Cyfrowy bliźniak-co to jest digital twin?

Dzisiaj cyfrowy bliźniak stał się kluczowym elementem czwartej rewolucji przemysłowej. Artykuł ten przybliża czym jest digital twin, w jaki sposób się go implementuje, a także w jakich sektorach może przynieść znaczące korzyści.

Co to jest cyfrowy bliźniak?

Cyfrowy bliźniak (ang. digital twin)-to wirtualna replika fizycznych obiektów, procesów i systemów. Może obejmować różnorodne elementy - od pojedynczych maszyn czy urządzeń, poprzez całe fabryki, aż po skomplikowane sieci miejskie. Cyfrowe bliźniaki zbierają dane z sensorów zamontowanych na fizycznych odpowiednikach i wykorzystują je do tworzenia dokładnych modeli komputerowych. Do użytku wchodzą już także optyczne systemy pomiarowe, dokonujące analizy materiałów graficznych i wideo. Digital twins umożliwiają symulację, analizę i optymalizację w czasie rzeczywistym. Dają szanse a testowanie różnorodnych scenariuszy, przewidywanie problemów oraz optymalizację procesów produkcyjnych, a wszystko to bez ryzyka wprowadzania zmian w realnym świecie. Cyfrowe bliźniaki to nie tylko statyczne modele; to dynamiczne kopie, które nieustannie dostosowują się do zmian w otoczeniu i danych. Ta zdolność do adaptacji czyni je niezwykle cennymi w kontekście przemysłu 4.0, gdzie cyfryzacja przemysłu jest fundamentem nowoczesnych strategii biznesowych. Wyróżnia się cztery poziomy cyfrowych bliźniaków: bliźniaki komponentów lub części, bliźniaki zasobów (złożone z minimum 2 komponentów współpracujących ze sobą), bliźniacze systemy i bliźniaki procesów (ujawniają sposób, w jaki systemy współpracują ze sobą). Pomysł na zastosowanie cyfrowego bliźniaka nie jest niczym nowym. Podobną ideę mieli już w latach 60-tych XX wieku inżynierzy z NASA, którzy tworzyli naziemnie kopie swoich statków kosmicznych. W razie problemów misji lecących w kosmos, można było zaproponować rozwiązanie w oparciu o pomysły testowane w siedzibie NASA. Formalnie pierwszy cyfrowy bliźniak w przemyśle został wprowadzony w 2002 roku przez amerykańskich uczonych. Natomiast określenie „digital twin” ukuto w NASA w 2010 roku.

Jak dział cyfrowy bliźniak?

Wdrożenie koncepcji cyfrowego bliźniaka w firmie to krok ku nowoczesności i efektywności. Umożliwiają one testowanie nowych rozwiązań w bezpiecznym, wirtualnym środowisku, co znacznie redukuje ryzyko i koszty związane z wprowadzeniem zmian w rzeczywistości. Dzięki temu przedsiębiorstwa mogą szybciej reagować na zmieniające się warunki rynkowe i lepiej dostosowywać się do potrzeb klientów. W erze cyfryzacji, zrozumienie jak działa cyfrowy bliźniak i jego wdrożenie może być kluczowe dla sukcesu każdej nowoczesnej organizacji.

Nowoczesna technologia cyfrowych bliźniaków pozwala na:

 - tworzenie wirtualnej reprezentacji rzeczywistych obiektów,

- lepsze zrozumienie funkcjonowania produktów lub systemów,

- optymalizację wyszastania zasobów,

- identyfikację potencjalnych problemów, a także sugerowanie dla nich rozwiązań,

- ułatwienie  podejmowania decyzji biznesowych i minimalizacja ryzyka,

- efektywne zarządzanie i wprowadzanie innowacji,

- podejmowanie słusznych decyzji o zakończeniu cyklu życia produktu.

Jak więc przebiega proces tworzenia i implementacji cyfrowego bliźniaka?. Przykładowo, jeśli chcemy stworzyć cyfrowego bliźniaka dla maszyny wykorzystywanej w firmie produkcyjnej, możemy użyć danych pochodzących z jej czujników tak, by zasilić nimi wirtualny model. Po dostarczeniu odpowiednich informacji, cyfrowy bliźniak może być poddawany wielu rozmaitym symulacjom i monitorowaniu w czasie rzeczywistym. Wykorzystanie cyfrowego modelu pozwalana wysunąć cenne wnioski dotyczące między innymi tego, w jaki sposób unikać awarii urządzenia lub jak można je ulepszać. Dzięki  zastosowaniu cyfrowego bliźniaka, ostatecznie wprowadza się w życie jedynie te operacje, które są w pełni bezpieczne i przynoszą realne korzyści.

Jakie są przykłady zastosowania cyfrowych bliźniaków ?

W dzisiejszych czasach cyfrowe bliźniaki rewolucjonizują sposób myślenia o biznesie, pomagając sprostać wyzwaniom dynamicznie zmieniającego się rynku. Wykorzystane cyfrowych bliźniaków przynosi pozytywne efekty w niemal każdej branży, od produkcji aż po medycynę a ich potencjał wydaje się być nieograniczony. Koncepcja cyfrowego bliźniaka jest również kluczowym elementem Przemysłu 4.0, umożliwiającym integrację nowoczesnych technologii w procesach produkcyjnych i nie tylko. Ich wszechstronność i potęga w różnych branżach pokazują, jak wykorzystanie cyfrowych bliźniaków znacząco może zrewolucjonizować praktycznie całe nasze życie.

Przykładami zastosowana technologii cyfrowego bliźniaka są:  

Przemysł produkcyjny: cyfrowe bliźniaki są nieocenionym narzędziem do symulacji i analizy danych, co prowadzi do optymalizacji procesów. Dzięki cyfrowym bliźniakom możliwe jest monitorowanie produkcji na żywo, przewidywanie awarii maszyn i planowanie konserwacji, co znacząco podnosi efektywność operacyjną oraz obniża koszty. Zdolności cyfrowego bliźniaka obejmują m.in. obniżenie marnotrawstwa surowców.

Energetyka: w tym sektorze cyfrowe symulacje na bliźniaku umożliwiają zarządzanie sieciami energetycznymi, optymalizację zużycia energii oraz integracje odnawialnych źródeł energii, co pozwala na tworzenie bardziej zrównoważonych systemów energetycznych.

Transport: cyfrowe bliźniaki odgrywają ogromną rolę w zarządzaniu flotą pojazdów, optymalizacji tras oraz monitorowaniu stanu technicznego pojazdów, działając jak cyfrowy menedżer floty.

Logistyka: cyfrowy bliźniak łańcucha dostaw optymalizuje planowanie, kontrolę oraz optymalizację procesów logistycznych.

Prowadzenie magazynu: stworzenie cyfrowego bliźniaka magazynu umożliwia prowadzenie istotnych analiz dotyczących optymalizacji procesów oraz rozłożenia ładunków w taki sposób, by skrócić do nich drogę i jak najlepiej wykorzystać dostępną przestrzeń. Dodatkowo cyfrowe bliźniaki odgrywają sporą rolę w kontrolach bezpieczeństwa magazynów (np. przy planowaniu bezpiecznego obciążenia półek magazynowych).

Motoryzacja: wykorzystanie technologii cyfrowego bliźniaka przez producentów samochodów skutkuje projektowaniem pojazdów o wyższej niezawodności i bezpieczeństwie. Bliźniaki umożliwiają symulację zachowań konstrukcji przy różnych obciążeniach, a także pomagają wyszukiwać punkty ulegające szybkiej eksploatacji i lepiej zabezpieczyć się przed ich awariami.

Medycyna: bliźniak pacjenta tworzy możliwość realizowania scenariuszy, których nie trzeba testować na żywym organizmie. Wykorzystywane w medycynie cyfrowe bliźniaki wspierają diagnostykę i planowanie leczenia poprzez tworzenie wirtualnych modeli pacjentów, co pozwala na bardziej precyzyjne i spersonalizowane podejście do terapii. Wspina się już nawet o pomyśle na stworzenie modelu cyfrowego każdego noworodka, co umożliwi znaczące podniesienie jakości życia wielu osób. Wykorzystanie cyfrowych bliźniaków pozwala także symulować operację, zanim dojdzie do przeprowadzenia zabiegu.

Inteligentne miasta i budownictwo: zastosowanie technologii  cyfrowych bliźniaków pomaga w zarządzaniu infrastrukturą miejską, monitorowaniu ruchu ulicznego i optymalizacji zużycia zasobów, działając  jak cyfrowy architekt miasta przyszłości. Model cyfrowy rzeczywistego obiektu pozwala również zapewnić wysoki poziom bezpieczeństwa realnej konstrukcji.

Jakie są korzyści z wykorzystania digital twin w firmach?

Technologia cyfrowego bliźniaka to nie tylko narzędzie do symulacji ale także potężne wsparcie w zarządzaniu firmą. Dzięki niej przedsiębiorstwa mogą lepiej zrozumieć swoje procesy, optymalizować działania i minimalizować ryzyko, co w efekcie prowadzi do zwiększenia konkurencyjności na rynku. W dynamicznym świecie biznesu, gdzie każda sekunda ma swoją cenę, cyfrowe bliźniaki umożliwiają wprowadzenie wielu cennych usprawnień, bez znacznego ryzyka. Przede wszystkim, przygotowanie cyfrowego bliźniaka i wykorzystywanie go w codziennej pracy pozwala na oszczędność czasu i pieniędzy poprzez możliwość testowania w bezpiecznym, wirtualnym środowisku. Nowy produkt można sprawdzić jeszcze zanim zdecydujemy się na fizyczną produkcję. Wśród wielu zalet cyfrowych bliźniaków, jedną z ważniejszych jest ich zdolność do optymalizacji procesów oraz identyfikowanie wąskich gardeł. Nie zapominajmy, że cyfrowe bliźniaki umożliwiają monitorowanie w czasie rzeczywistym. W efekcie firmy mogą nieustannie śledzić swoje operacje i wprowadzać na bieżąco korekty - zanim jeszcze pojawią się jakiekolwiek realne problemy a także uzyskać sugestie dotyczące usprawnień procesów. Kolejnymi zaletami są przewidywanie i zapobieganie awariom, np. w firmach produkcyjnych. Internet of Things (IoT) dostarcza cyfrowym bliźniakom bieżące dane z maszyn, co pozwala uzyskiwać aktualne informacje i zastosować analizę predykcyjną w systemach cyfrowych. Cyfrowe bliźniaki umożliwiają identyfikację potencjalnych usterek jeszcze zanim się one pojawią, co pozwala na proaktywne podejście do konserwacji i napraw, znacznie obniżając koszty utrzymania infrastruktury produkcyjnej.

Źródło: https://kotrak.com/pl/blog/cyfrowy-blizniak-co-to-jest-digital-twin/