Cyfrowy bliźniak pomoże zrozumieć świat

Doskonała cyfrowa kopia fizycznych elementów świata rzeczywistego umożliwia prowadzenie symulowanych eksperymentów w czasie rzeczywistym oraz dokładniejsze przewidywanie wyników fizycznych badań. A to tylko początek listy benefitów, które wymieniają firmy korzystające z technologii digital twin.

Gdy w marcu 2020 roku świat się „zatrzymał”, rozwój wirtualnej rzeczywistości nabrał tempa. Nasze życie przeniosło się do sieci, przez co uzależniliśmy się od możliwości doświadczania otaczającego nas świata za pośrednictwem ekranu. Jednak czas ograniczeń często łączy się ze wzrostem znaczenia innowacyjnych rozwiązań. Według ekspertów, obecnie dotyczy to szczególnie technologii digital twin.

Zdigitalizujmy wszystko co nas otacza

Koncepcja cyfrowego bliźniaka (digital twin, DT), jak podaje Deloitte, nabrała rozpędu ze względu na cyfryzację procesów produkcyjnych, w których DT reprezentują „cyfrowy obraz obiektu fizycznego lub procesu w czasie zbliżonym do rzeczywistego, który pomaga zoptymalizować wyniki biznesowe”. Warto podkreślić, że sama idea nie jest nowa. Jedno z głośniejszych jej zastosowań miało miejsce w latach 70. ubiegłego wieku podczas misji Apollo 13, kiedy doszło do wybuchu zbiornika z tlenem. Aby sprowadzić astronautów bezpiecznie na Ziemię, obsługa naziemna skonstruowała adapter wymiany filtru dwutlenku węgla, który kosmonauci odtworzyli na statku.

Dziś - pod wpływem rozwoju takich technologii jak rozszerzona rzeczywistość (AR), chmura obliczeniowa, internet rzeczy (IoT), sztuczna inteligencja (AI) czy 5G – idea DT ewoluowała, dając możliwość zdigitalizowania wszystkiego, co nas otacza oraz zbierania danych związanych z tym co „to wszystko” robi. Reprezentacja tych cyfrowych bliźniaków ma się odbywać w równoległym do naszego „lustrzanym świecie” (Mirror World).

I choć dla wielu ta wizja nosi znamiona science fiction, Google Earth od pewnego czasu podpowiada nam, jak będzie wyglądał ów lustrzany świat. Jak widzicie jest już w budowie.

Cyfrowy bliźniak w produkcji

Na digital twin składa się fizyczny przedmiot w określonej przestrzeni, jego wirtualny model i dane, które łączą te dwa elementy. Dzięki temu cyfrowy bliźniak jest nie tylko wirtualnym obiektem, ale stanowi dokładne odwzorowanie cech i zachowań przedmiotu lub procesu. Idealny DT powinien mieć dostęp, w czasie rzeczywistym, do wszystkich informacji o swoim fizycznym pierwowzorze.

Cyfrowy bliźniak umożliwia zatem producentom łatwiejsze pozyskiwanie i analizowanie danych, które są zbierane przez czujniki, w jakie dany produkt jest wyposażony. Przykładowo HP wspólnie z Siemensem wykorzystało technologię digital twin do zoptymalizowania systemu wentylacji dla jednej ze swoich serii drukarek. Jak czytamy w case study opisującym projekt „korzystając z tzw. cyfrowego oprogramowania bliźniaczego (…) symulowano i dokładnie analizowano zaprojektowany przepływ powietrza w drukarce 3D, aby ostatecznie wykorzystać te dane do opracowania systemu wentylacji o zoptymalizowanej topologii kanału chłodzenia”. W rezultacie wydajność przepływu powietrza w drukarkach zwiększyła się o 22%, a prędkość drukowania o 15% - w stosunku do poprzedniego rozwiązania.

Z perspektywy firm cyfrowe bliźniaki dają zatem niebywały wgląd w parametry produktów. Mogą być też pomocne w zidentyfikowaniu potencjalnych usterek.

Wydajność w PropTechu nosi nazwę digital twin

Digital twin to obecnie jeden z najmodniejszych trendów w budownictwie, a konkretniej w branży PropTech (Property Technology). Jest on związany z koncepcją BIM (z ang. Building Information Modeling), czyli modelowania informacji o budynku, która zrewolucjonizowała podejście do projektowania, realizacji inwestycji i zarządzania budynkiem. Umożliwia ona bowiem zwiększenie wydajności danej przestrzeni (np. zmniejszenie kosztów zużycia energii) oraz poprawę doświadczeń jej użytkowników.

Firma KONE, produkująca windy, w ciągu ostatnich 20 lat, pracowała nad planowaniem przemieszczania się ludzi w budynkach. Aby zrozumieć, w jaki sposób ludzie poruszają się po np. biurowcach oraz jak usprawnić obsługę i obniżyć koszty konserwacji – już teraz wykorzystuje technologię DT. Choć dla wielu może to się wydać nieistotne – skrócenie czasu przejazdu windą, z czterech do trzech minut, może mieć wpływ na doświadczenie użytkownika, a co za tym idzie – wydajność jego pracy. Dla właścicieli budynków natomiast to sposób na zmniejszenie kosztów energii.

Jak to działa w praktyce? Przyjmijmy, że jeden z najemców pewnego biurowca jest operatorem świadczącym usługę wynajmu tymczasowych stanowisk pracy (tzw. hot desk). Zazwyczaj użytkownicy takich miejsc nie dbają o to, na którym piętrze znajdują się biurka – chcą do nich dotrzeć jak najszybciej. Gdyby w opisywanym biurowcu była zainstalowana winda zasilana informacjami z DT, mogłaby kierować użytkowników poszukujących miejsc do pracy na piętro z wolnymi biurkami. Co więcej, gdyby winda otrzymała informacje, że na danym piętrze nie ma już wolnych biurek, to kolejne osoby zostałyby zawiezione na następne piętro, tam gdzie jest jeszcze miejsce . Ponadto, po zakończeniu pracy przez ludzi, cyfrowy bliźniak może wysyłać sygnały na puste piętra, by wyłączyć oświetlenie i zamknąć dostęp.

Oczywiście, aby powyższy schemat działał poprawnie, wszystkie biurka musiałby być wyposażone w czujniki, które następnie przekazałyby odpowiednie dane do DT.

Boston w lustrzanym odbiciu

Warto podkreślić, że istnieje miasto, które ma już swojego cyfrowego bliźniaka. Mowa o Bostonie, w którym od niemalże 40 lat do planowania urbanistycznego wykorzystywane są modele 3D. Powodem tego stanu rzeczy było wywalczenie przez lokalnych aktywistów prawa, które ograniczyło budowę wysokich budynków w okolicy Boston Common – centralnego parku miejskiego.

Obecnie cyfrowy bliźniak metropolii umożliwia przeprowadzanie analiz jakościowych, dzięki którym możliwa jest np. szybka wizualizacja zacienienia, oraz jakościowych, które dostarczają danych o tym, jak dla danego miejsca będzie ono wyglądać w zależności od pory roku. A już niedługo technologia DT umożliwi też bostończykom m.in. modelowanie powodziowe.

W przyszłości wszystko będzie miało swojego cyfrowego bliźniaka. Technologia, która zmienia dziś Przemysł 4.0, niedługo zacznie wpływać na kolejne branże, dlatego już teraz warto przyjrzeć jej się bliżej, by czerpać z technologii lustrzanego świata.