Pojęcie „bliźniak cyfrowy” (digital twin) odnosi się do cyfrowej repliki fizycznych obiektów, procesów i systemów. Bazą tego pojęcia jest koncepcja wirtualnego ekwiwalentu świata fizycznego, która powstała na początku bieżącego stulecia w efekcie prac prowadzonych na Uniwersytecie Michigan.
Model bliźniaka cyfrowego to zestaw trzech komponentów: fizycznego obiektu, jego cyfrowego odwzorowania oraz połączenia części fizycznej i wirtualnej poprzez wymianę i przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym dla stałej aktualizacji odwzorowania. Początkowo koncepcja ta ograniczała się do rozważań teoretycznych, ponieważ trzeci kluczowy komponent, czyli przepływ danych i informacji w czasie rzeczywistym, nie był możliwy do zrealizowania przy ówczesnym stanie techniki. Zbieranie i przekazywanie danych odbywało się z istotnym udziałem operacji ręcznych i w trybie offline, a więc odwzorowywanie nie następowało w czasie rzeczywistym.
Upowszechnienie pojęcia
Nastąpiło ono wraz z falą kształtowania się wizji nowej generacji przemysłu – Przemysłu 4.0. W opisach rozwiązań, które mają funkcjonować w wyniku czwartej rewolucji przemysłowej, bliźniak cyfrowy zajmuje kluczowe miejsce.
Obecnie teoria zamienia się w praktykę. Powstały i stale rozwijają się techniczne możliwości realizowania idei bliźniaka cyfrowego i, co więcej, są już przedmiotem ofert rynkowych.
Niezbędne technologie
Kluczowymi uwarunkowaniami w realizacji koncepcji odtworzenia świata fizycznego w warstwie wirtualnej jest dostęp w czasie rzeczywistym do pełnego spektrum danych o odpowiedniej jakości oraz możliwość „nauczenia się” przez świat wirtualny zachowań świata fizycznego. W ten sposób powstaje dynamiczna cyfrowa replika obiektu fizycznego, która jest zdecydowanie czymś więcej niż tylko modelem tego obiektu.
Obecnie dostępny asortyment dedykowanych rozwiązań pozwala spełniać te założenia. Punktem wyjścia jest rozwój sensoryki i Internetu Rzeczy, prowadzący do ciągłego pozyskiwania i przesyłania danych w ilościach liczonych już obecnie w exabajtach. Exabajt oznacza 1018 bajtów, co świadczy o poziomie szczegółowości monitorowania świata fizycznego.
Drugi koniec łańcucha w procesie tworzenia bliźniaka cyfrowego stanowią narzędzia analityczne, rozwiązania uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji. Technologie te często są określane silnikami napędowymi nowej generacji przemysłu, wykorzystującymi paliwo XXI w., jakim są dane. Ich dynamiczny rozwój oferuje możliwość efektywnego wykorzystania danych do budowania wiedzy o obiekcie fizycznym, jego zachowaniach i reakcjach na zmiany otoczenia oraz ciągłą weryfikację tworzonego odwzorowania.
Korzyści i wyzwania
Bliźniaki cyfrowe dzięki swoim cechom rewolucjonizują działalność przemysłową i biznes. Dobrym przykładem jest obszar operacyjny, a w szczególności uzyskiwane możliwości predykcyjne. Inny obszar to monitoring produktu w całym cyklu życia i możliwość wykorzystania tej wiedzy do jego rozwoju i optymalizacji.
Dostępność rozwiązań technicznych umożliwiających realizację koncepcji bliźniaka cyfrowego, a z drugiej strony uzyskiwane dzięki nim efekty powodują, że ich wdrażanie staje się obecnie jednym z kluczowych działań w transformacji cyfrowej. Opracowywany przez Instytut Gartnera coroczny raport na temat głównych strategicznych trendów w technologii pozycjonuje aktualnie bliźniaki cyfrowe w pierwszej dziesiątce. Według tego raportu przewiduje się, że w 2021 r. będzie ich używać połowa dużych firm produkcyjnych i dzięki temu zwiększy efektywność o 10%.
Upowszechnianie bliźniaków cyfrowych – oprócz korzyści ekonomicznych – niesie również wyzwania, zwłaszcza w zakresie ustanowienia reguł ich funkcjonowania. Odpowiedzialność za generowane działania musi dotyczyć również aktywności bliźniaka cyfrowego, a nieodłącznym elementem jego kształtowania jest „nauczenie” go reguł i zachowań obowiązujących w społeczeństwie. Temat ten jest coraz częściej podnoszony, co dodatkowo potwierdza fakt, że koncepcja bliźniaka cyfrowego przestaje być jedynie wizją przyszłości, a powoli staje się rzeczywistością.
Andrzej Soldaty – założyciel i partner „Inicjatywy dla Polskiego Przemysłu 4.0”, lider projektu „Platforma Przemysłu Przyszłości” w Ministerstwie Przedsiębiorczości i Technologii. W latach 2010–2015 był prezesem zarządu polskiego oddziału Festo.
