Istnieje tak wiele nowych technologii zmieniających obecny krajobraz biznesowy, że czasami może być trudno nadążyć za nim. Podczas gdy wiele osób zna branżę 4.0 i Internet przedmiotów (IoT) - oba te pojęcia odnoszą się do dużych zbiorów technologii i ich zastosowań biznesowych - Digital Twin jest kolejnym podejściem, które stale zyskuje na atrakcyjności.

W rzeczywistości wiele osób postrzega Digital Twin jako naturalnego następcę IoT. W końcu, jeśli wszystko jest już połączone w takiej czy innej formie cyfrowej, dlaczego nie przenieść go do jego logicznego rozwoju?

To, w zasadzie, jest główną siłą napędową architektury i technologii Digital Twin - aby całkowicie odtworzyć świat fizyczny w cyfrowym krajobrazie, dając firmom nowe wolności, możliwości i korzyści.

Czym jest Digital Twin?

Koncepcja Digital Twin, po raz pierwszy zaproponowana przez Michaela Grievesa na Uniwersytecie w Michigan, istnieje od 2001 roku, ale dopiero w ostatnich latach nowoczesna technologia uczyniła z niej realną szansę.

Mówiąc prościej, Digital Twin odnosi się do wirtualnej replikacji fizycznego produktu lub aktywa. Replikacja ta jest aktualizowana w czasie rzeczywistym (lub tak regularnie, jak to możliwe), aby jak najściślej odpowiadała jej odpowiednikowi w świecie rzeczywistym.

Model ten może być następnie wykorzystywany do różnych celów, od testowania nowych strategii po analizę poprzednich wyników, które wkrótce poznamy.

A więc, jak to faktycznie działa? Ogólnie rzecz biorąc, czujniki i inne komponenty są wykorzystywane do gromadzenia dokładnych danych na temat danego aktywa. Dane te są następnie przetwarzane i wykorzystywane do stworzenia repliki. Nie trzeba dodawać, że bardziej zaawansowany czujnik, czy to w postaci dokładniejszego sprzętu, czy też gęstszej, bardziej zwartej matrycy, pomoże w stworzeniu bardziej szczegółowego modelu cyfrowego.

Jakie są korzyści z cyfrowego modelowania bliźniaczego?

Eksperymentowanie na fizycznych produktach i zasobach może być procesem terminowym i kosztownym. Cyfrowa replika może być jednak szybko edytowana w celu przetestowania nowych rozwiązań i przeprowadzenia symulacji. Jeśli eksperyment nie spełnia pożądanych wymagań, żadne zasoby fizyczne nie zostały zmarnowane.

Kolejną korzyścią dla Digital Twins jest to, że pozwalają one ekspertom na pracę nad projektami, nawet jeśli nie mają oni bezpośredniego kontaktu z fizycznym bliźniakiem.

Doskonałym tego przykładem jest NASA, która od dawna jest pionierem tej technologii - jeszcze przed wirtualnymi symulacjami inżynierowie tworzyli repliki w skali 1:1 sprzętu wysyłanego w niebo. Cyfrowe bliźniaki pozwalają inżynierom pracować na sprzęcie, który znajduje się już w przestrzeni kosmicznej i jest dla nich całkowicie niedostępny, bez kłopotów i trudności związanych z fizycznym powielaniem. Aktualizacje i zmiany mogą być dokładnie zaplanowane i przetestowane poza biurem, przed poinstruowaniem tych, którzy mają do nich dostęp, aby dokonali fizycznych zmian.

Według Johna Vickersa, eksperta i menedżera ds. produkcji w National Center for Advanced Manufacturing NASA: "Ostateczną wizją Digital Twin jest tworzenie, testowanie i budowanie naszego sprzętu w środowisku wirtualnym. Tylko wtedy, gdy dotrzemy do miejsca, w którym spełnia on nasze wymagania, możemy go fizycznie wyprodukować. Następnie chcemy, aby ta fizyczna konstrukcja była powiązana z Digital Twin poprzez czujniki, tak aby Digital Twin zawierał wszystkie informacje, które moglibyśmy uzyskać, kontrolując fizyczną konstrukcję".

Podobnie, w przypadku firm, które chcą - lub potrzebują - wprowadzić zmiany w istniejących produktach lub urządzeniach, Digital Twins pomaga ograniczyć czas przestoju do absolutnego minimum. Weźmy na przykład pod uwagę linię produkcyjną. Nieefektywne ogniwo może ograniczyć optymalną wydajność całego łańcucha, ale po prostu nie można go całkowicie usunąć w celu dokonania przeglądu/oceny, ponieważ spowodowałoby to zamknięcie całego procesu, którego jest częścią. Wirtualna replika może być jednak testowana i udoskonalana bez ponoszenia tych kosztów.

Digital Twin & IoT

Więc dlaczego uważamy, że Digital Twin jest "następną rzeczą po IoT"? Cóż, to dlatego, że ten pierwszy rozkwita na czujnikach i danych wejściowych, a ten drugi coraz bardziej rozprzestrzenia się w naszym świecie.

Dzięki większej liczbie wzajemnie powiązanych urządzeń i aplikacji, organizacjom łatwiej jest łączyć dane i uzyskać lepszy wgląd w szerszy obraz sytuacji. A zatem Digital Twin to po prostu zaawansowany sposób gromadzenia i łączenia tych danych do konkretnych celów.

W rzeczywistości jest to rewolucja, która już trwa. Według Gartnera, 75% firm integrujących się z Internetem przedmiotów spodziewa się, że do przyszłego roku (2020) skorzysta z jakiejś formy technologii Digital Twin lub planuje rozpoczęcie jej stosowania. Szacuje się również, że 13% firm korzysta już z takich rozwiązań, a kolejne 62% jest już w trakcie przyjmowania jakiejś formy Digital Twin.

Przypadki i branże wykorzystujące technologię Digital Twin

Jedna rzecz, którą zauważysz w przypadku wielu z tych aplikacji Digital Twin, to fakt, że najlepsze rezultaty współgrają z innymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja czy uczenie się maszynowe. Inne, podobnie, mogą korzystać z rozwiązań Digital Twin w ramach Industry 4.0 lub Internetu przedmiotów, bazując na wcześniejszych innowacjach.

Warto to zauważyć, ponieważ nie jest to zupełnie nowe, alternatywne rozwiązanie. Digital Twin jest wykorzystywany do ulepszania istniejących procesów, dając ludziom pewnego rodzaju wirtualny plac zabaw, na którym mogą eksperymentować i wypróbowywać różne podejścia w symulowanym środowisku, które nie będą miały wpływu na rzeczywisty produkt, dopóki nie zostaną podjęte bezpośrednie działania.

Technologia Digital Twin jest wykorzystywana do wielu różnych celów, a większość firm ma coś do zyskania. Jednak w niektórych ważnych branżach istnieją pewne silne przypadki wykorzystania technologii Digital Twin, które warto zbadać w tym miejscu.

Produkcja i inżynieria

Tworzenie wirtualnych replik niewątpliwie przynosi wyraźne korzyści dla przemysłu wytwórczego i maszynowego. Rola Digital Twin w produkcji nie wymaga zbyt wiele uwagi. Umożliwia on firmom szybkie i skuteczne testowanie nowych projektów, zarówno małych produktów, jak i dużych, złożonych urządzeń. Testowanie nowego łańcucha dostaw w środowisku wirtualnym jest łatwe, podczas gdy testowanie fizycznego odpowiednika wiąże się z zamknięciem produkcji, tracąc w ten sposób zyski - co powinno być robione tylko wtedy, gdy jest to konieczne i gdy została określona najbardziej optymalna strategia.

Oczywiście, taka technologia może zrobić o wiele więcej. Jednym z ciekawych przykładów jest Cyfrowa Farma Wiatrowa firmy GE. Wykorzystując cyfrowe odtwarzanie swoich farm wiatrowych, operatorzy mogą tworzyć zoptymalizowane strategie konserwacji, biorąc pod uwagę pogodę i inne czynniki. Wszystko to prowadzi do poprawy niezawodności i zwiększenia produkcji energii, zarówno dzięki lepszej konserwacji, jak i lepszej ocenie różnych warunków.

Ponieważ wszystko to odbywa się w sposób cyfrowy, inżynierowie mogą swobodnie eksperymentować i prowadzić badania, podczas gdy wprowadzanie zmian fizycznych w rzeczywistych turbinach może być kosztowne. Pierwsza z nich zapewnia, że druga jest wykonywana tylko wtedy, gdy rozwiązanie zostało w pełni przetestowane i ocenione. Oczywiście, korzyści te dotyczą również procesu produkcyjnego. Fabryki i zakłady mogą wykorzystywać wirtualne repliki do testowania sprawniejszych rozwiązań i odkrywania granic swoich obecnych możliwości produkcyjnych, a także do testowania odkrywania odkształceń nowych rozwiązań.

Motoryzacja

Wspomnieliśmy wcześniej, że Digital Twin może używać czujników do rejestrowania bieżącego stanu każdego projektu. Taka analityka Digital Twin ma duży potencjał - nie tylko w sektorze motoryzacyjnym. W miarę jak samochody stają się coraz bardziej zintegrowane z IoT i technologią cyfrową, zdolność do powielania każdego szczegółu staje się coraz bardziej dostępna.

Po każdym zdarzeniu, na przykład, Digital Twin może wykorzystać nagrania z czujników, aby stworzyć replikę w czasie rzeczywistym tego, co się stało. W ten sposób inżynierowie mogą bezpośrednio analizować wpływ na pojazd w każdym konkretnym momencie, a nie tylko analizować dane zapisane po wypadku.

Implikacje korzyści płynących z zastosowania Digital Twin w motoryzacji sięgają jednak znacznie dalej. Inżynierowie mogą testować nowe zabezpieczenia w cyfrowym świecie, zmniejszając tym samym ryzyko, że nowe pojazdy nie będą musiały być wycofywane z eksploatacji - jest to finansowo niebezpieczna perspektywa dla branż, w których poszczególne jednostki mają wysoką wartość produkcji i koszty.

Jest to również ważne w branży takiej jak przemysł motoryzacyjny, gdzie części i komponenty pochodzą z wielu różnych firm. Digital Twin pozwala zarówno dostawcom, jak i producentom uzyskać więcej danych, przetestować nowe rozwiązania i udoskonalić swoje produkty, zanim staną się one częścią większego produktu.

Podobnie, wielu producentów samochodów inteligentnych testuje samobieżną SI w środowisku cyfrowym. Ponieważ technologia ta jest wciąż rozwijana, producenci mogą zdobywać dane poprzez testy w warunkach rzeczywistych, ale w środowisku cyfrowym udoskonalają i ulepszają swoje rozwiązania w jak największym stopniu.

Nawet po etapie projektowania można wykorzystać nowoczesne technologie w celu usprawnienia łańcucha dostaw i procesów produkcyjnych, co znacznie skraca czas i obniża koszty produkcji.

Opieka zdrowotna

Ponadto, Digital Twins w sektorze opieki zdrowotnej może zidentyfikować usterki lub problemy z różnymi urządzeniami (które często są bardzo drogie i muszą działać na optymalnym poziomie) związanymi z różnymi dziedzinami medycyny. Na przykład skanery MRI generują ogromne ilości dziennych dzienników i komunikatów, które mogą być wprowadzane do Digital Twin w celu przeglądu jego obecnego stanu, jak również pojawiających się problemów projektowych. Dzięki temu inżynierowie mogą z wyprzedzeniem opracowywać rozwiązania dla przewidywanych problemów, unikając krytycznych problemów i utrzymując taki sprzęt w dobrym stanie.

Na bardziej osobistym poziomie, urządzenia medyczne mogą również obejmować chmurę, gdzie dane z ich czujników mogą być natychmiast skorelowane z historią choroby pacjenta, jak również dane zewnętrzne - takie jak dane demograficzne. Na tej podstawie możliwe jest również przeprowadzenie analizy typu Machine Learning - co nie byłoby możliwe w przypadku pierwszego urządzenia medycznego - otwierającej szerszy wgląd, który zabiera jak najwięcej informacji, aby zapewnić dodatkowy wgląd, a wszystko to dzięki wirtualnej kopii każdego pacjenta (przynajmniej z perspektywy danych medycznych).

W przypadku szpitali i placówek medycznych, Digital Twins może być wykorzystany do przeprowadzenia testów wytrzymałościowych, symulujących najlepszy sposób działania podczas masowych akcji ratunkowych. Takie organizacje często posiadają różne elementy, począwszy od dostępnego personelu, łóżek dla pacjentów i dostępu do różnych sal testowych, które mogą być dopracowane w celu lepszego radzenia sobie w trudniejszych sytuacjach.

Podobnie, jeśli chodzi o zastosowanie technologii Digital Twin w produktach przeznaczonych do bezpośredniej opieki zdrowotnej, technologia ta może być również wykorzystywana do pomocy lekarzom w zapewnieniu wyjątkowej, dostosowanej do potrzeb opieki nad indywidualnymi pacjentami. Dysponując wystarczającą ilością informacji, Digital Twins może zaproponować rozwiązania, które będą bardziej odpowiednie dla każdego pacjenta, biorąc pod uwagę jego unikalną historię choroby i dane.

W rzeczywistości, z uwagi na to wszystko, wiele osób stawia na sektor opieki zdrowotnej, aby osiągnąć największe korzyści z tej technologii, nawet jeśli nie teraz. W miarę jak dziedzina medycyny staje się coraz bardziej zaawansowana i dokładniejsze czujniki (takie jak odczyt genomu) stają się coraz bardziej powszechne, możliwość połączenia tego wszystkiego praktycznie otworzy nowe możliwości dla całej branży.

Sprzedaż detaliczna

Krajobraz handlu detalicznego rozwija się na podstawie danych, od samego początku cyklu produkcyjnego produktu do jego strategicznej prezentacji w sklepie. Jest więc uzasadnione, że zastosowanie Digital Twin w handlu detalicznym oferuje wiele istotnych korzyści.

Na poziomie produktu, firmy mogą korzystać z modeli Digital Twin, aby śledzić produkt od momentu jego powstania aż do umieszczenia w sklepie. Tutaj firmy mogą analizować procesy produkcyjne, łańcuchy dostaw i logistykę, testując za kulisami nowe, usprawnione rozwiązania mające na celu redukcję kosztów (a w konsekwencji poprawę marży zysku). Chcesz sprawdzić, czy nowe opakowanie lub projekt może zredukować wydatki? Digital Twin pozwala na przetestowanie tego bez konieczności wprowadzania na dużą skalę fizycznych zmian w całym asortymencie produktów.

Na szerszym poziomie biznesowym, sklepy detaliczne mogą korzystać z technologii Digital Twin, aby odtworzyć swój sklep i, używając czujników, śledzić zachowanie klientów. Informacje te mogą być następnie przechowywane w systemie Digital Twin w celu zbadania najlepszych miejsc dla kluczowych produktów. Zmiany i modyfikacje układu mogą być następnie sugerowane i testowane cyfrowo.

Amazon już teraz robi coś podobnego, wykorzystując dane analityczne do określenia najlepszego rozmieszczenia swoich magazynów, przy czym najbardziej poszukiwane produkty są przechowywane w najbardziej dostępnych miejscach. Digital Twins to świetny sposób na przetestowanie takiej automatyzacji, gwarantujący, że proponowane rozwiązania nie będą miały nieprzewidzianych konsekwencji, takich jak kanały bezpośredniego dostępu lub trasy krzyżujące się i powodujące opóźnienia.

The Digital Twin City

Do tej pory przyjrzeliśmy się różnym przykładom maszyn i urządzeń, które mogą być replikowane, oceniane i prototypowane za pomocą Digital Twin. Jednak, gdy się nad tym zastanowić, nie jest to duży krok w kierunku zastosowania tej koncepcji również w miastach.

W końcu miasta mają wiele ruchomych, wzajemnie powiązanych elementów. Dzięki odpowiednio zaawansowanemu modelowi, inżynierowie budownictwa, rządy i inne powiązane firmy, takie jak przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, mogą lepiej testować nowe rozwiązania. Takie firmy jak Paryż, Cambridge czy Toronto, na przykład, aktywnie rozwijają modele Digital Twin city do takich celów.

W rzeczywistości, inteligentne miasta są już coraz bardziej rozwiniętą koncepcją na całym świecie. Instalowane są czujniki, które monitorują jak najwięcej danych, w tym ruch uliczny, poziom zanieczyszczenia środowiska, zapotrzebowanie na energię i wiele innych. Singapur posiada już takie działające rozwiązanie, nazywane Wirtualnym Singapurem, które może być wykorzystywane do przewidywania i obliczania poziomu powodzi, zasięgu bezprzewodowego, zanieczyszczenia hałasem, a nawet warunków hodowli komarów.

Na znacznie większą skalę, technologia Digital Twin może powielać całe miasta aż do indywidualnie symulowanych komponentów i wykorzystywać to w celu umożliwienia dwukierunkowej komunikacji w czasie rzeczywistym. Na przykład, analizując ruch drogowy w miarę jego rozwoju - przy czym każdy samochód, skrzyżowanie i sygnalizacja świetlna są symulowane niezależnie od siebie, można to zrobić z wyprzedzeniem, aby przewidzieć, gdzie będzie się gromadził ruch. Model ten, w połączeniu z uczeniem się maszynowym, może szybko przetestować możliwe rozwiązania, a po znalezieniu działającego rozwiązania dla zbliżającego się problemu, może wysyłać te sygnały sterujące z powrotem do fizycznych odpowiedników.

W ten sposób można stworzyć inteligentny system ruchu AI, który wykorzystuje dane do optymalizacji ruchu z wyprzedzeniem - może działać w sposób przewidywalny, a nie reaktywny. Ponieważ Machine Learning może uczyć się na podstawie własnych danych, dodając je do informacji, cały ten system z czasem będzie się dalej doskonalił.

Co najlepsze, takie rozwiązanie - podobnie jak inne wymienione tutaj - może być uruchamiane w chmurze, utrzymując koszty na niskim poziomie, ponieważ zapotrzebowanie na drogi sprzęt nie jest już czynnikiem, który należy brać pod uwagę.

Wszystko to służy temu, aby nowe rozwiązania były korzystne dla miasta i nie niosły ze sobą nieoczekiwanych konsekwencji. Wszelkie nowe propozycje mogą być symulowane i potencjalnie inne firmy mogą wykorzystać tę samą symulację do opracowania produktów.

Na przykład, już wcześniej wspominaliśmy o tym, jak Digital Twin przynosi korzyści sektorowi motoryzacyjnemu. Wraz z pojawieniem się pojazdów zautomatyzowanych, producenci mogą w pełni wykorzystywać symulowane środowiska miejskie do testowania swojego oprogramowania do samodzielnej jazdy w przestrzeni wolnej od ryzyka. To zasadniczo daje im dostęp do całego miasta - ogromnego środowiska testowego, które nie jest możliwe w świecie rzeczywistym.

Jak wdrożyć Digital Twin

Z technologicznego punktu widzenia, technologia Digital Twin staje się coraz bardziej dostępna. Technologia chmury oferuje środki do przetwarzania i przeprowadzania symulacji bez konieczności stosowania drogich serwerów na miejscu, a Microsoft już teraz oferuje rosnącą gamę produktów Azure Digital Twin, aby pomóc organizacjom w tym celu, podczas gdy Amazon Web Services (AWS) podobnie oferują usługę "Device Shadow" w ramach swojej linii AWS IoT.

Jeśli Twoja firma korzysta z rozwiązań Big Data, integracji IoT lub Industry 4.0, prawdopodobnie jesteś już na drodze do architektury Digital Twin. Wszystkie te trendy technologiczne wiążą się z wykorzystaniem czujników i innych środków gromadzenia danych do analizy i oceny. W niektórych przypadkach możesz mieć już dość, aby stworzyć prototyp lub model roboczy.

Digital Twin Business Culture

W związku z tym, wdrożenie Digital Twin wymaga również silnej kultury cyfrowej. Modele te sprawdzają się najlepiej, gdy przedsiębiorstwa korzystają już z czujników i innych technik gromadzenia danych, aby dowiedzieć się jak najwięcej - Digital Twin rozwija się na bazie aktualnych i dokładnych informacji.

Jednak takie zmiany mogą być wprowadzane stopniowo. Wprowadzenie tej technologii w mniejszych krokach, jako wprowadzenie lub jako eksperyment, może pomóc we wprowadzeniu pracowników na wszystkich szczeblach, od inżynierów po analityków biznesowych, do tego nowego podejścia.

Istotnym czynnikiem dla każdej firmy jest jednak określenie obszarów, które chcesz poprawić. Podobnie jak w przypadku Big Data, bardzo łatwo jest uchwycić wszystko, ale nie ma gwarancji, że jest to całkowicie użyteczne. Takie rozwiązania powinny być dopracowane i skoncentrowane na swoich najbardziej odpowiednich obszarach. Jest to jeden z powodów, dla których najlepiej jest zacząć od małych rozwiązań, stosując technologię Digital Twin tam, gdzie może to być najbardziej korzystne. Nurkowanie w głębokim nurkowaniu wiąże się z własnym ryzykiem, gdyż może przytłoczyć zespoły z zupełnie nowym podejściem.

Podsumowanie

Dla wielu Digital Twin już tu jest - dla innych nadchodzi w bardzo bliskiej przyszłości. Jeśli nie należysz do większości, warto ocenić swój biznes i zidentyfikować obszary, w których wirtualne symulacje mogą zapewnić bezpośrednią poprawę. IoT zapewnił już światu - i firmom w nim działającym - dostęp do szerokiego i zróżnicowanego źródła czujników i źródeł wejścia. Teraz nadszedł czas, aby to wykorzystać.

Digital Twin umożliwia firmom testowanie nowych rozwiązań, ocenę wcześniejszych wydarzeń i przewidywanie przyszłych zachowań. Umożliwia różnym firmom współpracę nad wspólnymi interesami, a także zapewnia niedrogi, pozbawiony ryzyka sposób testowania nowych projektów, rozwiązań i usług.

Stosowany już w różnych branżach, od sektora motoryzacyjnego po całe planowanie przestrzenne, Digital Twin, nawet przy bardzo małej skali wdrożenia, może przynieść wiele korzyści i możliwości dla Twojej firmy.

Perspektywa biznesowa

W miarę jak świat coraz bardziej zanurza się w Internecie Rzeczy, rozwiązania Digital Twin stają się coraz bardziej wykonalne. Taka technologia pozwala firmom na swobodną ocenę, testowanie i doskonalenie, bez konieczności martwienia się o czynnik ryzyka. Ponadto wszelkie decyzje podejmowane w rzeczywistych warunkach będą wzmacniane przez znaczące wyniki symulacji, które pomogą organizacjom w dokonywaniu najlepszych wyborów.