Skontaktuj się z nami
Jesteś zainteresowany współpracą? Zadzwoń lub napisz do nas – odpowiemy na wszelkie pytania.
Digital Twin
Koncepcja cyfrowego bliźniaka w budownictwie inżynierii i nie tylko
Czym jest Digital Twin
Cyfrowy bliźniak czyli wspomniany w tytule „Digital Twin” jest wirtualną prezentacją projektowanego i planowanego do realizacji, bądź też już gotowego fizycznego budynku, produktu, systemu lub procesu, która ma za zadanie odzwierciedlić go w nieodróżnialny sposób w cyfrowej kopii wykorzystywanej później w celach praktycznych w postaci symulacji, integracji, testowania, monitorowania i utrzymania czy też zarządzania.
Od początku powstania koncepcji Digital Twin jej celem było zaprezentowanie cyklu życia produktu wykorzystywanego jako podstawa do zarządzania jego fizycznego odpowiednika od projektu, przez budowę, eksploatację, aż po utylizację.
Zdarza się i to dość często, że cyfrowy bliźniak powstaje przed swoim fizycznym odpowiednikiem. Wykorzystanie „Digital Twin” w fazie tworzenia projektu pozwala na modelowanie całego cyklu docelowej jednostki cyfrowo i prowadzenie symulacji testując wiele rozwiązań przed wprowadzeniem ich w życie. Oczywiście już po stworzeniu docelowego produktu może być regularnie synchronizowany ze swoim fizycznym odpowiednikiem.
Dobrym przykładem cyfrowego bliźniaka będzie turbina wiatrowa. Konstrukcja wyposażona w system czujników mierzących wiele składowych wpływających na funkcjonalność , dostarczają duże ilości danych dotyczących zróżnicowanych aspektów działania rzeczywistego bliźniaka. Informacje na temat warunków pogodowych, ilości obrotów, sile wiatru, wydajności energetycznej czy temperaturze, są przekazywane i przetwarzane, aby następnie zastosować je w cyfrowym bliźniaku czyli Digital Twin.
Jednym z pierwszych zastosowań jak również jednym z najciekawszych było wykorzystanie koncepcji cyfrowego bliźniaka w lotnictwie kosmicznym przez NASA. Wykonywali oni symulację startów, lotów i lądowania w oparciu o komputerowe modele prawdziwych wahadłowców. Dane o konstrukcji, materiałach wykorzystanych przy budowie oraz odtworzenie fizyki działającej na statek kosmiczny pozwalały przetwarzać różne warianty podróży, wyliczyć prawdopodobieństwo awarii i wykluczyć ewentualne błędy. Digital Twins – jako cyfrowe odpowiedniki są wynikiem nieustannego doskonalenia projektu produktu docelowego i wszelakich działań inżynieryjnych, które ten proces wzbogacają o możliwie jak najwięcej danych. Koncepcyjne szkice, rysunki techniczne oparte na ręcznym wykonywaniu pracy inżyniera przeszły przez kolejny etap wspomaganej komputerowo pracy do ostatniego jakim jest całkowicie cyfrowa inżynieria systemów do modelowania nierozerwalnie połączona bez pośrednim przepływem informacji z i do fizycznego odpowiednika.
Digital Twin dzieli się na trzy zakresy zaawansowania projektu:
DTP – Digital Twin Prototype czyli prototyp cyfrowego bliźniaka, na który składają się wszystkie projekty, analizy, procesy prefabrykacji, które mają doprowadzić do realizacji fizycznego bliźniaka w jak najbardziej efektywnej i dopracowanej formie.
DTI – Digital Twin Instance – czyli cyfrowa manifestacja fizycznego obiektu w jednostkowej formie. Każdy realnie wytworzony bliźniak ma swój pojedynczy DTI, który jest z nim powiązany przez cały okres użytkowania, aż do jego utylizacji.
DTA – Digital Twin Aggregate – to zbiór wszystkich DTI w formie zagregowanej cyfrowej bazy danych gdzie informacje na temat każdego bliźniaka z danej struktury są połączone i mogą pełnić wielu przydatnych funkcji takich jak archiwum bazy danych, prognozowanie i tworzenie symulacji, źródło wiedzy i nauki na temat wybranych konstrukcji i systemów mających na celu dalsze usprawnianie wszystkich procesów.
ZASTOSOWANIE DIGITAL TWIN W PRAKTYCE
Klasyczny podział na poziomy modelowania BIM kształtuje się następująco
INTELIGENTNE FABRYKI
NADZÓR NAD PROJEKTEM I SYSTEMAMI
BUDOWNICTWO OD A DO Z
MIASTO PRZYSZŁOŚCI
INTELIGENTNE FABRYKI – Optymalizowanie procesów produkcyjnych przynosi wymierne korzyści co można zaobserwować na przykładzie jednego z koncernów. Unilever w swoim prototypowym projekcie wykorzystującym sztuczną inteligencję ograniczył konsumpcję energii i równocześnie podniósł produktywność w jednej ze swoich fabryk co przełożyło się na oszczędność 2,8 mln dolarów.
NADZÓR NAD PROJEKTEM I SYSTEMAMI – firma General Electric dzięki wykorzystaniu uczenia maszynowego zaprojektowała system, który potrafi przewidzieć ryzyko awarii i obliczyć prawdopodobne koszty usunięcia takiej awarii. Nadzoruje w ten sposób swoje instalacje sieci energetycznych, turbin wiatrowych i gazowych, a także pracę silników samolotów.
BUDOWNICTWO OD A DO Z – Zastosowanie cyfrowych bliźniaków w budownictwie to gwarancja bezproblemowego przejścia od projektu przez budowę i zarządzenie gotowym obiektem, po jego rozbiórkę. Cyfrowy bliźniak nie tylko monitoruje obiekt na bieżąco, ale także pozwala określić termin wykonania i koszty niezbędnych remontów.
MIASTO PRZYSZŁOŚCI – Jednym z Miast które aktywnie korzysta z tego rozwiązania jest Singapur. Śledzenie danych z kamer miejskich w czasie rzeczywistym, pomiary z czujników wilgotności, temperatury powietrza pozwalają reagować na zagrożenia jak tylko się pojawią, a nawet im zapobiegać przeprowadzając symulacje takich zdarzeń jak klęski żywiołowe czy katastrofy drogowe.
DIGITAL TWIN – A BIM
Nasze realizacje cyfrowych bliźniaków
Proces BIM (link do modelowania BIM) obejmuje dane stworzone podczas faz planowania i projektowania. Bliźniak cyfrowy rozszerza pozyskiwanie danych na fazę budowy i eksploatacji obiektu – a także może stanowić źródło informacji na temat planowania i projektowania przyszłych projektów.
Wykorzystanie pełnych możliwości Digital Twin wymaga wielodyscyplinarnych modeli w samym rdzeniu oraz integracji systemów i danych w ramach przepływu pracy i pomiędzy zaangażowanymi w proces stronami. BIM jest najskuteczniejszą drogą do stworzenia dokładnego, wysokiej wartości cyfrowego bliźniaka. Oto kilka przykładów naszych realizacji DIGITAL TWINS:
Galeria handlowa Mammut, Budapeszt:
Jeden z najbardziej wymagających projektów ze względu na swoją wielkość. Sama powierzchnia galerii to ponad 100 tysięcy metrów kwadratowych, ale całkowita powierzchnia zeskanowana i modelowana przez naszych specjalistów przekroczyła 200 tysięcy m2.
KORZYŚCI WYNIKAJĄCE Z ZASTOSOWANIA DIGITAL TWIN
01.
Konserwacja predykcyjna
Firmy zajmujące się konserwacją budynków – czy to zewnętrzny operator czy firma zarządzająca – będą mogły precyzyjnie przewidzieć, kiedy i jak długo będą używane poszczególne elementy systemu wentylacyjnego, przeciwpożarowego czy wodno-kanalizacyjnego i czy zachowują się zgodnie z przeznaczeniem i specyfikacją. Pozwoli to wykryć awarię zanim do niej dojdzie lub wymienić elementy eksploatacyjne przed ich zużyciem. Takie zastosowanie „Digital Twin” pozwala to na optymalne zaplanowanie pracy techników i automatyczne zamawianie wymaganych części zamiennych z wyprzedzeniem.
02.
Zarządzanie przestrzenią
Częstotliwość i czas użytkowania, temperatura lub kontrola dostępu: zarządzanie obiektem korzysta z połączenia szerokiego zakresu parametrów i danych z różnych systemów. Takie podejście nie tylko generuje cenne spostrzeżenia dla optymalnego wykorzystania różnych części budynku, ale może być również zastosowane do uzyskania inteligentnych rozwiązań w zakresie zarządzania cyfrowym bliźniakiem.
03.
Nawigacja w pomieszczeniach
Kiedy ludzie przychodzą na spotkania w nieznanych im budynkach, znalezienie właściwego pomieszczenia może czasem zamienić się w szalony maraton. Pomocą może być łatwy w użyciu cyfrowy system nawigacji wewnętrznej, który wygodnie poprowadzi gości z garażu podziemnego do właściwej sali konferencyjnej lub innego miejsca w budynku.
04.
Szybsza ocena ryzyka i czas produkcji
Digital Twin pozawala firmie na weryfikację i testy finalnego produktu zanim powstanie naprawdę. Projektując cyfrową replikę planowanego procesu, obiektu, systemu czy maszyny ta technologia umożliwia projektantom i inżynierom na wykrywanie możliwych awarii, konfliktów instalacji w budynku i wszelkich niedociągnięć jeszcze przez rozpoczęciem produkcji lub budowy. Mogą nawet celowo zakłócać działanie systemu, żeby móc przetestować nieoczekiwane scenariusze, zbadać reakcję danego procesu na nowe zmienne, a także określić właściwe strategie. Cyfrowy bliźniak podniesie możliwości oceny ryzyka na zupełnie nowy poziom, ułatwi projektowanie i testy nowych maszyn i urządzeń, zoptymalizuje pracę fabryki i linii produkcyjnej czy też zapewni bezproblemową eksploatację obiektów.
05.
Zdalne monitorowanie
Kontrola wydajności procesów i systemów w czasie rzeczywistym bywa bardzo trudnym zadaniem, a w niektórych przypadkach wręcz niemożliwym do wykonania. Dzięki „Digital Twin” zdalny dostęp z dowolnego miejsca jest nie tylko możliwy, ale i łatwy przez co kontrola i monitorowanie wydajności systemów czy obiektów przebiega komfortowo i szybko.
06.
Efektywne decyzje finansowe
Dzięki integracji baz danych takich jak koszty materiałów, usługi, pracy czy niezbędnych narządzi cyfrowy bliźniak pozwala przedstawić te dane w cyfrowej formie w czasie rzeczywistym. Wnikliwa analiza tak dużej ilości danych umożliwia podejmowanie decyzji opartej na wiedzy co przekłada się na oszczędności nie tylko finansowe, ale także skraca czas niezbędny na ich podjęcie.
Słowem Podsumowania:
Jak już wiemy planowanie bliźniacze czyli „Digital Twin” odnosi się do dwutorowego planowania gdzie pierwszy poziom to planowanie wirtualne, a drugi rzeczywiste.
Wirtualny bliźniak pozawala na wprowadzanie modyfikacji, testowanie systemów, instalacji i procesów w celu zrozumienia ich wpływu na fizyczny model dzięki czemu nie trzeba przerywać produkcji, budowy czy procesów wdrażania.
Nacisk na efektywne kosztowo projektowanie i budowanie, ale co najważniejsze późniejszej eksploatacji wymaga wprowadzenia takich rozwiązań jako niezbędnej części składowej inwestycji.
Analizy rynku prowadzone przez wyspecjalizowane firmy badawcze prognozują, że wartość Digital Twin do 2025 roku wzrośnie do 30 mld dolarów, a nawet przebije tą barierę. Obecnie uważa się, że szczególne zapotrzebowanie na technologie Cyfrowych Bliźniaków pojawi się przede wszystkim w Chinach i Indiach, ale kwestią czasu będzie rozwój na pozostałych rynkach.
Choć wprowadzenia tej technologii na dzień dzisiejszy wiąże się niejednokrotnie z dużymi kosztami to jak to tak jak to bywa z nowoczesnymi rozwiązaniami, prędzej czy później stają się coraz tańsze i przez to bardziej powszechne.
Biorąc pod uwagę postępującą transformację cyfrową i imersję ludzi ze światem wirtualnym można pokusić się o stwierdzenie, że powstanie cyfrowych bliźniaków nie tylko większości obiektów, maszyn, narzędzi, ale i ludzi to tylko kwestia czasu.