Cyfrowy bliźniak – most między rzeczywistością a światem wirtualnym  

Wyobraź sobie, że masz wirtualną kopię swojego produktu, maszyny czy nawet całego procesu produkcyjnego. Możesz monitorować, analizować i optymalizować działania w czasie rzeczywistym. Na to wszystko pozwala Ci cyfrowy bliźniak. Czym jest, z czego się składa i jakie są jego zastosowania? Dowiesz się z artykułu.  

W tym artykule:  

• Co to jest cyfrowy bliźniak  
• Elementy cyfrowego bliźniaka 
• Historia cyfrowych bliźniaków 
• Zastosowania digital twin 
• Różnice między symulacją a cyfrowymi bliźniakami 

Czym jest cyfrowy bliźniak?  

Cyfrowy bliźniak (ang. digital twin) to zaawansowana technologia, która polega na tworzeniu wirtualnej kopii fizycznych prototypów, obiektów, procesów lub systemów. Ta cyfrowa replika jest na bieżąco aktualizowana na podstawie danych zbieranych z rzeczywistego odpowiednika. Umożliwia monitorowanie, analizowanie i optymalizowanie jego działania w czasie rzeczywistym. Kluczowe znaczenie ma fakt, że cyfrowy bliźniak łączy dane rzeczywiste i historyczne. Dzięki temu można analizować przeszłość, monitorować teraźniejszość oraz modelować różne wersje dla danego towaru/procesu. 

Jakie są elementy cyfrowego bliźniaka?  

• Fizyczny obiekt, np. maszyna, linia produkcyjna, budynek, a nawet całe miasto.   
• Cyfrowy model, czyli wirtualna reprezentacja fizycznego obiektu, która jest tworzona za pomocą zaawansowanych narzędzi modelowania i symulacji.   
• Urządzenia IoT i czujniki temperatury, ruchu, wibracji, ciśnienia, które zbierają dane z fizycznego obiektu, procesu lub systemu.  
• Dane lub informacje zbierane z czujników na fizycznym obiekcie, które są przesyłane do cyfrowego modelu w czasie rzeczywistym.  
• Platforma analityczna, np. oprogramowanie do analizy danych, które pomaga w monitorowaniu, symulacji i optymalizacji działania obiektu. Algorytmy AI i uczenie maszynowe wspomagają analizę danych. Mogą przewidywać wyniki, identyfikować wzorce i formułować zalecenia. Technologie Big Data wspierają przechowywanie, przetwarzanie i analizę danych.  
• Interfejs użytkownika, czyli system do wizualizacji i interakcji. Daje użytkownikom dostęp do danych i pozwala zarządzać cyfrowym bliźniakiem. Można łatwo przeglądać informacje i kontrolować wirtualną kopię fizycznego obiektu.  

Historia cyfrowych bliźniaków  

Idea cyfrowego bliźniaka sięga kilku dekad wstecz. Wraz z postępem technologicznym zyskuje na znaczeniu, szczególnie w dziedzinie mocy obliczeniowej komputerów, internetu rzeczy (IoT) oraz sztucznej inteligencji (AI).  

Pierwsze kroki  

Pierwsze cyfrowe bliźniaki pojawiły się w projektach kosmicznych NASA w latach 60. XX wieku, podczas przygotowań do misji Apollo. NASA wykorzystywała wirtualne modele do wizualizacji, zdalnej diagnozy i rozwiązywania problemów z komponentami statków kosmicznych.  

Rozwój technologii   

Termin „cyfrowy bliźniak” pojawił się oficjalnie w dokumentach NASA w 2010 roku. W miarę postępu technologicznego koncepcja zaczęła być stosowana w różnych dziedzinach. Pomogły w tym coraz wydajniejsze systemy, komputery oraz specjalistyczne oprogramowanie. 

W 2012 roku General Electric (GE) rozpoczął montaż czujników i tworzenie cyfrowych bliźniaków turbin silników odrzutowych. Dzięki temu GE mógł zbierać ogromne ilości danych, co pozwoliło na wprowadzenie nowych, bardziej zyskownych modeli biznesowych. Zamiast sprzedawać silniki, firma zaczęła je wynajmować i pobierać opłaty za czas, kiedy były używane.  

W latach 2015-2016 cyfrowe bliźniaki były stosowane do zapobiegania awariom. Udawało się przewidywać potencjalne usterki dzięki analizie danych historycznych pracy maszyny. Cyfrowe bliźniaki zaczęto również wykorzystywać do celów szkoleniowych, by lepiej przygotowywać personel do pracy z rzeczywistymi urządzeniami.  

Nowa rzeczywistość  

Według magazynu „Forbes”, w 2020 roku sektor cyfrowych bliźniaków osiągnął wartość ponad 5 miliardów dolarów i będzie się dynamicznie rozwijał w przyszłości.  

W latach 2022-2023 technologia cyfrowych bliźniaków osiągnęła poziom, który pozwolił na symulację dużych systemów, takich jak zakłady produkcyjne, centra logistyczne, a nawet skomplikowane łańcuchy dostaw. Dzięki temu zarządzanie i optymalizacja procesów stały się bardziej precyzyjne.  

W tym roku NVIDIA zaprezentowała koncepcję cyfrowego bliźniaka świata. Możliwe, że dzięki temu uda się perfekcyjnie przewidywać pogodę, co jest szczególnie ważne w kontekście katastrof naturalnych, takich jak huragany czy powodzie.  

Definicja cyfrowych bliźniaków ewoluuje z każdym rokiem wraz z rozwojem mocy obliczeniowych. Mogą zrewolucjonizować wiele aspektów naszego życia, od przemysłu po codzienne doświadczenia.    

Zastosowania cyfrowych bliźniaków  

Wizualizowanie trójwymiarowe  

Cyfrowe bliźniaki umożliwiają m.in. tworzenie trójwymiarowych wizualizacji rzeczywistych obiektów. To pozwala lepiej zrozumieć strukturę i funkcjonowanie skomplikowanych systemów. Ułatwia też planowanie, analizę i monitorowanie różnych procesów.  

Przykład: Cyfrowe bliźniaki oferują szczegółową wizualizację 3D projektów budowlanych. Dzięki temu można lepiej zrozumieć projekt na każdym etapie, zidentyfikować problemy i podejmować bardziej świadome decyzje.  

Symulacja  

Cyfrowe bliźniaki pozwalają na przeprowadzanie różnych testów i eksperymentów w środowisku wirtualnym. Dzięki nim można identyfikować potencjalne problemy i optymalizować procesy, zanim zostaną wdrożone w rzeczywistości. To minimalizuje ryzyko i koszty.  

Przykład: Producenci samochodów mogą testować nowe modele w wirtualnej rzeczywistości, przed ich wprowadzeniem na rynek. Na przykład Toyota używa cyfrowych bliźniaków do symulacji swoich procesów produkcyjnych. Dzięki temu firma może optymalizować różne rozwiązania w wirtualnym środowisku, zanim wprowadzi je do rzeczywistej produkcji.   

Tworzenie danych syntetycznych 

Cyfrowe bliźniaki potrafią generować dane syntetyczne, które mogą być używane do trenowania modeli sztucznej inteligencji. Dzięki temu powstają bardziej zaawansowane i precyzyjne algorytmy, które mogą być stosowane w różnych dziedzinach.  

Przykład: Wirtualny samochód symuluje różne scenariusze jazdy, np. w deszczu, na śniegu, w korku ulicznym. Dzięki temu można wygenerować ogromne ilości danych o tym, jak samochód zachowuje się w różnych warunkach. Te dane są następnie używane do trenowania modelu AI, który będzie np. sterować autonomicznym samochodem. Dzięki ciągłej nauce i zdobytej wiedzy model AI staje się bardziej precyzyjny i lepiej radzi sobie z rzeczywistymi sytuacjami na drodze.  

Czym różnią się cyfrowe bliźniaki od symulacji?   

To dwa zaawansowane narzędzia do analizy systemów, ale różnią się zakresem i funkcjonalnością. 

Zakres zadań 

Symulacje zazwyczaj koncentrują się na jednym procesie. Natomiast cyfrowe bliźniaki mogą przeprowadzać wiele symulacji, oferują bardziej kompleksowy obraz systemu.  

Interaktywność  

Cyfrowe bliźniaki to dynamiczne, interaktywne modele, które dostarczają bogatszych informacji do analizy. Umożliwiają ocenę działania systemu w różnych scenariuszach, co pomaga w podejmowaniu lepszych decyzji. W przeciwieństwie do nich symulacje są zazwyczaj statyczne i mniej interaktywne.  

Komunikacja  

Symulacje nie oferują danych zwrotnych w czasie rzeczywistym, natomiast cyfrowe bliźniaki korzystają z dwukierunkowej komunikacji. Pobierają dane z czujników i dostarczają natychmiastowe informacje zwrotne.  

Zastosowanie  

Cyfrowe bliźniaki to rewolucja w planowaniu i symulacji rzeczywistych wyników. Wykorzystują wirtualne środowiska, większą moc obliczeniową i aktualne dane. Dzięki temu mogą oceniać problemy z szerszej perspektywy niż tradycyjne symulacje. To wspomaga podejmowanie decyzji oraz usprawnia produkty, plany i procesy.  

Cyfrowe bliźniaki mają praktycznie nieograniczony potencjał w doskonaleniu różnych aspektów działalności organizacji.  

Podsumowanie  

Cyfrowe bliźniaki to przyszłość, która już dziś zmienia oblicze wielu procesów. Ich potencjał jest ogromny. Możliwość gromadzenia danych w czasie rzeczywistym oraz ich monitorowanie pomagają lepiej zrozumieć i kontrolować działania. Lepsze decyzje, większa efektywność i oszczędności to najistotniejsze korzyści ze stosowania tej technologii. Warto się jej przyjrzeć i zainwestować w rozwój. 

Chcesz sprawdzić, gdzie jesteś na drodze do pełnej cyfryzacji? Określ poziom dojrzałości cyfrowej swojej firmy: Samoocena dojrzałości cyfrowej – Akademia Cyfryzacji GS1 Polska a następnie skorzystaj z pogłębionej diagnozy logistycznej prowadzonej przez ekspertów GS1 Polska.