W 1970 roku doszło do słynnej awarii statku Apollo 13. Do rozwiązania problemu wykorzystano symulatory i dane z systemów łączności, które na Ziemi pomogły odwzorować to, co działo się w przestrzeni kosmicznej. W ten sposób udało się bezpiecznie sprowadzić załogę Apollo 13 na Ziemię. Dzisiaj taka technika nazywa się „Digital Twin”, czyli…
…cyfrowe bliźniaki, które tworzą podobne możliwości badania i testowania, jak obiekty rzeczywiste, ale bez szeregu utrudnień i kosztów wynikających z wykonywania testu w prawdziwym świecie. Możliwości ich zastosowania są prawie nieograniczone.
Pierwsze przewidywania szerokiego zastosowania takiej technologii pojawiły się na początku lat 90. a gotowa koncepcja została wprowadzona do przemysłu w 2002 roku.
Technologie Digital Twin można podzielić na dwa główne kierunki. Pierwszy wariant to modele oparte o analitykę strumieni danych, algorytmy uczenia maszynowego i rozwiązania płynące z zastosowania sztucznej inteligencji. Ich celem jest poszukiwanie wzorców prawidłowości i nieprawidłowości w strumieniach danych pochodzących z obiektu rzeczywistego. Drugi wariant to modele „fizyczne” oparte o właściwości i parametry fizyczne obiektu rzeczywistego, takie jak dane geometryczne, materiałowe i technologiczne – zarówno bazujące na zależnościach lub wzorach matematycznych, jak i modelach cyfrowych (np. MES), pracujące pod kontrolą ludzi lub algorytmów wykonujących iteracyjne obliczenia symulujące stany obiektu fizycznego. W zależności od przewidywanego zastosowania i oczekiwanych efektów stosuje się jedną lub obie metody, pracujące jako różne składniki cyfrowego bliźniaka obiektu. Poszukuje się optimum konstrukcji, dającego zarówno szybkość rozwiązań sztucznej inteligencji, jak i precyzję oraz przewidywalność modeli fizycznych.
Digital Twin może składać się z wielu mniejszych bliźniaków jednocześnie. Na przykład obiekt taki jak rafineria ropy naftowej może mieć DT dla silnika sprężarki, całej sprężarki, ciągu technologicznego obsługiwanego przez tę sprężarkę oraz dla całej instalacji. W zależności od wielkości rafineria może mieć np. od 50 000 do 500 000 czujników wykonujących pomiary reprezentowane w DT.
Wyróżnia się trzy podstawowe typy Digital Twins:
- Status Twins pochodzą z wcześniejszych etapów projektowania produktu, a ich dane wejściowe to głównie dane z systemów zarządzania cyklem życia produktu. Stosowane są zazwyczaj w zarządzaniu urządzeniami, kontroli i jakości produktu.
- Operational Twins umożliwiają organizacjom przemysłowym usprawnienie działania ich złożonych instalacji oraz urządzeń i są wykorzystywane do wspomagania pracy inżynierów oraz naukowców. Operational Twins mogą dziedziczyć dane ze Status Twins. Mogą również wykorzystywać metody uczenia maszynowego.
- Simulation Twins odtwarzają zachowanie urządzenia i zawierają wbudowane modele fizyczne, a nawet modele procesów podłączonych do modelowanego obiektu. Przypadki użycia Simulation Twins obejmują symulacje działania sprzętu w różnych warunkach, szkolenia i rzeczywistość wirtualną.
Największe koncerny już dostrzegły ogromny potencjał drzemiący w technologii Digital Twins. Microsoft wskazuje na potencjał DT w personalizacji usług pod konkretne wymagania klientów, przyspieszeniu projektowania poprzez możliwość wirtualnego eksperymentowania z kolejnymi wersjami projektowanego produktu, zapobieganiu przestojom dzięki przewidywaniu uszkodzeń i predictive maintenance oraz zrewolucjonizowaniu mechanizmów wymiany wiedzy pomiędzy pracownikami. Tesla tworzy cyfrowe bliźniaki każdego samochodu swojej produkcji, m.in. poprzez używanie transmisji danych pomiędzy pojazdem a fabryką. General Electric Company wykorzystując platformę Predix stworzył nową generację produktów i usług dotyczących farm wiatrowych, które pozwalają operatorom na optymalizację strategii konserwacji, poprawy niezawodności i dostępności oraz zwiększenie produkcji energii.
Innowacyjne podejście do bezpieczeństwa urządzeń technicznych od zawsze było wbudowane w DNA Urzędu Dozoru Technicznego. UDT nieustannie poszukuje coraz skuteczniejszych metod zapewnienia bezpieczeństwa eksploatacji i od lat wdraża oraz promuje nowe technologie w inspekcji. Technologie przemysłu 4.0 są coraz bardziej dostępne i wdrażane w wielu gałęziach przemysłu co tworzy wiele możliwości, które UDT dostrzega i spieszy wykorzystać w praktyce inspekcyjnej.