Digitala tvillingar: vad är det och hur det fungerar

En digital tvilling är en virtuell modell av ett fysiskt objekt som ofta används för simuleringar, testning och övervakning av det fysiska objektet.

De gör det lättare att visualisera komplexa projekt, som stora maskiner, jetmotorer, smarta städer och allmännyttiga installationer.

Digitala tvillingar kan också finnas för obefintliga objekt – i så fall används de för planering och utveckling av ett sådant objekt.

Den här bloggen beskriver allt du behöver veta om digitala tvillingar och för att se om det kan gynna ditt nästa projekt.

Egenskaper hos digitala tvillingar

Digital tvillingteknologi skiljer sig från andra teknologier med en unik uppsättning egenskaper och dessa inkluderar:

• modularitet: Digital tvillingteknik tillämpar ofta en modulär designstrategi för att bygga en enda maskin med flera komponenter. Detta tillvägagångssätt gör det enkelt att identifiera specifika komponenter som kan bytas ut, förbättras eller justeras på något sätt för att uppnå önskat resultat.
• Anslutningar: Digitala tvillingar förlitar sig också mycket på anslutning och detta uppnås vanligtvis av anslutna sensorer via IoT-enheter. Denna anslutning går åt båda hållen för att möjliggöra kommunikation mellan de digitala och fysiska tvillingarna.
• Smart & omprogrammerbar: Digitala tvillingsystem är smarta i den meningen att man kan göra ändringar i olika parametrar. Information från IoT-sensorer, till exempel, kan få den digitala tvillingen att justera vissa parametrar, och likaså skicka dessa nya inställningar över till den fysiska tvillingen för att justera sig själv.
• homogenisering: Homogenisering avser effektivisering av all data och indata från den fysiska maskinen i ett enkelt, digitalt format som gör det enkelt att dela med andra användare, system eller gruppmedlemmar.
• Göra digitala spår: Digitala tvillingar lämnar också spår som gör det enkelt att spola tillbaka en maskins tillstånd, till exempel till en tidigare tidpunkt innan ett fel inträffade. Således gör det enkelt att diagnostisera problem.

Hur digitala tvillingar fungerar

Processen för digitala tvillingars funktionalitet är relativt enkel. Här är den grundläggande 3-stegsprocessen.

1. Den fysiska tvillingen

För det första är det det fysiska föremålet eller maskinen, som kan vara allt från en V8-förbränningsmotor till en turbofläktjetmotor, en monteringslinje i en fabrik eller en hel försörjningskedja. En fysisk tvilling är utrustad med sensorer som samlar in och överför alla former av data från den till sin virtuella tvilling. Dessa data kan inkludera temperatur, rotationer per minut, tryck, ljudnivå, vibrationer och så vidare.

2. Den digitala tvillingen

I datorvärlden skapas en motsvarande virtuell modell av den fysiska tvillingen för en virtuell simulering. Denna virtuella modell kan vara så enkel eller komplex som behövs. Den kan använda enkla grafiska representationer eller använda mer komplex grafik med fysiska eller tekniska principer som gör att den efterliknar sin fysiska tvilling mer autentiskt. 

3. Dataanslutningen

Systemet blir först komplett när livedata från sensorerna matas in i den digitala tvillingen för att skapa en återkopplingsslinga i realtid, där den fysiska tvillingen påverkar sin digitala motsvarighet, och den digitala tvillingen i sin tur också kan övervaka den fysiska prestandan, köra simuleringar, göra ändringar i den fysiska tvillingen eller användas för att träna personal för arbete.

Fördelarna med digitala tvillingar

Fördelarna med digitala tvillingar är många och här är några:

• Förutsägande underhåll: Genom att kontinuerligt övervaka utrustningen och dess prestanda möjliggör digitala tvillingar förutsägande underhåll och kan hjälpa till att förhindra kostsamma utrustningsfel och oplanerade stillestånd.
• Förbättrad operativ effektivitet: Genom att ge insikter för att optimera processer och optimalt allokera resurser baserat på realtidsdata, kan digitala tvillingar också leda till betydande produktivitetsvinster.
• Förbättrad säkerhet och riskhantering: Farliga scenarier kan simuleras med en digital tvilling för att identifiera potentiella faror och vidta lämpliga åtgärder.
• Innovation och produktutveckling: Digitala tvillingar kan hjälpa till att underlätta innovation genom att tillhandahålla en virtuell miljö för att testa och förfina idéer innan de bestämmer sig för fysisk produktion. Detta kan påskynda innovations- och produktutvecklingsprocessen och hjälpa till att få ut produkterna snabbare på marknaden.
• Förbättrat beslutsfattande: Digitala tvillingar ger datadrivna insikter i realtid om fysiska systems tillstånd och prestanda. Denna information kan ge beslutsfattare möjlighet att göra välgrundade val, optimera sina systems processer och reagera på oförutsedda omständigheter på ett lättare sätt.
• Kostnadsbesparingar: Digitala tvillingar kan bidra till kostnadsbesparingar i en organisation genom prediktivt underhåll, processoptimering och förbättrad övergripande resurshantering.

Typer av digitala tvillingar

Det finns olika typer av digitala tvillingar, baserat på deras tillämpning eller omfattning. Här är de viktigaste:

• Komponent tvillingar: Kallas även delarna tvilling, detta är en digital tvilling som motsvarar det minsta elementet i ett system. Ett exempel är en enkelkolv från en 6-cylindrig motor. Komponenttvillingar kan övervaka specifika parametrar som vibrationer och temperatur.
• Produkt Tvillingar: En produkt- eller tillgångstvilling kombinerar vanligtvis flera komponenttvillingar för att uppnå denna modell med högre komplexitet. Produkttvillingar representerar vanligtvis fysiska produkter, såsom en motor, en ventilator och så vidare.
• Process Tvillingar: Används för att modellera och simulera operationer eller arbetsflöden inom ett system. Processtvillingar kan användas för att optimera eller övervaka industriella processer som tillverkning och supply chain management.
• System Tvillingar: Kombinerar flera processer eller produkttvillingar för att skapa ett komplext system som används för att analysera eller simulera interaktioner mellan olika virtuella modeller som en enda enhet.

Tillämpningar över branscher

Företag tillämpar digital tvillingteknologi till olika industrier runt om i världen. Här är några av dessa stora applikationer:

• Tillverkning: Digitala tvillingar hjälper till att optimera produktionsprocessen i fabriker och därigenom minimera stillestånd, övervaka utrustningens hälsa och förbättra företagets totala operativa effektivitet.
• Aerospace: Flygtillverkare använder digitala tvillingar för design och testning av flygplanskomponenter. Andra använder den för realtidsövervakning, som Rolls-Royce gör med sina motorer.
• Smarta städer: Smarta städer använder digitala tvillingar i trafikoptimering, energiövervakning, ledning och fattar olika välgrundade beslut som kommer att gynna stadens invånare.
• Energi och verktyg: Digital tvillingteknik hjälper till att hantera förnybara energikällor, elnät och alla komplexa blandningar av energisystem. De kan hjälpa till med optimering av resursallokering, förutsägelse av energibehov och så vidare.
• Konstruktion: Digitala tvillingar gör det möjligt för arkitekter och ingenjörer att visualisera och simulera olika alternativ innan de bryter mark. Dessutom kan de också övervaka en byggnad efter bygget.
• Supply Chain Management: Komplexa försörjningskedjor kan använda digital tvillingteknologi för att spåra varor och material i realtid, optimera transportrutter, identifiera potentiella förseningar och förbättra den övergripande effektiviteten i försörjningskedjan.
• Produktutveckling: Digitala tvillingar kan användas för att virtuellt testa och förfina nya produkter innan de släpps ut på marknaden, vilket minskar utvecklingskostnaderna.

Exempel applikationer

Här är några minnesvärda exempel på de olika sätt som företag använder digital tvillingteknik.

• GE vindkraftverk: GE använder digitala tvillingar av vindturbiner för prestandaövervakning och förutsägande underhåll.
• SpaceX: En digital tvilling av dess Dragon-kapsel gör det möjligt för förare att övervaka och justera banor, laster och framdrivningssystem för säkerhet och tillförlitlighet.
• Singapore Smart City: Singapore utvecklar en digital tvilling av hela staden, inklusive byggnader, infrastruktur och dess transportnätverk för att övervaka energiförbrukning, luftkvalitet och trafik i realtid.
• Schneider Electrics nät: Schneider Electric använder digitala tvillingar av elnät för optimering av energiflödet, förutsägelser om potentiella avbrott och nätmotståndskraft.
• AB InBev: Världens största bryggare använder digital tvillingteknologi för att hantera sina leveranskedjor och produktionslinjer.
• Rolls Royce: Rolls-Royce-företaget använder digitala tvillingar av sina flygplansmotorer för motorspårning, optimering och bränsleeffektivitet i realtid.
• Unilever: Denna tillverkningsjätte använder digital tvillingteknologi för processoptimering och resursmaximering i sina fabriker.
• Boston Consulting Group: Boston Consulting Group (BCG) använder digitala tvillingar av affärsprocesser för att identifiera och lösa ineffektivitet, förutsäga processflaskhalsar och optimera resursallokering i sina kunders verksamheter.

Digital tvillingrelaterad teknik

Digital tvillingteknik utvecklas inte i ett vakuum. De är ett resultat av interaktion med flera andra tekniker, som inkluderar följande:

• AI & ML: Artificiell intelligens (AI) och maskininlärning (ML) är datavetenskapliga områden som gör det enkelt för ingenjörer att ta sensor- och dataindata från digitala tvillingsystem och omvandla dem till praktiska insikter eller andra värdefulla affärsapplikationer.
• IoT: Internet of Things (IoT) är den växande webben av sammankopplade enheter som kan kommunicera med varandra och med andra datorplattformar. IoT-applikationer och innovationer är fortfarande på uppgång.
• Utökad verklighet: Utökad verklighet är ett paraplybegrepp som syftar på virtuell verklighet, augmented reality och mixed reality-applikationer.
• Cloud & Edge: Molnplattformar gör datahomogenisering enklare, medan kanten beräkning system hjälper företag att optimera sin infrastruktur och databehandlingskapacitet.
• simulatorer: Från 3D-modelleringssystem till fysikmotorer, visualiseringsverktyg och andra plattformar som möjliggör skapandet och visualiseringen av digitala tvillingar.
• Blockchain: Vissa digitala tvillingapplikationer, till exempel supply chain-lösningar, gäller Blockchain-teknologier för exakt och tillförlitlig datahantering.

Resurser

• Wikipedia-artikel om digitala tvillingar: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM om digitala tvillingar: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Microsofts Azure Digital Twins-tjänst: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Digitalt tvillingkonsortium: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digital Twin Hub: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Slutsats

Du har sett hur digitala tvillingar förändrar och revolutionerar hur vi uppfattar och interagerar med den fysiska världen. Från produktdesign till orkestrering av hela urbana ekosystem, digitala tvillingar erbjuder oöverträffade insikter, effektivitet och innovation.

Digitala tvillingar kopplar också samman de fysiska och digitala sfärerna med dataanalys i realtid och prediktiva möjligheter, vilket gör det möjligt för industrier att enkelt optimera processer och förbättra beslutsfattandet. Detta kan hjälpa dig och ditt företag att låsa upp nya möjligheter.