Hlavní navigace

Digitální dvojčata: Virtuální podoba fyzických prostředí

2. 4. 2024
Doba čtení: 8 minut

Sdílet

 Autor: Depositphotos
Digitální dvojčata (digital twins) jsou číslicovou reprezentací objektů, procesů či systémů v reálném čase, přičemž spojují fyzické a digitální světy způsobem, který má potenciál transformovat mnoho průmyslových odvětví. Organizaci mohou pomáhat monitorovat provoz, předvídat potřebu údržby nebo zlepšovat procesy.

Digitální dvojčata jsou virtuální reprezentací objektů, procesů či systémů v reálném čase. Přestože mohou představovat čistě digitální entity, často slouží jako most mezi fyzickými a digitálními oblastmi. Mohou například poskytnout digitální pohled na provoz továrny, komunikační sítě nebo tok balíčků přes logistický systém.

HP Knowledge HUB pro moderní firemní IT

NOVINKA Navštivte novou speciální on-line zónu CIO Business Worldu, kde vám ve spolupráci s HP budeme průběžně radit, jak snadno a bezpečně pracovat na cestách, jak si usnadnit život používám správných nástrojů, jak zvládnout přechod z kanceláří domů a zase nazpátek a jak se přitom chovat ekologicky.

Pomoc a inspiraci pro moderní IT najdete v našem HP Knowledge HUBu.

Existuje mnoho způsobů, jak technologii použít k modelování systémů reálného světa a vytváření předpovědí včetně simulátorů finančních obchodů, předpovědi počasí a modelů dopravního provozu.

„Implementace digitálního dvojčete je v podstatě zapouzdřený softwarový objekt nebo model, který zrcadlí jedinečný fyzický objekt, proces, organizaci, osobu nebo jinou abstrakci,“ uvádí Gartner.

Podle něj se mohou data z více digitálních dvojčat slučovat pro získání kompozitního zobrazení více entit z reálného světa, jako jsou například elektrárna nebo město, společně s jejich souvisejícími procesy.

Co se dozvíte v článku
  1. Výhody digitálních dvojčat
  2. Trh s digitálními dvojčaty roste velmi rychle
  3. Technologie digitálních dvojčat
  4. Software pro digitální dvojčata
  5. Co dvojčata řeší?
  6. Příklady digitálních dvojčat

Výhody digitálních dvojčat

Tyto virtuální klony fyzického provozu mohou organizacím pomoci monitorovat provoz, předvídat potřebu údržby a poskytovat poznatky pro rozhodování o nákupech.

Mohou také organizacím pomoci simulovat scénáře, které by byly příliš časově náročné nebo drahé pro testování s fyzickými aktivy, vytvářet dlouhodobé firemní plány, přijít s novými vynálezy a zlepšit procesy.

Digitální dvojčata nabízejí pět klíčových výhod, jak uvádí firma GlobalLogic zaměřená na návrh digitálních produktů:

  1. Zrychlení posouzení rizika a uvedení do výroby. Digitální dvojčata mohou firmám pomoci otestovat a prověřit výrobky dříve, než začnou existovat v reálném světě. Inženýři je mohou použít k identifikaci selhání různých procesů.
  2. Prediktivní údržba. Organizace mohou používat digitální dvojčata k proaktivnímu sledování vybavení i systémů a naplánovat údržbu tak, aby se uskutečnila dříve, než by došlo k selhání, takže výsledkem je lepší efektivita produkčního prostředí.
  3. Vzdálené monitorování v reálném čase. Uživatelé mohou monitorovat a řídit systémy vzdáleně.
  4. Lepší spolupráce týmů. GlobalLogic uvádí, že automatizace procesů a nepřetržitý 24 × 7 přístup k systémovým informacím umožňuje technikům více se soustředit na spolupráci.
  5. Lepší rozhodování o financích. Integrací finančních údajů mohou organizace používat digitální dvojčata k lepšímu a rychlejšímu rozhodování o změnách.

Trh s digitálními dvojčaty roste velmi rychle

Výzkumná společnost MarketsandMarkets uvádí, že globální trh stojící za digitálními dvojčaty představoval v roce 2020 částku 3,1 miliardy dolarů. Do roku 2027 lze přitom očekávat nárůst na hodnotu 63,5 miliardy dolarů. Digitální dvojčata se považují za klíčovou komponentu čtvrté průmyslové revoluce – Průmysl 4.0.

„V Průmyslu 4.0 digitální dvojče integruje výrobní postupy s pokročilými technologiemi jako IoT, které pomáhají s vývojem vzájemně propojených výrobních systémů,“ uvádí Marketsandmarkets ve své zprávě.

Technologie digitálních dvojčat se proto podle ní zdá být ideálním řešením, jež usnadňuje společnostem pochopení standardů Průmyslu 4.0.

Analytici této firmy jsou přesvědčeni, že klíčovými uživateli technologie digitálních dvojčat budou vertikály automobilového průmyslu, dopravy, energetiky, letectví a obrany.

Technologie digitálních dvojčat

Digitální dvojčata tvoří tři základní prvky, jak uvádí systémový integrátor, společnost SL Controls:

  1. Historická data. Údaje o dřívějším fungování strojů, procesů a systémů.
  2. Údaje v reálném čase. Digitální dvojčata přijímají nepřetržité aktualizace ze snímačů a výstupů z platforem a systémů, jako jsou výrobní vybavení, zákaznický servis a informace o nákupech.
  3. Budoucí údaje. To zahrnuje strojové učení a vstupy od inženýrů.

Různé typy v současné době využívaných digitálních dvojčat se podle IBM liší převážně svou oblastí použití:

  • Dvojčata komponent a dílů. Jde o základní jednotku digitálních dvojčat. Zde dvojče představuje fyzikální, mechanické a/nebo elektrické vlastnosti komponenty nebo dílu.
  • Dvojčata aktiv (asset). Aktivum je tvořeno dvěma či více spolupracujícími komponentami. Tato dvojčata představují interakci komponent k vytváření dat o fungování.
  • Dvojčata systémů či jednotek. Tato dvojčata zrcadlí interakci aktiv, které tvoří systém nebo jednotku.
  • Dvojčata procesů. Tato dvojčata reprezentují způsob spolupráce systémů. Dvojče procesu může například reprezentovat celý výrobní provoz.

Digitální dvojčata lze považovat za simulace fyzických objektů a procesů, ale liší se od toho tím, že dostávají aktualizace v reálném čase.

V roce 2024 přicházejí velké změny na pracovištích. Jste připraveni? Přečtěte si také:

V roce 2024 přicházejí velké změny na pracovištích. Jste připraveni?

SL Controls uvádí, že simulace inženýrům umožňují dělat testy a posouzení fyzického aktiva, avšak simulace jsou statické. Závisejí na tom, zda inženýr vloží nové parametry.

Digitální dvojčata dostávají aktualizace v reálném čase z fyzických aktiv, procesů a systémů, takže inženýři mohou vykonávat testy, posouzení a analýzy s využitím podmínek v reálném světě.

Software pro digitální dvojčata

Softwarové platformy pro digitální dvojčata zahrnují data ze senzorů IoT a další data s cílem monitorovat fungování aktiv a dělat simulace. Konzultant Ian Skerrett uvádí, že škálovatelné platformy pro digitální dvojčata mají šest klíčových rysů:

  1. Správa životního cyklu digitálního dvojčete. Skerrett tvrdí, že jsou digitální dvojčata příkladem „digitálních vláken“ a „digitálních předloh (master)“, tj. požadavků, částí a řídicích systémů, které tvoří fyzické aktivum. Skerrett například uvádí, že digitální předloha větrné elektrárny obsahuje inženýrské diagramy, soupis dílů, softwarové verze a další produkty použité k postavení větrné elektrárny. Platforma digitálního dvojčete pro větrné elektrárny vyžaduje využití takové digitální předlohy a nabízí nástroje pro testování, nasazení a správu digitálního dvojčete vytvořeného podle digitální předlohy. Tyto nástroje musejí zvládnout pracovat se stovkami digitálních předloh a tisíci digitálních dvojčat.
  2. Jeden zdroj pravdy. Platformy musejí být schopné aktualizovat přesný stav každého digitálního dvojčete a poskytovat informace o jeho stavu. Rutinní údržba může například způsobit, že jedno aktivum má jiný díl nebo verzi firmwaru než jiné. Platforma také musí umět zaktualizovat přesný stav každého objektu a aktiva, jakmile tato změna nastane.
  3. Otevřené rozhraní API. Jako rozhraní a bod integrace řešení průmyslových IoT musí platforma nabízet otevřené rozhraní API, které umožňuje jakémukoli systému vzájemnou komunikaci.
  4. Vizualizace a analýza. Platforma musí organizaci umožnit vytvářet vizualizace, informační a řídicí panely a hloubkové analýzy živých dat z digitálních dvojčat. Tato živá data by měla být propojená s digitální předlohou.
  5. Správa událostí a procesů. Platforma musí umožnit uživatelům vytvářet události a firemní procesy, které lze zahájit na základě údajů z platformy.
  6. Perspektiva zákazníka a uživatele. Platforma musí umožnit spolupráci mezi stranami, které mají jakýkoli oprávněný zájem o digitální dvojče. Měla by zrcadlit, co organizace vlastní a provozuje a kteří uživatelé mají oprávnění k přístupu.

Co dvojčata řeší?

Simon Crosby, technologický ředitel společnosti Swim, popisuje dva způsoby využití digitálních dvojčat: rozšířená realita a zobrazení celých systémů v reálném čase.

Aplikace rozšířené reality mají několik případů praktického využití. „Digitální dvojčata byla koncipována jako digitální vrstva konstrukce k použití v aplikacích rozšířené reality: například když technik opravuje tryskový motor.“

Jak psát kód s pomocí velkých jazykových modelů Přečtěte si také:

Jak psát kód s pomocí velkých jazykových modelů

Rozšířená realita může podle Crosbyho pomoci vyškolit techniky a simulovat postupy dříve, než je nějaká osoba použije v reálném světě. Rozšířená realita a digitální dvojčata tak mají využití ve výrobě, zdravotnictví, energetice a kdekoli dochází k náročnému složitému školení a postupům pro drahé vybavení nebo kde je kritickým faktorem bezpečnost lidí.

Crosby také popisuje široký způsob, jak lze přemýšlet o digitálních dvojčatech. „Aplikace mohou propojit digitální dvojčata a vytvořit výkonné modely, které nabízejí zobrazení celých systémů v reálném čase, v současném i předvídaném stavu, například u provozu ve městě.“

Jinými slovy, digitální dvojče chytrého města je agregací tvořenou propojením digitálních dvojčat zástavby, dopravy, služeb správy a dalších systémů.

Prith Banerjee, technologický ředitel společnosti Ansys, dodává, že inženýři využívají digitální dvojčata k modelování budoucího chování a scénářů. „Digitální dvojčata umožňují sledování minulého chování aktiva, poskytují hlubší poznatky o současnosti a hlavně pomáhají předvídat a ovlivňovat budoucí chování.“

Chcete dostávat do mailu týdenní přehled článků z CIO Business Worldu? Objednejte si náš mailový servis a žádná důležitá informace vám neuteče. Objednat si lze také newsletter To hlavní, páteční souhrn nejdůležitějších článků ze všech našich serverů. Newslettery si můžete objednat na této stránce.

Inženýrské týmy používají digitální dvojčata také k posuzování nevýhod konstrukce a k rychlejšímu dodání systémů pro výrobu.

Robin Yeman, ředitelka poradenské praxe společnosti Project and Team zaměřené na kybernetické a fyzické systémy, pak dodává, že „vytvoření digitálních dvojčat pro kyberneticko-fyzické systémy firmám umožňuje ověřit nevýhody více návrhů v digitálním prostředí ještě před implementací, takže to snižuje nutnost přepracování a umožňuje to rychleji dosáhnout požadovaného výsledku.“

ICTrocenka

Příklady digitálních dvojčat

Digitální dvojčata se používají v různých fázích včetně designu, návrhu, konstruování, výroby a provozu v různých oborech, jako jsou letectví, automobilový průmysl, výroba, stavebnictví, infrastruktura a energetika.

Obvykle ovlivňují řadu firemních cílů včetně celkové efektivity zařízení, prediktivní údržby, výnosů a rozpočtů.

  • Rolls-Royce zlepšuje účinnost tryskových motorů: nadnárodní společnost Rolls-Royce zaměřená na letectví a obranu zavedla technologii digitálních dvojčat k monitoringu vyráběných motorů. Tato organizace může sledovat, jak každý motor funguje, podmínky, ve kterých funguje, a jak ho pilot používá. Firma využívá digitální dvojčata k nabídce plánů údržby pro konkrétní motory.
  • Mars optimalizuje dodavatelský řetězec: společnost Mars zaměřená na cukrovinky, péči o domácí mazlíčky a potraviny vytvořila digitální dvojčata svého dodavatelského řetězce s cílem podpořit své podnikání. Zmíněnou technologii využívá ke zlepšení kontroly kapacit a procesů včetně prodloužení doby fungování strojů díky prediktivní údržbě a snížení odpadu spojeného se strojovým balením různého množství produktů.
  • TIAA snižuje složitost služeb klientům: organizace TIAA (The Teachers Insurance and Annuity Association of America-College Retirement Equities Fund) využívá digitální dvojčata ke snížení složitosti registrace nových institucionálních klientů. Dvojčata TIAA využívají produktová metadata, provozní toky, překryv vzájemných závislostí a firemní pravidla k validaci volby operátorů.
  • Bayer Crop Science mění strategie s pomocí virtuálních továren: společnost Bayer Crop Science vytvořila „virtuální továrny“ pro všech svých devět provozů v Severní Americe. Tyto virtuální továrny jsou dynamickou digitální reprezentací vybavení, procesů a charakteristik výrobních toků, seznamů materiálu a provozních pravidel pro všech devět lokalit. Kromě zobrazení provozu v reálném čase umožňují tyto virtuální továrny dělat analýzy typu „co kdyby“, které tato společnost používá k analýze nových strategií, k rozhodování o nákupech, ke tvorbě dlouhodobých firemních plánů a ke zlepšování procesů.
  • Město Las Vegas vytváří digitální dvojče s cílem snížit emise uhlíku.
  • Partnerská iniciativa veřejného a soukromého sektoru vyvíjí digitální dvojče pro Brooklyn Navy Yard ke snížení energetické náročnosti.
  • V oblasti městského plánování vyvíjí profesor univerzity Texas A&M digitální dvojče pro přímořské texaské komunity s cílem studovat odolnost vůči přírodním katastrofám.
  • Ve výrobě se digitální dvojčata používají k designu, návrhu a konstrukci produktů, k řízení dodavatelského řetězce, prediktivní údržbě a analýzám zákaznických zkušeností.
  • CenterLine, kanadská společnost zaměřená na technologie a procesy průmyslové automatizace, použila digitální dvojče provozu továrny ke snížení problémů s nástroji o 90 % a ke zlepšení časových parametrů až o 75 %.
  • Digitální dvojčata budou transformovat zdravotní péči, protože vědci vyvíjejí virtuální orgány, pomohou poskytovatelům zdravotní péče a použijí se i ke klasifikaci rizik léků atd.

 

CIO Business World si můžete objednat i jako klasický časopis (v tištěné i v digitální podobně) Věnujeme se nejnovějším technologiím a efektivnímu řízení podnikové informatiky. Přinášíme nové ekonomické trendy a analýzy a zejména praktické informace z oblasti podnikového IT se zaměřením na obchodní a podnikatelské přínosy informačních technologií. Nabízíme možná řešení problémů spojených s podnikovým IT v období omezených rozpočtů. Naší cílovou skupinou je vyšší management ze všech odvětví ekonomiky.

Byl pro vás článek přínosný?