hóa dòng năng lượng, dự đoán khả năng mất điện và khả năng phục hồi của lưới điện.
• AB InBev:Nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới sử dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số để quản lý chuỗi cung ứng và dây chuyền sản xuất.
• Xe hiệu rolls royce: Công ty Rolls-Royce sử dụng bản sao kỹ thuật số của động cơ máy bay để theo dõi động cơ, tối ưu hóa và tiết kiệm nhiên liệu theo thời gian thực.
• Unilever: Gã khổng lồ sản xuất này sử dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số để tối ưu hóa quy trình và tối đa hóa nguồn lực tại các nhà máy của họ.
• Tập đoàn tư vấn Boston: Boston Consulting Group (BCG) sử dụng bản sao kỹ thuật số của các quy trình kinh doanh để xác định và giải quyết tình trạng kém hiệu quả, dự đoán các điểm nghẽn trong quy trình và tối ưu hóa việc phân bổ nguồn lực trong doanh nghiệp của khách hàng.

Công nghệ liên quan đến Digital Twin

Công nghệ song sinh kỹ thuật số không phát triển trong chân không. Chúng là kết quả của sự tương tác với nhiều công nghệ khác, bao gồm:

• AI & ML: Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML) là lĩnh vực khoa học máy tính giúp các kỹ sư dễ dàng lấy dữ liệu cảm biến và dữ liệu đầu vào từ hệ thống bản sao kỹ thuật số và biến chúng thành thông tin chi tiết có thể hành động được hoặc các ứng dụng kinh doanh có giá trị khác.
• IOT: Internet vạn vật (IoT) là mạng lưới ngày càng phát triển của các thiết bị được kết nối có thể giao tiếp với nhau và với các nền tảng điện toán khác. Các ứng dụng và cải tiến của IoT vẫn đang gia tăng.
• Mở rộng thực tế: Thực tế mở rộng là thuật ngữ chung dùng để chỉ các ứng dụng thực tế ảo, thực tế tăng cường và thực tế hỗn hợp.
• Đám mây & Cạnh: Nền tảng đám mây giúp đồng nhất hóa dữ liệu dễ dàng hơn, trong khi tính toán cạnh hệ thống giúp các công ty tối ưu hóa cơ sở hạ tầng và khả năng xử lý dữ liệu của họ.
• Mô phỏng:Từ hệ thống mô hình hóa 3D đến công cụ vật lý, công cụ trực quan hóa và các nền tảng khác cho phép tạo và trực quan hóa bản sao kỹ thuật số.
• Blockchain: Một số ứng dụng song sinh kỹ thuật số, chẳng hạn như các giải pháp chuỗi cung ứng, áp dụng Công nghệ chuỗi khối để quản lý dữ liệu chính xác và đáng tin cậy.

Trung Tâm Tài Liệu

• Bài viết trên Wikipedia về bản sao kỹ thuật số: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM về bản sao kỹ thuật số: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Dịch vụ Azure Digital Twins của Microsoft: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Liên minh song sinh kỹ thuật số: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Trung tâm Digital Twin: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Trung tâm thông tin chuyên sâu về IoT công nghiệp: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Kết luận

Bạn đã thấy cách mà bản sao kỹ thuật số đang chuyển đổi và cách mạng hóa cách chúng ta nhận thức và tương tác với thế giới vật lý. Từ thiết kế sản phẩm đến việc điều phối toàn bộ hệ sinh thái đô thị, bản sao kỹ thuật số cung cấp những hiểu biết sâu sắc, hiệu quả và sự đổi mới vô song.

Bản sao kỹ thuật số cũng kết nối thế giới vật lý và kỹ thuật số với khả năng phân tích dữ liệu thời gian thực và khả năng dự đoán, giúp các ngành công nghiệp dễ dàng tối ưu hóa quy trình và nâng cao khả năng ra quyết định. Điều này có thể giúp bạn và doanh nghiệp của bạn mở ra những khả năng mới.