Bliźniak cyfrowy (ang. digital twin) to koncepcja, która zakłada stworzenie wirtualnej kopii fabryk, miast i sieci energetycznych – aktualizowanych w czasie rzeczywistym. Dzięki temu można w łatwy sposób monitorować dane środowisko i stan urządzeń, a także przeprowadzać symulacje w wirtualnej rzeczywistości, co pozwala oszczędzić czas, pieniądze oraz podejmować lepsze decyzje dotyczące przyszłych produktów i ich nowych funkcji.
film poglądowy, źródło: Free Stock Footage by Videezy.com
Technologia digital twin jest kluczowa w procesie automatyzacji przedsiębiorstw, jej wdrożenie pozwala w łatwy sposób zarządzać nie tylko poszczególnymi maszynami, ale również całą fabryką. Odpowiednio zaprojektowany system powinien uwzględniać pomieszczenia i otoczenie, w jakim pracuje dany zespół urządzeń, który chcemy przenieść do wirtualnej rzeczywistości. Cyfrowa replika fabryki pozwala testować nowe rozwiązania, usprawniać istniejące procedury, procesy oraz służyć do szkolenia pracowników.
Podstawowe elementy
Bliźniak cyfrowy składa się z trzech elementów: fizycznego przedmiotu w określonej przestrzeni, wirtualnego modelu i danych (które łączą dwa pierwsze byty). Cyfrowe modele w założeniu są lustrzanymi odbiciami tych rzeczywistych we wszystkich etapach życia produktu, również w trakcie jego eksploatacji. Co ważne, cyfrowy bliźniak to nie tylko geometryczny obiekt, ale przede wszystkim dokładne odwzorowanie cech i zachowań fizycznego przedmiotu albo procesu. Może stać się cyfrową kopią takich zasobów, jak personel, urządzenia, materiały i procesy, budynki, środowisko i produkty. W przypadku wytwórstwa cyfrowy bliźniak jest wirtualnym modelem konkretnego obiektu fizycznego (od produktu aż po cały zakład przemysłowy) lub procesu, którego stan aktualizuje się w określonych odstępach czasu w oparciu o dane zbierane za pomocą czujników. W idealnym scenariuszu cyfrowy bliźniak powinien mieć dostęp na bieżąco do wszystkich informacji o swoim fizycznym pierwowzorze.
Tradycyjne sposoby testowania nowych rozwiązań wiążą się z dużymi kosztami i są czasochłonne ze względu na konieczność wyprodukowania prototypów. Z tego powodu firmy coraz częściej przenoszą pracę projektantów do wirtualnej rzeczywistości, w której odwzorowuje się nie tylko poszczególne przedmioty i urządzenia, ale nawet całe fabryki. Wirtualne środowisko umożliwia zdecydowanie tańsze sprawdzanie skutków planowanych ulepszeń, czujniki umieszczone w urządzeniach i budynkach monitorują linie produkcyjne, sieci energetyczne i łańcuchy dostaw w czasie rzeczywistym, automatycznie reagując na awarie i inne nagłe zdarzenia.
Mechanizm działania
Wprowadzenie w życie idei DT umożliwia łatwiejsze pozyskiwanie i analizowanie danych. Niezależnie od tego, czy dana firma produkuje auta, smartfony czy maszyny przemysłowe, warto już na etapie projektowania uwzględnić możliwość pozyskiwania danych na temat konkretnego egzemplarza przy pomocy czujników. Duże, zmienne w czasie i różnorodne zbiory danych po przetworzeniu za pomocą algorytmów sztucznej inteligencji mogą przynieść wnioski na temat przyszłych ulepszeń i oczekiwanych przez użytkowników funkcji. Przed pojawieniem się cyfrowych bliźniąt projektanci musieli polegać na ankietach, opiniach użytkowników i osób zajmujących się dystrybucją, co nie zawsze jest miarodajne. Z kolei systemy digital twin zapewniają wiarygodne dane, a także umożliwiają odtworzenie zachowania urządzenia w konkretnych warunkach.
Powiązanie z innymi technologiami
Digital twin stanowi ważne uzupełnienie dla druku 3D. Do tej pory wykorzystywanie wytwarzania przyrostowego w takich sektorach, jak lotnictwo czy produkcja samochodów ograniczała konieczność przeprowadzania drogich i czasochłonnych testów wytrzymałości konstruowanych części. Teraz dzięki zastosowaniu uczenia maszynowego można zniwelować błędy podczas prototypowania z użyciem metalu. Cyfrowy bliźniak drukarki 3D na bieżąco kontroluje wszystkie parametry maszyny, aby wydruk spełniał normy i można go było zastosować w finalnym produkcie.
Znaczenie dla gospodarki
Technologia cyfrowego bliźniaka pozwala wychwytywać ze zbiorów danych najważniejsze informacje i odpowiednio wcześnie na nie reagować. Z tego powodu digital twin znajduje zastosowanie w zarządzaniu miastami.
Symulacje komputerowe stosuje się także w produkcji satelitów. W ten sposób specjaliści mogą z jednej strony szybko przeprowadzać złożone testy, a z drugiej zarządzać produkcją satelitów.
Idea cyfrowego bliźniaka nie ogranicza się tylko do samego urządzenia, produktu, fabryki czy miasta. Rozwój cyfrowych technologii digital twin w przyszłości będzie oznaczał cyfrowe odwzorowanie użytkowników, korzystających z różnych urządzeń, aplikacji i serwisów, za pomocą awatarów.
Patrz także:
- Tag „cyfrowy bliźniak” na stronie FPPP