Digitální dvojče: Nejen obrázek, více než schéma a plán

Během vesmírného programu v roce 1960 použila NASA základní myšlenku twinningu vytvořením fyzického duplikátu systémů, které byly v kosmické lodi na zemi. Nakonec byly tyto duplicitní fyzické systémy nahrazeny počítačovými simulacemi. Tato výměna byla velmi důležitá, protože nejen snížila náklady. Také počítačové programy byly přenosné a lze je posuzovat odkudkoli.

V roce 2016 se termín digitální dvojče skutečně ujal poté, co Gartner, globální výzkumná a poradenská společnost, zařadila digitální dvojčata mezi své „Top 10 strategických technologických trendů pro rok 2017“ a uvedla, že do tří až pěti let „budou miliardy věcí. reprezentované digitálními dvojčaty, dynamickým softwarovým modelem fyzické věci nebo systému.“ Zpráva společnosti Gartner uvádí, že „digitální dvojče lze použít k analýze a simulaci podmínek v reálném světě, reakci na změny, zlepšení provozu a přidané hodnotě. O rok později Gartner opět uvedl digitální dvojčata jako hlavní trend pro rok 2018 s tím, že „s odhadem 21 miliard připojených senzorů a koncových bodů do roku 2020 budou digitální dvojčata v blízké budoucnosti existovat pro miliardy věcí“.

V dnešní době bude digitalizace hlavním impulsem pro pokrok ve výrobním a zpracovatelském průmyslu. Požadavky spotřebitelů každým dnem rostou, což zahrnuje přizpůsobení produktu, vyšší kvalitu, odolnost, bezpečnost atd., což zase snižuje životnost inovačního cyklu a zvyšuje konkurenční tlak. Odpovědí na tuto stále rostoucí poptávku je tedy digitalizace pomocí digitálního twinningu, který hladce integruje automatizační hardware a software a poskytuje hloubkovou analýzu strojů a závodů.

Digitální dvojče je dynamická virtuální reprezentace fyzického objektu a dynamiky toho, jak funguje a funguje zařízení internetu věcí. Digitální dvojče je o porozumění prvkům, které tvoří fyzické zařízení, a dynamice toho, jak je toto zařízení sestaveno. Digitální dvojče ovlivňuje, jak navrhnout, postavit a provoz zařízení sestrojit v jediném životním cyklu.

Digitální dvojče zahrnuje neuronové sítě, umělou inteligenci, strojové učení a softwarovou analýzu s prostorovými síťovými grafy, které tvoří živou digitální simulaci fyzických entit. Stav a pracovní podmínky nebo pozice digitálního dvojčete v reálném čase jsou udržovány nepřetržitým učením a aktualizací pomocí více zdrojů, jako jsou data ze senzorů, lidské experty, data z jiných podobných strojů, prostředí, historická data atd.

Digitální dvojče při provozu napodobuje skutečný provoz a podmínky produktu. Vyhodnocuje stáří produktu, opotřebení způsobené produktem, který se vyrovnává s různými podmínkami prostředí, jako jsou změny počasí atd. Digitální dvojče nejen usnadňuje provoz produktu, ale také pomáhá usnadnit lepší design a lepší výrobu díky získaným lekcím. a rekalibrace, která probíhá po cestě.

Aplikace

Schopnost digitálních dvojčat poskytovat hloubkovou analýzu, komplexní prognostiky a inteligentní údržbu k nalezení hlavní příčiny problémů, což zase zvyšuje produktivitu, rozšiřuje rozsah použitelnosti, který zahrnuje výrobní průmysl, zdravotnictví, automobilový průmysl atd.

Zdravotní péče
Použitím digitálních dvojčat může dojít k revoluci v nemocničním provozu i v péči poskytované pacientům. Celou nemocnici lze propojit vytvořením propojeného systému digitálních dvojčat reprezentujících celý areál nemocnice a všechny stroje a zařízení v něm, což může být přínosem pro vytváření bezpečné a efektivní péče o pacienty. Také digitální dvojčata lidí a orgánů mohou být vyrobena tak, aby plně studovala a prováděla proceduru virtuálně před provedením na skutečné osobě.

Inženýři v GE pracují na výrobě senzorů velikosti bandáže, které by monitorovaly životně důležité informace člověka, jako je srdeční frekvence, krevní tlak a hladina kyslíku. Všechna shromážděná data mohou být poskytnuta digitálnímu dvojčeti, které vytvoří přesný model těla osoby, čímž zlepší péči v nemocnicích, a také umožní lékařům vidět pohodu pacientů, když nejsou v nemocnici.

Výroba
Ve výrobě se nejčastěji používají digitální dvojčata. Hlavním cílem každého výrobce je vyrábět kvalitní produkty včas pro očekávané zákazníky, a pokud strojní zařízení nepracuje jednotně a při odpovídající kapacitě, má to dopad na zaměstnance, produktivitu, dodávky a v konečném důsledku i na spokojenost zákazníků. Digitální dvojčata umožňují výrobcům monitorovat výkon v reálném čase, komunikovat procesy a testovat aktualizace efektivity bez přerušení běžných pracovních postupů.

Automobilový průmysl
Podle předpovědí bude do roku 2020 na silnicích 10 milionů samořiditelných/autonomních aut, což znamená rozšíření nových, vzájemně propojených věcí. Lze vytvořit digitální dvojče každého autonomního vozidla, které výrobcům umožňuje analyzovat výkon každého vozu v jeho fyzickém prostředí. Senzorová infrastruktura je již umístěna v nejnovějších vozidlech, která neustále řídí kritické systémy vozidla. Mechanici spustí diagnostiku a data z vestavěných senzorů jim řeknou, který díl se má opravit. Dalším krokem je digitální twinning, který zahrnuje nastavení kroků pro přenos dat zpět do výroby, kde budou data analyzována a bude provedena prediktivní analýza výkonu, která pomůže učinit zážitky z jízdy chytřejší a bezpečnější.

Proč investovat do čističky vzduchu?
Zmíněná odvětví jsou jen několika příklady, kde digitální twinning pomáhá transformovat produktivitu a snadnost podnikání, ale potenciál, který digitální twinning skrývá, je třeba teprve prozkoumat. Vzestup digitálních dvojčat rozzáří budoucnost výzkumu a vývoje zejména ve zpracovatelském průmyslu.