Čo je digitálne dvojča?

Poďme k prvej a pravdepodobne najdôležitejšej otázke: Čo je to vlastne digitálne dvojča? Digitálne dvojča je virtuálny model procesu, produktu alebo služby. Slúži ako prepojenie medzi skutočným a virtuálnym svetom. Digitálne dvojča môže byť tiež obrazom digitálneho produktu. Pri jeho vytváraní nezáleží na tom, či zobrazený objekt existuje alebo bude existovať až v budúcnosti.

Digitálne dvojča môže používať skutočné údaje zo snímačov na virtuálnu simuláciu reálnych pracovných podmienok alebo informácií o polohe a stave zariadenia. Týmto spôsobom možno vopred analyzovať pracovné procesy, predchádzať zdrojom chýb alebo znižovať opotrebenie. Výsledkom sú kratšie prestoje a pomalšie opotrebovanie strojov. Takéto digitálne dvojčatá, ktoré dokážu mapovať životný cyklus produktov, procesov alebo služieb, sú v zložitejších odvetviach čoraz potrebnejšie.

Pozrime sa na jednoduchý príklad. Povedzme, že máte externú batériu, ktorú môžete použiť na nabíjanie smartfónov a ďalších zariadení pomocou kábla USB. Ak má táto batéria digitálne dvojča, môžete vopred simulovať, ako často môžete nabíjať svoje zariadenia na jedno nabitie a ako dlho bude batéria pri súčasnom používaní fungovať. Digitálne dvojča môže byť tiež schopné detegovať chyby pri používaní zariadenia, ktoré by skôr či neskôr výrazne znížili jeho životnosť.

Technologické spoločnosti vytvárajú digitálne dvojčatá v rôznych mierkach, od atómov po planéty. Chemické reakcie, liekové interakcie, motorové vozidlá, lietadlá, rafinérske spoločnosti a celé mestá môžu byť modelované a môžu mať svoje digitálne dvojča. Dalo by sa povedať, že digitálne dvojča chemickej reakcie je jednoduchšie ako digitálne dvojča celého mesta, ktoré môže byť zložité. Jedným z pozoruhodných trendov je vývoj komplexnejších digitálnych dvojčiat, pri ktorých spoločnosti prechádzajú od modelovania jednotlivých produktov alebo strojov po modelovanie kompletných výrobných liniek, tovární a zariadení.

Podobne sa vyvíja úsilie o vytvorenie digitálnych dvojčiat pre celé mestá alebo dokonca vnútroštátnu energetickú infraštruktúru a dopravné siete. Spojené kráľovstvo dokonca pracuje na plánoch rozvoja digitálneho dvojčaťa v celej krajine, ktoré by slúžilo ako úložisko viacerých zdrojov údajov týkajúcich sa budov, infraštruktúry a verejných služieb.

Ako funguje digitálne dvojča?

Digitálne dvojča vyžaduje tri rôzne prvky: pôvodný objekt, digitálne dvojča ako virtuálny objekt a informácie, ktoré ich spájajú. Pôvodný objekt má snímače, ktoré merajú najdôležitejšie údaje. Tie sa preposielajú do systému, kde sa spracúvajú a vyhodnocujú. Na základe týchto údajov môže digitálne dvojča simulovať okrem iného budúce hodnoty a vznikajúce problémy, aby bolo možné vylepšiť sledované procesy a služby.

Aké výhody má digitálne dvojča?

V skratke by sa dalo povedať, že digitálne dvojčatá môžu byť použité rôznym spôsobom s cieľom pridania hodnoty produktu, procesu alebo službe, používateľovi alebo spoločnosti. Pridaná hodnota aj investícia potrebná na jej zachytenie do veľkej miery závisí od aplikácie. Schopnosť okamžite si predstaviť stav technických prostriedkov prostredníctvom digitálneho dvojčaťa je veľmi cenná, napríklad ak ide o kozmickú loď alebo veterné elektrárne na mori. Digitálne dvojčatá uľahčujú prístup k informáciám a ľahšie ich interpretujú z diaľky.

Digitálne dvojča možno hlavne v oblasti výskumu a návrhu procesu alebo služby využiť na ilustráciu účinkov rôznych rozhodnutí. To je zaujímavé napríklad v prípade rakety alebo lietadla, kde môžu mať aj malé zmeny vonkajšieho plášťa obrovský vplyv na aerodynamiku a tým na rýchlosť a spotrebu paliva. Digitálne dvojča dokáže predpovedať budúci stav reálneho zariadenia, produktu alebo služby. Jedným z príkladov je použitie digitálnych dvojičiek energetickej spoločnosti GE na veterných farmách na predpovedanie výkonu. Najsofistikovanejšie digitálne dvojčatá robia viac, než len predpovedajú problém, ktorý sa môže vyskytnúť; navrhujú aj zodpovedajúce riešenie. Digitálne dvojčatá budú zohrávať významnú úlohu pri vývoji budúcich inteligentných tovární, ktoré sú schopné robiť autonómne rozhodnutia o tom, čo robiť, kedy a ako s cieľom maximalizovať spokojnosť zákazníkov – a ziskovosť.

Digitálne dvojča aj v energetickom sektore

Výroba energie či už fosílnymi palivami, alebo obnoviteľnými zdrojmi energie často prebieha v odľahlých a ťažko dostupných oblastiach. Tieto skutočnosti sú hnacou silou výskumu a nasadzovania digitálnych dvojčiat ako spôsobu na zlepšenie dostupnosti, spoľahlivosti a bezpečnosti týchto prevádzok pri súčasnom udržaní prevádzkových nákladov pod kontrolou.

Spoločnosť Aker BP venujúca sa ropnému a plynárenskému priemyslu v spolupráci so spoločnosťou Siemens implementovala digitálne dvojča pri nórskom pobreží. Projekt bol natoľko úspešný, že sa znížili nároky na pracovnú silu na ropnej plošine a optimalizovala sa plánovaná údržba zariadení. Strategická dohoda medzi Akerom BP a Siemensom viedla k vyvinutiu riešenia na automatizáciu digitálneho životného cyklu a analýzu výkonnosti pre všetky budúce zariadenia.

Spoločnosť Royal Dutch Shell sa zapojila do dvojročného projektu zameraného na vývoj digitálneho dvojčaťa na výrobnej plošine v Severnom mori. V rámci spoločného priemyselného projektu spolupracuje Royal Dutch Shell so spoločnosťou Akselos, ktorá sa venuje simuláciám, a so spoločnosťou LIC Engineering, ktorá pôsobí v oblasti vývoja a výskumu v ťažobnom priemysle a námornej energetike. Pilotný projekt zahŕňa vývoj štrukturálneho modelu plošiny, ktorý bude využívať údaje zo snímačov na monitorovanie jej „zdravotného“ stavu a predpovedanie jej budúceho stavu.

Digitálne dvojča sa používa aj v oblasti veternej energie. Nórska inžinierska poradenská spoločnosť DNV GL Group vyvinula WindGEMINI, balík digitálnych dvojičiek, ktorý obsahuje fyzikálne modely na monitorovanie štrukturálnej integrity a predpovedanie zostávajúcej únavovej životnosti turbín a komponentov. Energetická spoločnosť GE skúma potenciál digitálnych dvojčiat v oblasti veterných turbín. V jednom pilotnom projekte spoločnosť vytvorila teplotný model kľúčových komponentov veterných turbín, ktorý umožnil pracovníkom vyrobiť virtuálne snímače, ktoré odhadujú teplotu neprístupných komponentov na základe údajov z fyzických senzorov nainštalovaných v okolí.

Podobne fínsky prevádzkovateľ elektrizačnej prenosovej sústavy Fingrid spolupracoval s IBM, Siemensom a ďalšími partnermi pri budovaní digitálneho dvojčaťa fínskej energetickej siete. Informačný systém Electricity Verkko spája niekoľko rôznych systémov do jednej aplikácie, čím poskytuje spoločnosti Fingrid konzistentný, komplexný a neustále aktualizovaný model svojej siete. Digitálne dvojča sa používa v každodenných sieťových operáciách, čo pomáha zamestnancom riadiť toky energie a nastavovať ochranu tak, aby uspokojili dopyt bez preťaženia transformátorov alebo prenosových vedení. Podporuje aj činnosti spojené s projektovaním a plánovaním, čo umožňuje prevádzkovateľovi simulovať pravdepodobný vplyv zmien v konfigurácii siete alebo investícií.

Budúcnosť je teraz

Každá technologická vlna je sprevádzaná jedinečným súborom výziev a digitálne dvojčatá nie sú výnimkou. Digitálne dvojčatá v súčasnosti zlepšujú prevádzkové hodnotové reťazce v strojárskom, vo výrobnom a v automobilovom priemysle. Zatiaľ čo sa digitálne dvojčatá môžu zdať pre energetický priemysel hudbou budúcnosti, priemysel ukazuje ich všestranné využitie. Prinášajú hlbší prehľad o plánovaní, návrhu, prevádzke a optimalizácii procesov. Prínosom digitálnych dvojčiat budú lepšie prevádzkové výsledky a nové silné obchodné modely.

Zdroje

[1] Digital twin: towards a meaningful framework. ARUP. [online]. Citované 7. 9. 2020. Dostupné na: https://www.arup.com/perspectives/publications/research/section/digital-twin-towards-a-meaningful-framework.

[2] Digital Twins in Logistics. DHL. [online]. Citované 7. 9. 2020. Dostupné na: https://www.dhl.com/content/dam/dhl/global/core/documents/pdf/glo-core-digital-twins-in-logistics.pdf.

[3] Walters, A.-M. How Digital Twins Drive Innovation in the Energy Sector. Bentley. [online]. Citované 7. 9. 2020. Dostupné na: https://www.bentley.com/en/perspectives-and-viewpoints/topics/perspectives/2019/digital-twins-drive-innovation-in-energy-sector.

[4] Gregor, M. – Mačuš, P.: Digitálne dvojča & Factory Twin. MM Průmyslové spektrum. [online]. Publikované 6. 3. 2019. Citované 7. 9. 2020. Dostupné na: https://www.mmspektrum.com/clanek/digitalne-dvojca-factory-twin.html.