Cyfrowe bliźniaki, jak modele wirtualne pomagają firmom zwiększać wydajność i obniżać koszty.
Co jest takiego wspaniałego w technologii cyfrowych bliźniaków? Dlaczego 70 procent dyrektorów technologicznych na stanowiskach najwyższego szczebla przygotowuje się do inwestycji w tę technologię?
Czy można wykonać wirtualną kopię całego miasta? Szanghaj tak uważa. Centrum Operacji Miejskich i Zarządzania w Szanghaju zbudowało replikę swojego miasta liczącego 26 milionów mieszkańców. Kopia modeluje 100 000 elementów miejskich – od infrastruktury wywozu śmieci i ładowania rowerów elektrycznych po ruch drogowy i projekty mieszkań – wykorzystując dane z satelitów i dronów do skonstruowania żywej repliki.
Jaki jest sens tego ambitnego projektu? Pozwala planistom testować różne scenariusze, a następnie mierzyć wyniki – bez wpływu na faktyczne miasto i jego mieszkańców. Jeśli coś się sprawdzi, można je wdrożyć w domenie fizycznej.
Projekt jest oczywiście przykładem technologii cyfrowego bliźniaka. Koncepcja umożliwia projektantom, planistom i inżynierom testowanie wszystkiego, od silników po, cóż, całą planetę (patrz ostatnia sekcja poniżej). Obecnie jest dość rozpowszechniony w wielu branżach.
Cyfrowy bliźniak to cyfrowa reprezentacja fizycznego obiektu, osoby lub procesu, umieszczona w kontekście w cyfrowej wersji jego środowiska. Cyfrowe bliźniaki mogą pomóc organizacji symulować rzeczywiste sytuacje i ich wyniki, co ostatecznie umożliwi podejmowanie lepszych decyzji.
Załóżmy, że cyfrowy bliźniak skupia się na turbinie wiatrowej. Zostanie wyposażony w czujniki przekazujące dane o wytworzonej energii, temperaturze, wibracjach, warunkach pogodowych i tak dalej. Po otrzymaniu tych danych bliźniak może przeprowadzić symulacje, zbadać problemy z wydajnością i wygenerować potencjalne ulepszenia. Ostatecznie spostrzeżenia te można przekazać z powrotem do fizycznej turbiny, aby zwiększyć jej wydajność.
Jaka jest różnica między symulatorem a cyfrowym bliźniakiem?
Zarówno symulacje, jak i cyfrowe bliźniaki wykorzystują modele wirtualne do replikowania procesów danego systemu. Istnieją jednak między nimi dwie istotne różnice.
Najpierw jest skala. Zwykle symulacja wspiera testowanie tylko jednego procesu, podczas gdy cyfrowy bliźniak – jako kompletna replika – powinien emulować wszystkie aspekty systemu.
Istnieje element danych w czasie rzeczywistym. Symulacje zwykle nie łączą się z żadnym innym systemem. Cyfrowy bliźniak jest inny. Został zaprojektowany w oparciu o dwukierunkowy przepływ informacji z obiektem, który emuluje.
Podsumowując, symulacje pomagają projektantom zrozumieć, co może się wydarzyć w rzeczywistym świecie. Cyfrowe bliźniaki pomagają im zrozumieć, co się dzieje teraz, a co za tym idzie, jak rozwiązać problemy i poprawić wydajność.
Jakie są zalety cyfrowego bliźniaka?
Obecnie firmy z różnych branż korzystają z cyfrowych bliźniaków, ponieważ mogą przyspieszyć czas rozwoju, obniżyć koszty i zwiększyć wydajność. Oto pięć konkretnych korzyści zidentyfikowanych przez Deloitte.
• Przyspieszenie projektowania produktu
Projektanci mogą wykorzystywać cyfrowe bliźniaki do szybkiego i niedrogiego prototypowania nowych pomysłów. Mogą symulować scenariusze „co by było, gdyby” obejmujące interakcje systemowe, testowanie produktów i doświadczenia klienta.
• Projektowanie bardziej wydajnych procesów
Cyfrowe bliźniaki mogą modelować złożone procesy, które identyfikują nieefektywności i sugerują sposoby ich rozwiązania. Deloitte podaje przykład producenta samochodów Maserati, który cyfrowo modelował swoją linię produkcyjną, aby poprawić pozycjonowanie robotów fabrycznych, zwiększając przepustowość zakładu trzykrotnie.
• Optymalizacja codziennej wydajności
Przechwytując dane operacyjne w czasie rzeczywistym, organizacje mogą optymalizować wydajność produktów lub procesów. Na przykład szpital może poprawić jakość obsługi pacjentów, identyfikując ruchliwe obszary, a następnie podejmując działania mające na celu zmniejszenie zatorów.
• Umożliwienie konserwacji predykcyjnej
Cyfrowe bliźniaki mogą pójść dalej niż tylko poprawianie wydajności w teraźniejszości. Mogą także zapobiegnąć awariom w przyszłości. Modelując scenariusze w oparciu o informacje zwrotne w czasie rzeczywistym, można przewidzieć awarię sprzętu i ograniczyć nieoczekiwane przestoje.
• Planowanie zmian w infrastrukturze na dużą skalę
Cyfrowe bliźniaki mają zastosowanie nie tylko w produktach i procesach przemysłowych. Mogą również pomóc w infrastrukturze, na przykład modelując zachowanie ludzi lub ruch uliczny. Może to być niezwykle przydatne w planowaniu miasta, wdrażaniu sieci bezprzewodowych, projektowaniu stadionów i innych podobnych scenariuszach.
Jak duży jest rynek cyfrowych bliźniaków?
Według McKinsey zainteresowanie cyfrowymi bliźniakami jest już powszechne w przemyśle. W 2022 r. podano, że 70 procent dyrektorów ds. technologii na stanowiskach najwyższego szczebla w dużych przedsiębiorstwach bada i inwestuje w technologię cyfrowych bliźniaków. To napędza rynek, który do 2026 roku może wygenerować 48 miliardów dolarów.
Tymczasem Gartner szacuje, że rynek cyfrowych bliźniaków umożliwiających oprogramowanie i usługi osiągnie na całym świecie 150 miliardów dolarów do 2030 roku, w porównaniu z 9 miliardów dolarów w 2022 roku.
Które branże korzystają teraz z koncepcji cyfrowego bliźniaka?
Cyfrowych bliźniaków można używać w wielu kontekstach. Nowe narzędzia sprawiają, że opracowywanie tych modeli jest łatwiejsze niż kiedykolwiek. Na przykład Amazon oferuje teraz platformę AWS IoT TwinMaker, która pomaga przedsiębiorstwom tworzyć wirtualne reprezentacje dowolnego środowiska fizycznego i łączyć istniejące modele 3D z danymi ze świata rzeczywistego. Według IBM najpopularniejsze zastosowania znajdują się w następujących branżach.
Automobilowy
Cyfrowe bliźniaki są szeroko stosowane w projektowaniu samochodów, aby skrócić czas wprowadzenia produktu na rynek i poprawić wydajność pojazdu.
Wytwarzanie energii
Cyfrowe bliźniaki są bardzo przydatne w konserwacji dużych silników i turbin energetycznych.
Energia
Duże konstrukcje fizyczne, takie jak duże budynki lub platformy wiertnicze na morzu, można ulepszyć dzięki cyfrowym bliźniakom, szczególnie na etapie ich projektowania.
Produkcja
Cyfrowe bliźniaki są bardzo powszechne w produkcji. Pomagają w projektowaniu maszyn i rozmieszczeniu obiektów.
Opieka zdrowotna
Dane generowane przez czujniki mogą służyć do śledzenia różnych wskaźników stanu zdrowia i generowania kluczowych spostrzeżeń.
Urbanistyka
Inżynierowie budownictwa korzystają z cyfrowych bliźniaków, aby optymalizować środowisko zabudowane, zmniejszać zatory, alokować zasoby i nie tylko.
Trzy przykłady cyfrowych bliźniaków w akcji
1. Stadion sportowy Sofi w Los Angeles – siedziba drużyn NFL, LA Rams i LA Chargers – ma swojego własnego cyfrowego bliźniaka. Modeluje stadion i otaczający go kampus Hollywood Park o powierzchni 300 akrów. Bliźniak zbiera w czasie rzeczywistym dane z każdego obszaru działalności parku, dzięki czemu organizatorzy wydarzeń mogą poprawić jakość obsługi klienta i obsługę. Użytkownicy ci kontaktują się z bliźniakiem za pomocą aplikacji związanych z określonymi funkcjami.
2. W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci orbita Ziemi wypełniła się ponad 7000 sztucznych satelitów i innych śmieci. Jak można śledzić ich lokalizację i przewidywać wpływ takich zjawisk, jak rozbłyski słoneczne, pogoda kosmiczna i inne zakłócenia? W 2022 r. firma Slingshot Aerospace zdobyła kontrakt o wartości 25 milionów dolarów od Sił Kosmicznych Stanów Zjednoczonych na dostarczenie cyfrowego bliźniaka przestrzeni orbitalnej. System przeczesuje dane publiczne i komercyjne, aby w czasie rzeczywistym stworzyć żywy obraz stanu niskiej orbity okołoziemskiej. Usługa pomoże w modelowaniu ryzyka na potrzeby ubezpieczenia przestrzeni kosmicznej i dostarczaniu danych przedsiębiorstwom obsługującym przestrzeń kosmiczną, działającym na satelitach na orbicie.
3. Latem 2023 r. konsorcjum Software République zaprezentowało pierwszy widok swojego samochodu koncepcyjnego H1st Vision na wystawie Viva Technology 2023. Była to jedna z najambitniejszych koncepcji samochodów, jakie kiedykolwiek stworzono, a jej zaprojektowanie i zbudowanie zajęło zaledwie sześć miesięcy. Sekret tej prędkości? Cyfrowy bliźniak.
Bliźniak modelował interakcję kierowcy z samochodem, innymi pojazdami i infrastrukturą drogową. Pomogło to również w zaprojektowaniu ambitnych funkcji, takich jak możliwość odblokowania samochodu na podstawie postawy i rozpoznawania twarzy.
Indywidualne osoby? Całą planetę? Gdzie cyfrowe bliźniaki mogą dalej pójść?
Jeśli cyfrowy bliźniak może z powodzeniem emulować turbinę wiatrową, czy może ostatecznie wyjść poza kontekst przemysłowy? Wielu ekspertów uważa, że tak. Tak naprawdę pracują już nad kilkoma bardzo ambitnymi aplikacjami.
Analityk technologiczny Gartner uważa, że kluczowym przypadkiem użycia w przyszłości będzie cyfrowy bliźniak klienta (DToC). Mówi, że platformy DToC skonsolidują ścieżkę danych dotyczącą wszystkich aspektów interakcji z klientami – wszystkie zebrane z ankiet, czujników i mediów społecznościowych. Narzędzia te mogą analizować, w jaki sposób poszczególne osoby wchodzą w interakcję z markami w wielu kanałach.
Brzmi to trochę przerażająco, więc oczywiście organizacje będą musiały zachować ostrożność przy stosowaniu tej koncepcji. Może się jednak zdarzyć, że klientom spodoba się ten pomysł, ponieważ również go akceptują.
Wielu ekspertów ds. technologii wierzy, że osobiste cyfrowe bliźniaki staną się powszechne pod koniec dekady, a procesem tym będzie kierować służba zdrowia. Na przykład były dyrektor generalny GE Bill Ruh przewiduje, że pewnego dnia każdy człowiek od urodzenia będzie miał cyfrowego bliźniaka. Bliźniak wykorzysta unikalny genom danej osoby, aby zaproponować indywidualne leczenie, gdy zachoruje.
Wysokiej rangi inicjatywy torują drogę do urzeczywistnienia tego pomysłu. Na przykład projekt Living Heart to pionierski projekt mający na celu opracowanie dokładnych, spersonalizowanych modeli ludzkiego serca. Firmy takie jak Siemens już pracują nad praktycznym zastosowaniem tej koncepcji.
Ale jeśli cyfrowe bliźniaki ludzi nie są dla ciebie wystarczająco dzikie, co powiesz na cyfrowy bliźniak całej planety?
Taki jest cel inicjatywy Unii Europejskiej „Destination Earth”, która rozpoczęła się w 2021 r. i ma trwać maksymalnie dziesięć lat. W ramach projektu tworzony jest dokładny cyfrowy model Ziemi, aby możliwie najdokładniej odwzorować rozwój klimatu i zdarzenia ekstremalne w przestrzeni i czasie. Obejmuje to nowe dane na temat działalności człowieka, która wpływa na gospodarkę wodą, żywnością i energią.
8.12.2023
Źródło: Thales