Digitální dvojče je virtuální reprezentace fyzického produktu nebo procesu, která se používá k pochopení a předvídání výkonnostních charakteristik fyzického protějšku. Digitální dvojčata se používají k simulaci, předvídání a optimalizaci produktu a výrobního systému před investicí do fyzických prototypů.
Digitální dvojče je virtuální reprezentace nebo digitální protějšek fyzického objektu, systému nebo procesu. Je vytvořen pomocí dat v reálném čase, simulačních a modelovacích technik, které odrážejí chování, vlastnosti a výkon jeho fyzického protějšku. Digitální dvojčata se používají v různých odvětvích, včetně výroby, zdravotnictví, dopravy a energetiky, k optimalizaci výkonu, monitorování provozu a usnadnění rozhodování.
Související produkty: NX CAD | Simulační software Simcenter | Solid Edge
Digitální dvojčata nabízejí výkonný rámec pro získávání přehledů, optimalizaci výkonu a podporu inovací v různých odvětvích tím, že překlenují propast mezi fyzickým a digitálním světem.
Digitální dvojčata podporují celý životní cyklus produktu nebo systému, od návrhu a vývoje až po provoz a údržbu. Mohou být použity pro ověřování návrhu, testování, školení a dokonce i pro vyřazení z provozu.
Digitální dvojčata usnadňují spolupráci mezi různými zúčastněnými stranami, jako jsou inženýři, operátoři a pracovníci údržby, tím, že poskytují společnou platformu pro sdílení, analýzu a rozhodování dat.
Digitální dvojčata eliminují potřebu fyzických prototypů, zkracují dobu vývoje a zlepšují kvalitu kombinací multifyzikálních simulací, analýzy dat a strojového učení k demonstraci dopadu změn návrhu, scénářů použití, podmínek prostředí a dalších proměnných.
Digitální dvojčata jsou průběžně aktualizována daty ze senzorů, zařízení IoT a dalších zdrojů v reálném čase a poskytují přesnou reprezentaci fyzického aktiva nebo systému v daném okamžiku.
Digitální dvojčata často zahrnují simulační a modelovací techniky pro simulaci chování a výkonu fyzického aktiva nebo systému za různých podmínek. To umožňuje prediktivní analýzu, optimalizaci a plánování scénářů.
Digitální dvojčata umožňují obousměrnou komunikaci mezi virtuálním modelem a jeho fyzickým protějškem. To znamená, že data a poznatky z digitálního dvojčete mohou informovat o rozhodnutích a akcích ve fyzickém světě a naopak.
Digitální dvojčata umožňují monitorování a řízení fyzického aktiva nebo systému v reálném čase z virtuálního prostředí. To umožňuje vzdálené monitorování, diagnostiku a prediktivní údržbu za účelem optimalizace výkonu a snížení prostojů.
Výroba
Digitální dvojčata výrobních procesů a zařízení mohou optimalizovat výrobní plány, předvídat poruchy zařízení a zlepšit celkovou efektivitu.
Chytrá města
Digitální dvojčata městské infrastruktury, jako jsou dopravní sítě a inženýrské sítě, mohou optimalizovat dopravní tok, řídit spotřebu energie a zlepšovat veřejné služby.
Zdravotní péče
Digitální dvojčata fyziologie pacienta a zdravotnických prostředků mohou podporovat personalizované léčebné plány, vzdáleně sledovat zdravotní metriky a simulovat chirurgické zákroky.
Energie
Digitální dvojčata elektráren a systémů obnovitelných zdrojů energie mohou optimalizovat výrobu energie, předvídat poruchy zařízení a řídit stabilitu sítě.
Modelování digitálních dvojčat může být součástí softwaru CAD (Computer-Aided Design) i simulačního softwaru v závislosti na konkrétních funkcích a možnostech daného softwaru.
Software CAD
CAD software se primárně používá pro tvorbu detailních 3D modelů fyzických objektů nebo systémů. V kontextu digitálních dvojčat lze CAD software použít k vytvoření virtuální reprezentace nebo geometrie fyzického aktiva. To zahrnuje modelování geometrie, struktury, komponent a sestav fyzického objektu. CAD software se obvykle zaměřuje na geometrickou reprezentaci a záměr návrhu, což inženýrům umožňuje vytvářet přesné virtuální modely produktů nebo systémů.
Simulační software
Simulační software se na druhé straně používá k simulaci chování a výkonu fyzických systémů za různých podmínek. Simulační software může zahrnovat modelování digitálních dvojčat integrací dat v reálném čase, fyzikálních modelů a simulačních technik k vytvoření virtuální reprezentace fyzického aktiva. To zahrnuje simulaci dynamického chování, interakcí a výkonnostních charakteristik fyzického systému. Simulační software se zaměřuje na analýzu a předpovídání chování systému na základě základních fyzikálních principů.
V praxi modelování digitálních dvojčat často zahrnuje kombinaci CAD softwaru a simulačního softwaru. CAD software se používá k vytvoření geometrické reprezentace fyzického aktiva, zatímco simulační software se používá k simulaci chování a výkonu digitálního dvojčete. Integrace mezi CAD a simulačním softwarem umožňuje inženýrům vytvářet komplexní digitální dvojčata, která přesně reprezentují fyzický systém a jeho dynamické chování. Některé softwarové platformy navíc nabízejí integrovaná řešení, která kombinují možnosti CAD a simulace do jediné platformy, což uživatelům umožňuje bezproblémový přechod od návrhu k analýze ve stejném prostředí. Tato integrovaná řešení umožňují inženýrům efektivněji a efektivněji vytvářet, simulovat a optimalizovat digitální dvojčata.
Možnosti využití digitálního dvojčete závisí na tom, v jaké fázi životního cyklu výrobku se provádí modelování. Obecně lze říci, že existují tři typy digitálních dvojčat: produkt, produkce a výkon. Kombinace a integrace tří digitálních dvojčat, která se vyvíjejí společně, je známá jako digitální vlákno. Termín "vlákno" se používá, protože je vetkán do všech fází životního cyklu produktu a výroby a spojuje z nich data.
Digitální dvojčata produktu replikují fyzické produkty v digitální podobě. Používají se při návrhu, testování a simulaci produktů. Digitální dvojčata produktu pomáhají inženýrům a designérům analyzovat, jak bude produkt fungovat za různých podmínek, což jim umožňuje optimalizovat jeho návrh a funkčnost před zahájením fyzické výroby.
Procesní digitální dvojčata simulují a analyzují chování fyzikálních procesů nebo systémů. Používají se k monitorování, řízení a optimalizaci operací složitých systémů, jako jsou výrobní závody, dodavatelské řetězce a energetické sítě. Digitální dvojčata procesů umožňují organizacím vizualizovat, simulovat a analyzovat procesy v reálném čase, což usnadňuje lepší rozhodování a optimalizaci výkonu.
Systémová digitální dvojčata replikují celé systémy nebo ekosystémy v digitálním prostředí. Integrují více digitálních dvojčat produktů, procesů a dalších komponent a komplexně simulují chování složitých systémů. Systémová digitální dvojčata se používají k modelování a analýze rozsáhlých systémů, jako jsou chytrá města, dopravní sítě a průmyslové komplexy.
Na rozdíl od tradičních digitálních dvojčat, která se primárně používají k monitorování a analýze, jsou spustitelná digitální dvojčata aktivní, dynamické modely, které mohou reagovat na vstupy, simulovat scénáře a rozhodovat se autonomně nebo s lidským zásahem. Spustitelné digitální dvojče (neboli xDT). Jednoduše řečeno, xDT je digitální dvojče na čipu. xDT používá data z (relativně) malého počtu senzorů zabudovaných do fyzického produktu k provádění simulací v reálném čase pomocí modelů s redukovaným řádem. Z tohoto malého počtu senzorů dokáže předpovědět fyzický stav v kterémkoli bodě objektu (i v místech, kam by nebylo možné senzory umístit).
Simulace a interakce v reálném čase
Spustitelná digitální dvojčata (xDT) jsou schopna simulovat chování a výkon fyzického aktiva nebo systému v reálném čase. Mohou reagovat na vstupy, simulovat různé provozní podmínky a dynamicky komunikovat s externími systémy nebo uživateli.
Autonomie a rozhodování
Spustitelná digitální dvojčata (xDT) se mohou rozhodovat autonomně na základě předdefinovaných pravidel, algoritmů nebo modelů strojového učení. Mohou analyzovat data, předpovídat výsledky a přijímat opatření k optimalizaci výkonu nebo reagovat na měnící se podmínky.
Regulace v uzavřené smyčce
Spustitelná digitální dvojčata (xDT) často pracují v řídicím systému s uzavřenou smyčkou, kde jsou data ze senzorů a akčních členů v reálném čase přiváděna zpět do virtuálního modelu, aby bylo možné upravit parametry, optimalizovat výkon a udržovat požadované provozní podmínky.
Prediktivní analýza a optimalizace
Spustitelná digitální dvojčata (xDT) používají prediktivní analýzy a optimalizační techniky k předpovídání budoucího chování, identifikaci potenciálních problémů nebo příležitostí a doporučování akcí ke zlepšení výkonu nebo zmírnění rizik.
Integrace s technologiemi IoT a AI
Spustitelná digitální dvojčata (xDT) využívají senzory internetu věcí (IoT), konektivitu a algoritmy umělé inteligence (AI) ke shromažďování dat v reálném čase, analýze složitých vzorců a přijímání informovaných rozhodnutí. Mohou také zahrnovat modely strojového učení pro adaptivní chování a neustálé zlepšování.
Dynamická adaptace a učení
Spustitelná digitální dvojčata (xDT) jsou schopna se učit ze zkušeností a přizpůsobovat se změnám prostředí nebo provozních podmínek v průběhu času. Mohou průběžně aktualizovat své modely, parametry a strategie na základě nových dat a zpětné vazby.
Spustitelná digitální dvojčata nacházejí uplatnění v různých odvětvích, včetně výroby, energetiky, dopravy, zdravotnictví a chytrých měst. Umožňují prediktivní údržbu, autonomní provoz, optimalizaci procesů a podporu rozhodování v komplexních systémech, kde je monitorování a řízení v reálném čase kritické. Celkově lze říci, že spustitelná digitální dvojčata představují další evoluci v technologii digitálních dvojčat a nabízejí vylepšené možnosti pro simulaci, rozhodování a optimalizaci fyzických aktiv a systémů v reálném čase. Spustitelné digitální dvojče je pokročilá forma digitálního dvojčete, která nejen představuje virtuální repliku fyzického aktiva nebo systému, ale má také schopnost spouštět, simulovat a interagovat s virtuálním modelem v reálném čase.
Modely založené na fyzice
Spustitelné digitální dvojče založené na fyzice se opírá o matematické modely, které popisují fyzikální chování replikovaného systému. Tyto modely jsou obvykle založeny na základních fyzikálních principech, jako je mechanika, termodynamika, dynamika tekutin, elektromagnetismus a tak dále. Řešením rovnic, kterými se tyto fyzikální jevy řídí, může digitální dvojče simulovat chování reálného systému ve virtuálním prostředí.
Simulace fyzikálních procesů
Digitální dvojče simuluje fyzikální procesy a interakce v systému pomocí fyzikálních modelů. To mu umožňuje předvídat, jak se bude systém chovat za různých provozních podmínek, vstupů a scénářů.
Simulace v reálném čase
Spustitelné digitální dvojče založené na fyzikálních modelech může simulovat chování fyzického systému v reálném čase nebo téměř v reálném čase. To umožňuje dynamickou interakci a rozhodování na základě aktuálního stavu systému a jeho prostředí.
Regulace v uzavřené smyčce
Spustitelná digitální dvojčata založená na fyzice často fungují v řídicím systému s uzavřenou smyčkou, kde se data ze senzorů a akčních členů v reálném čase používají k úpravě parametrů simulace a řízení chování virtuálního modelu. To umožňuje digitálnímu dvojčeti udržovat požadované provozní podmínky a optimalizovat výkon.
Validace a verifikace
Modely založené na fyzice používané ve spustitelných digitálních dvojčatech musí být validovány a ověřeny, aby byla zajištěna jejich přesnost a spolehlivost. To zahrnuje porovnání výsledků simulace s reálnými měřeními a experimentálními daty, aby se potvrdilo, že digitální dvojče přesně reprezentuje fyzický systém.
I když se modelování založené na fyzice běžně používá ve spustitelných digitálních dvojčatech, je důležité si uvědomit, že v závislosti na konkrétních požadavcích a omezeních aplikace lze použít i jiné přístupy k modelování, jako je modelování řízené daty, empirické modely nebo hybridní modely kombinující fyziku a techniky řízené daty.
Digitální dvojčata se používají v různých odvětvích, včetně výroby, zdravotnictví, dopravy a energetiky, k optimalizaci výkonu, monitorování provozu a usnadnění rozhodování.
Digitální dvojče výroby pomáhá výrobcům vytvářet nové obchodní modely, zlepšovat spolupráci mezi týmy a organizacemi, zrychlovat procesy, zvyšovat kvalitu produktů a výroby a zrychlovat dobu uvedení na trh.
Umožněte výrobu pomocí digitálního dvojčete propojit inteligenci v reálném čase s propojenými stroji v dílně, což jim umožní efektivně organizovat a provádět celou výrobu.
Tento tým použil portfolio Xcelerator společnosti Siemens k návrhu, analýze a ověření jednorázové sestavy, kterou by bylo možné aditivně vyrobit a bezpečně připojit dva pacienty k jednomu ventilátoru.
