Digitalni blizanci (Digital Twin) su digitalna reprezentacija fizičkog objekta, procesa, usluge ili okruženja koji se ponaša i izgleda kao njegov pandan u stvarnom svetu.
Digitalna kopija može biti digitalna replika objekta u fizičkom svetu, kao što su mlazni motori ili vetroelektrane, ili čak veći objekti poput zgrada ili čitavih gradova. Alternativno, tehnologija digitalne kopije može se koristiti za repliciranje procesa kako bi se prikupili podaci i predvidelo kako će se ponašati.
Digitalna kopija je, u suštini, računarski program koji koristi podatke iz stvarnog sveta kako bi stvorio simulacije koje mogu predvideti performanse proizvoda ili procesa. Ovi programi mogu integrisati internet stvari (Industrija 4.0), veštačku inteligenciju i softversku analitiku kako bi poboljšali rezultate.
Sa napretkom mašinskog učenja i faktorima poput velikih podataka, ovi virtuelni modeli postali su osnovni deo modernog inženjeringa za podsticanje inovacija i poboljšanje performansi.
Ukratko, stvaranje digitalnog blizanca omogućava unapređenje strateških tehnoloških trendova, sprečavanje skupih kvarova na fizičkim objektima i testiranje procesa i usluga koristeći napredne analitičke, nadzorne i prediktivne sposobnosti.
Kako funkcioniše tehnologija digitalnih blizanaca?
Život digitalnih blizanaca počinje sa stručnjacima primenjene matematike ili nauke o podacima koji istražuju fiziku i operativne podatke fizičkog objekta ili sistema kako bi razvili matematički model koji simulira original.
Ljudi koji kreiraju digitalne blizance osiguravaju da virtuelni računarski model može primati povratne informacije iz senzora koji prikupljaju podatke iz stvarnog sveta. To omogućava digitalnoj verziji da oponaša i simulira šta se dešava sa originalnom verzijom u realnom vremenu, što omogućava prikupljanje uvida u performanse i potencijalne probleme.
Digitalni blizanac može biti jednostavan ili složen, u zavisnosti od potreba, pri čemu količina podataka određuje preciznost sa kojom model simulira stvarnu verziju u fizičkom svetu.
Blizanac se može koristiti zajedno sa prototipom kako bi pružio povratne informacije o proizvodu tokom razvoja, ili čak može delovati kao samostalan prototip kako bi modelovao ono što bi se moglo dogoditi sa fizičkom verzijom prilikom izgradnje.
Koje izazove je rešio?
Budući da se može koristiti u širokom spektru industrija, od automobilske industrije do zdravstva i proizvodnje električne energije, već je korišćen za rešavanje velikog broja izazova. Ti izazovi uključuju testiranje zamora i otpornosti na koroziju za vetrogeneratora na moru i poboljšanje efikasnosti trkačkih automobila. Drugi primeri primene obuhvataju modelovanje bolnica radi određivanja radnih procesa i rasporeda osoblja radi pronalaženja poboljšanja procedura.
Digitalni blizanac omogućava korisnicima da istraže rešenja za produženje životnog ciklusa proizvoda, poboljšanja u proizvodnji i procesima, kao i razvoj proizvoda i testiranje prototipa. U takvim slučajevima, digitalni blizanac može virtualno prikazati problem kako bi se razvilo i testiralo rešenje u programu, umesto u stvarnom svetu.
Ko je patentirao ovu tehnologiju?
Koncept digitalnih blizanaca prvi je predstavio David Gelernter u svojoj knjizi „Mirror Worlds“ iz 1991. godine, a Michael Grieves sa Florida Institute of Technology kasnije je primenio taj koncept u proizvodnji.
Grieves je 2002. godine prešao na University of Michigan, gde je zvanično predstavio koncept digitalnih blizanaca na konferenciji Society of Manufacturing Engineers u Troy-u, Michigan.
Međutim, NASA je prva prihvatila koncept digitalnih blizanaca, a John Vickers iz NASA-e dao je konceptu ime u izveštaju Roadmap iz 2010. godine. Ideja je korišćena za stvaranje digitalnih simulacija svemirskih kapsula i letelica u svrhu testiranja.
Koncept digitalnih blizanaca dalje se proširio 2017. godine, kada ga je Gartner uvrstio među deset najvažnijih strateških tehnoloških trendova. Od tada se koncept koristi u sve većem broju industrijskih primena i procesa.
Kada se koristi?
Digitalni blizanci se mogu podeliti na tri opšta tipa koji pokazuju različite trenutke kada se proces može koristiti:
- Digitalni blizanac prototipa (Digital Twin Prototype – DTP) – Ovo se sprovodi pre nego što se fizički proizvod stvori.
- Digitalni blizanac instanci (Digital Twin Instance – DTI) – Ovo se radi kada se proizvod proizvede kako bi se testirali različiti scenariji upotrebe.
- Digitalni blizanac agregata (Digital Twin Aggregate – DTA) – Ovo prikuplja informacije iz DTI-a kako bi se odredile mogućnosti proizvoda, sprovela prognostika i testirali operativni parametri.
Ovi opšti tipovi mogu pružiti različite mogućnosti upotrebe, uključujući planiranje logistike, razvoj i redizajn proizvoda, kontrolu / upravljanje kvalitetom i planiranje sistema.
Digitalni blizanci mogu se koristiti kako bi se uštedelo vreme i novac u svim situacijama kada je potrebno testirati proizvod ili proces, bilo da se radi o dizajnu, implementaciji, praćenju ili poboljšanju.
Zašto i kako dizajnirati digitalne blizance?
Kao što je već pomenuto, digitalni blizanci se mogu kreirati za različite primene, na primer, testiranje prototipa ili dizajna, procenu kako će proizvod ili proces raditi u različitim uslovima, kao i određivanje i praćenje životnog ciklusa.
Dizajn digitalnih blizanaca se ostvaruje prikupljanjem podataka i stvaranjem računarskih modela kako bi se testirali. To može uključivati interfejs između digitalnog modela i stvarnog fizičkog objekta radi slanja i primanja povratnih informacija i podataka u realnom vremenu.
Podaci
Digitalni blizanci zahtevaju podatke o objektu ili procesu kako bi se kreirao virtuelni model koji može predstavljati ponašanje ili stanja stvarnog objekta ili postupka. Ti podaci mogu se odnositi na životni ciklus proizvoda i obuhvatiti specifikacije dizajna, procese proizvodnje ili inženjerske informacije. Takođe mogu obuhvatiti proizvodne informacije uključujući opremu, materijale, delove, metode i kontrolu kvaliteta. Podaci mogu biti povezani sa operacijama, kao što su povratne informacije u realnom vremenu, istorijska analiza i evidencija održavanja. Ostali podaci koji se koriste u dizajnu digitalnih blizanaca mogu obuhvatiti poslovne podatke ili postupke završetka životnog ciklusa.
Modelovanje
Nakon što su podaci prikupljeni, mogu se koristiti za stvaranje računarskih analitičkih modela koji prikazuju operativne efekte, predviđaju stanja poput zamora i određuju ponašanje. Ovi modeli mogu propisivati akcije na osnovu inženjerskih simulacija, fizike, hemije, statistike, mašinskog učenja, veštačke inteligencije, poslovne logike ili ciljeva. Ti modeli mogu biti prikazani putem 3D reprezentacija i modeliranja proširene stvarnosti kako bi se olakšalo razumevanje rezultata od strane ljudi.
Povezivanje
Rezultati digitalnih blizanaca mogu se povezivati kako bi se stvorio pregled, na primer, uzimanjem rezultata blizanaca opreme i njihovo uključivanje u blizanca proizvodne linije, koji zatim može informisati digitalnog blizanca fabrike. Korišćenjem povezanih digitalnih blizanaca na ovaj način moguće je omogućiti pametne industrijske primene
Prednosti
Prednosti digitalnih blizanaca zavise od toga kada i gde se koriste. Na primer, upotreba digitalnih blizanaca za praćenje postojećih proizvoda, poput vetrogeneratora ili naftovoda, može smanjiti opterećenje održavanja i uštedeti milione u povezanim troškovima. Digitalni blizanci se takođe mogu koristiti za prototipiranje pre proizvodnje, što smanjuje defekte proizvoda i skraćuje vreme do lansiranja na tržište. Drugi primeri upotrebe digitalnih blizanaca mogu obuhvatiti poboljšanje procesa, bilo da se radi o praćenju nivoa osoblja u odnosu na proizvodnju ili usklađivanju lanca snabdevanja sa proizvodnjom ili zahtevima održavanja.
Uobičajene prednosti uključuju povećanu pouzdanost i dostupnost putem praćenja i simulacija radi poboljšanja performansi. Takođe mogu smanjiti rizik od nesreća i neplaniranog zastoja kroz predviđanje kvarova pre njihovog nastanka, smanjiti troškove održavanja i osigurati da ciljevi proizvodnje ne budu pogođeni zakazanim održavanjem, popravkama i naručivanjem rezervnih delova. Digitalni blizanci takođe mogu omogućiti kontinuirana poboljšanja analizom modela prilagođavanja i osigurati kvalitet proizvoda putem testiranja performansi u realnom vremenu.
Međutim, uprkos svim prednostima, digitalni blizanci nisu odgovarajući u svim slučajevima jer mogu povećati složenost. Neki poslovni problemi jednostavno ne zahtevaju digitalnog blizanca i mogu se rešiti bez povezane investicije u vreme i troškove.
Primeri
Primeri digitalnih blizanaca mogu se pronaći u raznim industrijama za proizvodnju, održavanje, sprečavanje kvarova i praćenje životnog ciklusa.
Primene se kreću od automobilske industrije gde senzori za telemetriju pružaju povratne informacije vozilima putem digitalnog blizanca, fabrika gde se procesi simuliraju digitalnim blizancem radi poboljšanja, pa sve do zdravstva gde senzori mogu informisati digitalnog blizanca o praćenju i predviđanju stanja pacijenta.
Kako je uticalo na industriju?
Integracijom tehnologija poput veštačke inteligencije, mašinskog učenja i softverske analitike sa podacima, digitalni blizanci stvaraju simulacioni model koji se može ažurirati zajedno sa ili umesto fizičke verzije. To omogućava kompanijama da procene potpuno kompjuterizovan ciklus razvoja od dizajna do implementacije i čak do razgradnje.
Kroz oponašanje fizičkih sredstava, okvira i operacija radi generisanja kontinuiranih podataka, digitalni blizanci omogućavaju industriji da predvidi vreme zastoja, reaguje na promenljive okolnosti, testira poboljšanja dizajna i mnogo više.
Digitalni blizanci su ključni za razvoj Industrije 4.0 kako bi omogućili automatizaciju, razmenu podataka i povezane procese proizvodnje, kao i smanjenje rizika pri lansiranju proizvoda. Zaposleni u industriji mogu pratiti operacije u realnom vremenu, dobijajući upozorenja o mogućim kvarovima i omogućavajući optimizaciju i ocenu performansi u realnom vremenu uz minimalan gubitak produktivnosti.
Gde se koristi?
Digitalni blizanci se koriste u različitim industrijama za različite primene i svrhe. Neki značajni primeri uključuju:
Proizvodnja
Digitalni blizanci mogu poboljšati produktivnost i efikasnost u proizvodnji, smanjujući vreme obrade.
Automobilska industrija
Jedan primer gde se digitalni blizanci koriste u automobilskoj industriji je prikupljanje i analiza operativnih podataka vozila kako bi se u realnom vremenu procenjivao njihov status i informisali poboljšanja proizvoda.
Maloprodaja
Izvan proizvodnje i industrije, digitalni blizanci se koriste u maloprodajnom sektoru za modelovanje i unapređenje korisničkog iskustva, bilo na nivou tržnog centra ili pojedinačnih prodavnica.
Zdravstvo
Medicinski sektor je imao koristi od digitalnih blizanaca u oblastima kao što su donacija organa, obuka za hirurgiju i smanjenje rizika kod procedura. Sistemi su takođe modelirali kretanje ljudi kroz bolnice i pratili gde mogu postojati infekcije i ko može biti u opasnosti od kontakta.
Upravljanje katastrofama
Globalne klimatske promene su imale uticaj širom sveta u poslednjim godinama, ali digitalni blizanci mogu pomoći u borbi protiv toga putem informisanog stvaranja inteligentnih infrastruktura, planova za hitne situacije i praćenja klimatskih promena.
Pametni gradovi
Digitalni blizanci se takođe mogu koristiti za pomoć gradovima da postanu ekonomski, ekološki i društveno održivi. Virtuelni modeli mogu voditi odlučivanje o planiranju i pružiti rešenja za mnoge kompleksne izazove sa kojima se sučeljavaju moderni gradovi. Na primer, realno vreme reagovanja na probleme može se informisati stvarnim podacima iz digitalnih blizanaca kako bi se omogućilo da ustanove poput bolnica reaguju na krizu.
