Digitaalne kaksik

Digitaalne kaksik on elava või eluta inimese, protsessi, koha, süsteemi ja seadme digitaalne koopia, mida saab kasutada erinevatel eesmärkidel. Digitaalne kaksik näitab suurepäraselt asjade Interneti (IOT) juurutamist meie ellu ning demonstreerib selle tööd ja kogu elutsüklit. Digitaalse kaksiku idee kattub tugevalt ristreaalsuse, jagatud ruumi ja peeglimudelite ideedega, mis sensorite andmete põhjal püüavad virtuaalmaailmas olevast objektist täiusliku koopia teha.

Digitaalne kaksik ühendab paljusid kaasaegseid tehnoloogiaid, nagu asjade Internet, tehisintellekt, masinõpe ja tarkvara analüüs, et luua täpseid digitaalseid simulatsioone, mida värskendatakse ja muudetakse, kui nende tegelikud füüsilised analoogid muutuvad. Digitaalne kaksik võrdleb end pidevalt reaalse füüsilise objektiga, tänu millele on ta pidevalt samas olekus kui algne objekt. Selline süsteem õpib pidevalt, alustades erinevatest andmetest, mis sinna jõuavad. Andmed võivad pärineda anduritest, sisestada projekteerimisinseneride poolt, pärineda teistest sarnastest süsteemidest ja pidevalt andmeid arvutavatest analüütilistest masinatest. Digitaalne kaksik kasutab ka varem loodud andmeid ja arvestab neid praeguses arvutuses.

Erinevad tööstusharud kasutavad digitaalseid kaksikuid, et optimeerida ja parandada füüsiliste objektide, süsteemide ja protsesside kasutamist ja hooldust.

Akadeemilises maailmas on digitaalse kaksiku definitsioonid erinevad. Mõned kalduvad uskuma, et digitaalne kaksik on valmis objekti sisseehitatud valmismudel, mis sisaldab kõiki tõelise objekti andmeid kõigi vigade ja probleemide kohta. Teised usuvad, et digitaalne kaksik on mudel, mis on kokku pandud reaalsele objektile paigaldatud andurite näitudest ja mille eesmärk on simuleerida objekti käitumist reaalajas. Ükski neist definitsioonidest pole täiesti sobilik, kuna kõigis mudelites saab kasutada kahte tüüpi sega versioone.

Täielikult digitaalset kaksikut võib defineerida kui pidevalt muutuvat digitaalset mudelit, mis sisaldab varajasemaid ja ajakohaseid andmeid objekti või protsessi kohta tootmise efektiivsuse parandamiseks. Mudel põhineb objekti reaalses toimivuses mõõtmise käigus saadud andmete hulgal. Kogutud andmete analüüs võimaldab teil saada täpset teavet süsteemi seisundi kohta, samuti arvutada vajadus teha muudatusi nii füüsilises objektis kui ka tootmisprotsessis endas.

Digitaalsete kaksikute päritolu ja tüübid 
Digitaalsete kaksikute mõiste tekkimist seostati tootmisprotsesside digitaliseerimise kasvuga, mille käigus füüsilised või analoogsed ressursid asendati teabe või digitaalsega. Digitaalse kaksiku kontseptsiooni ja mudeli esitas Michael Greaves 2002. aastal avalikult tootmisinseneride seltsi konverentsil. Greaves pakkus digitaalset kaksikut toote elutsükli haldamise (PLM) teoreetiliseks mudeliks.

Mitu erinevat nime saanud kontseptsiooni nimetas hiljem NASA John Vickers "digitaalseks kaksikuks". Digitaalse kaksiku ideel on kolm erinevat osa: füüsiline, virtuaalne ja nende kahe vahelised ühendused. Füüsilise osa ja virtuaalse vahelised seosed on andmed, mis kantakse füüsilisest objektist virtuaalseks, ja teave, mis on saadaval virtuaalselt objektilt füüsilisele objektile ülekandmiseks.

Hiljem jagati idee tüüpideks. Tüübid on digitaalse kaksiku prototüüp, mis koosneb projektidest, analüüsidest ja rakendatavatest protsessidest, iga üksiku eksemplari digitaalsest kaksikust ning digitaalse kaksiku kogumist - andmetest ja teabest, mida saab kasutada füüsilise toote uurimiseks, ennustamiseks ja õppimiseks.

Näited 
Digitaalsete kaksikute ulatus võib olla üsna lai. Näiteks lennukimootorite digitaalsed kaksikud nende tootmise ja töö kontrollimiseks, digitaalsed kaksikud tootmiseks või tehnoloogiliste protsesside optimeerimise probleemide lahendamiseks, kogu valdkonna digitaalsed kaksikud, tagades naftatootmise optimeerimise. Viimasel ajal on levinud ka inimeste digitaalsed kaksikud: neid kasutatakse meditsiinis aktiivselt kirurgiliste operatsioonide kavandamiseks ja harjutamiseks.

Ettevõtte digitaalsete kaksikute loomine täielikult ei ole lihtne ülesanne. Lisaks paljastab "täielik" digitaalne kaksik, sealhulgas modelleerimise ja tootmise optimeerimise võimalused, kõik oma tugevad küljed ainult uute tootmisrajatiste kujundamisel.

Teine näide digitaalsetest kaksikutest on 3D-modelleerimise kasutamine füüsiliste objektide jaoks digitaalsete kaaslaste loomiseks. Seda saab kasutada reaalse füüsilise objekti oleku vaatamiseks, võimaldades füüsilisi objekte projitseerida digitaalsesse maailma. Näiteks kui andurid koguvad ühendatud seadmest andmeid, saab neid kasutada seadme oleku digitaalse kaksiku värskendamiseks reaalajas. Mõistet "seadme vari" kasutatakse ka digitaalse kaksiku tähistamiseks. Digitaalne kaksik peab olema värskendatud ja täpne koopia füüsilise objekti omadustest ja olekutest, sealhulgas vormist, asendist, žestist, olekust ja liikumisest.

Digitaalset kaksikut saab tulemuslikkuse parandamiseks kasutada jälgimiseks, diagnostikaks ja prognoosimiseks. Selles valdkonnas saab prognoositavate tulemuste parandamiseks sensori andmeid kombineerida varasemate andmete, kogemuste ja simulatsioonikoolitusega. Seega saavad keerukad prognoosimis- ja analüütilised teenuseplatvormid kasutada digitaalseid kaksikuid põhiprobleemide leidmiseks ja jõudluse parandamiseks.

Autonoomsete sõidukite digitaalsed kaksikud ja nende andurite komplekt, mis on integreeritud liiklus- ja keskkonnasimulatsioonidesse, on välja pakutud vahendiks, et ületada märkimisväärseid väljakutseid, testimis- ja valideerimisprobleeme autotööstuses, eriti kui vastavad algoritmid põhinevad tehisintellekti lähenemistel, mis nõuavad ulatuslikku koolitust, andmed ja andmekogumid valideerimiseks.

Tööstuse rakenduste lisanäited:

•     lennukite mootorid;

•     tuuleturbiinid;

•     suured ehitised, nagu avamereplatvormid, merelaevad jne;

•     rongid;

•     ehitamine;

•     kommunaalteenused (elektri-, gaasi-, veevarustus, kanalisatsioonivõrgud).

Sisseehitatud digitaalne kaksik 
Pidades meeles, et digitaalse kaksiku määratlus on reaalajas digitaalse koopia füüsilisest seadmest, kinnistavad tootjad digitaalse kaksiku oma seadmetesse. Tõestatud eelised on parem kvaliteet, rikete varajane avastamine ja toote disaineri parem tagasiside toote kasutamise kohta.

Digitaalse kaksikutehnoloogia omadused 
Digitaalsel tehnoloogial on omadused, mis eristavad neid teistest tehnoloogiatest. Nendel omadustel on omakorda teatud tagajärjed. Digitaalsetel kaksikutel on järgmised omadused.

•     Nähtavus - oskus heita üldine vaade kogu toodangule ning mõista, mis ja kus erineb määratud parameetritest.

•     See on vahend teadlike ja operatiivsete juhtimisotsuste langetamiseks.

•     Töötajate motiveerimine oma tööd tõhusalt tegema.

•     Simulatsioonivahend: simulatsioonivahendis aitab töövoogude optimeerimisel digitaalne kaksik. Saate ehitada tootmise arvutiruumi ja hinnata, kuidas protsessid erinevates tingimustes muutuvad.

1.    Suhtlus

Ühenduvus mängib suurt rolli digitaalsete kaksikute loomisel, kasutamisel ja täiustamisel. Tänu pidevale suhtlusele objekti ja digitaalse kaksiku vahel on igal ajal võimalik jälgida nende lõpp-punktide vahel liikuvat teavet, leida vigu ja parandada ühendust, parandades seeläbi reaalse objekti ja digitaalse kaksiku jõudlust.

2.    Homogeniseerimine

Digitaalseid kaksikuid võib iseloomustada kui digitaalset tehnoloogiat, mis on nii andmete homogeniseerimise tagajärg kui ka vahend. Kuna mis tahes tüüpi teavet või sisu saab nüüd salvestada ja edastada samal digitaalsel kujul, saab seda kasutada toote virtuaalse kujutise loomiseks (digitaalse kaksiku kujul), eraldades seeläbi teabe selle füüsilisest objektist. Seega võimaldas andmete homogeniseerimine ja teabe eraldamine selle füüsilisest objektist digitaalsete kaksikute tekkimise. Digitaalsed kaksikud võimaldavad aga järjest rohkem teavet füüsiliste toodete kohta ka digitaalselt salvestada ega ole seotud toote endaga.

Kuna andmeid digitaliseeritakse üha enam, saab neid edastada, salvestada ja arvutada kiirelt ja odavalt. Moore'i seaduse kohaselt kasvab arvutusvõimsus lähiaastatel hüppeliselt, samas kui arvutuskulud langevad märkimisväärselt. Seega vähendab see digitaalsete kaksikute arendamise piirmaksumust ja muudab virtuaalsete esituste probleemide testimise, ennustamise ja lahendamise suhteliselt odavamaks, selle asemel, et testida füüsilisi mudeleid ja oodata füüsiliste toodete läbikukkumist enne sekkumist.

3.    Nutikas ja muutlik

Digitaalne kaksik võimaldab füüsilise toote teatud viisil ümber programmeerida. Lisaks saab digitaalse kaksiku ka automaatselt ümber programmeerida tänu füüsilise toote anduritele, tehisintellekti tehnoloogiale ja ennustavale analüüsile. Tootjad võivad vastutada digitaalse kaksiku jälgimise, vajadusel kohanduste tegemise või digitaalse kaksiku ümberprogrammeerimise eest ja nad saavad seda pakkuda lisateenusena.

4.    Digitaalsed jalajäljed

Veel üks täheldatav omadus on asjaolu, et digitaalsed kaksikutehnoloogiad jätavad digitaalse jalajälje. Insenerid saavad neid jalajälgi kasutada, näiteks kui auto laguneb, minna tagasi ja kontrollida digitaalset kaksikjälge, et diagnoosida, kus probleem on. Neid diagnostikaid saab nende masinate tootja kasutada ka tulevikus, et parandada nende konstruktsiooni, nii et tulevikus esineks samu vigu harvemini.

Finantsväljavaated 
Digitaalsete kaksikutehnoloogiate juurutamine on üsna tõsine projekt, mis võib vajada suuri investeeringuid ja nende tasuvuse esialgseid hinnanguid. Kuid Deloitte'i uuringute kohaselt levib tehnoloogia kiiresti tööstusharudes, sealhulgas lennundus-, jaekaubandus-, tervishoiu- ja muudes sektorites. Digitaalsed kaksikud kiirendavad toote- ja protsessiarendust, sujuvad tööde teostamist ja aitavad ennustada hooldust. Aruande kohaselt jõuab digitaalsete kaksikutehnoloogiate maailmaturg aastaks 2023 16 miljardi dollarini, samas kui selle progressi aluseks olevate tehnoloogiate (eelkõige IoT ja masinõpe) turukäive peaks 2020. aastaks kahekordistuma.

Digitaalsete kaksikute kasutamise intensiivseima kasvu piirkonnad on tõenäoliselt ressursimahukad tööstusharud nagu töötlev tööstus, nafta ja gaas, lennundus- ja autotööstus. Kuid need tehnoloogiad lubavad ka jaekaubandust, tervishoidu ja arukat linnakujundust.

Kuna digitaalsed kaksikutehnoloogiad naudivad IT-hiiglaste, sealhulgas IBMi ja SAP-i toetust, peavad ettevõtted täna neile tehnoloogiatele suurt tähelepanu pöörama. "Digitaalsed kaksikud võivad dramaatiliselt suurendada ettevõtete võimet teha andmete põhjal ennetavaid otsuseid, parandada nende tõhusust ja kõrvaldada võimalikud probleemid," öeldakse Deloitte'i aruandes. "Nad võivad pakkuda ka võimalust ohutult ja kulutõhusalt hallata stsenaariume sisu "mis siis, kui", seega ekspereminteerida tulevikuga.

Gartneri sõnul kasutab 2019. aasta alguse seisuga 13% IoT organisatsioonidest digitaalseid kaksikuid, samas kui 62% on kas digitaalsete kaksikute loomisel või kavatsevad seda teha.

"Tulemused - eriti võrreldes varasemate uuringutega - näitavad, et digitaalsed kaksikud hakkavad järk-järgult tavakasutusse jõudma," ütles Gartneri teadusasepresident Benoit Lheureux. "Ennustasime, et aastaks 2022 oleme enam kui kahel kolmandikul ettevõtetest tootmisse juurutanud vähemalt ühe digitaalse kaksiku. Saame selle saavutada aasta jooksul. "

Digitaalsete kaksikute ootamatul nõudmisel on kaks põhjust. Esiteks toovad need käegakatsutavat äriväärtust ning on muutunud esmatarbekaubanduse Interneti ja digitaalsete strateegiate jaoks hädavajalikuks. Teiseks on Gartneri sõnul kiire kasutuselevõtu põhjus osaliselt nende tehnoloogiate tarnijate aktiivne turundus ja koolitus.

Viited 

Arvusüsteemid
Seadmed
Andmestruktuurid