Цифровите близнаци са виртуални представяния на продукти, процеси и съоръжения, които предприятията използват, за да се проектират, симулират и управляват техните физически двойници.

Еволюция на технологията Digital Twin

НАСА е широко призната за пионер в концепцията за цифрови близнаци, революционна идея, демонстрирана от мисията Аполо 13 . По време на тази мисия НАСА използва базирани на Земята симулатори, свързани с космическия кораб чрез актуализации на данни в реално време, което позволи на инженерите да отстраняват проблеми заедно с астронавтите и в крайна сметка да предотвратят бедствие.

Докато концепцията за дигиталните близнаци се прилага в промишленото производство от началото на 2000-те години, последните постижения разширяват още повече границите на технологията за дигитални близнаци. Дигиталните близнаци вече се възползват от подобренията в оперативната съвместимост на данните, управлявани от отворени рамки за данни като OpenUSD , компютърна графика, генеративен AI и ускорени изчисления, което води до появата на нов клас физически базирани и активирани с AI цифрови близнаци. Тези цифрови близнаци от следващо поколение не само се свързват с корпоративни данни и производствените системи, но също така включват физически точни материали, осветление, изобразяване и поведение, за да поддържат набор от усъвършенствани случаи на планиране, симулация и оперативна употреба.

Тъй като дигиталните близнаци се развиват, те стават решаващи за тестването и усъвършенстването на генеративния физически изкуствен интелект (AI), управляващ автономните системи в реалния свят. Този технологичен скок позволява по-прецизни оптимизации в работните процеси, подобрява изживяването на клиентите и подобрява вземането на решения чрез обобщаване на исторически и оперативни данни. На свой ред, технологията с цифрови двойници улеснява предсказуемата поддръжка, намалява времето за престой, минимизира физическите или материалните отпадъци, повишава качеството на продукта и позволява оптимизиране на веригата за доставки.

Дигиталната трансформация, водена от технологията на цифровите близнаци, поставя нови стандарти за управление и автоматизация на жизнения цикъл на продуктите и съоръженията, като гарантира, че физическите обекти и техните цифрови версии са оптимално подравнени и ефективно управлявани през целия им жизнен цикъл.

Как работи технологията Digital Twin?

Цифровите близнаци се раждат чрез интегриране на данни, които най-добре описват техните двойници в реалния свят. Тези източници на данни и формати варират в зависимост от вида на цифровия близнак, индустрията и случая на използване, но обикновено са съставени от 1D (напр. таблични данни от IT/OT системи) и 2D/3D (напр. CAD, сканирания за заснемане на реалност, BIM) данни. Комбинирането на тези данни за създаване на цифрови близнаци отключва невероятни нови възможности, от усъвършенстван дизайн и планиране до симулация и дистанционно наблюдение в реално време и контрол на операциите. Сензорите и устройствата за интернет на нещата (IoT) играят решаваща роля в предоставянето на данни в реално време, които поддържат цифровите близнаци точни и актуални, позволявайки динамични взаимодействия между физическата и цифровата сфера.

Какви са предимствата на цифровите близнаци?

Цифровите близнаци са основополагащи за индустриалната цифровизация и предлагат многобройни ползи за предприятията във всички индустрии. Те включват:

• Рационализирани процеси на проектиране и планиране: Дигиталните близнаци оптимизират комуникацията за заинтересованите страни по проекта, позволяват на екипите да визуализират и бързо да вземат решения в пълен контекст и гарантират, че решенията се информират от най-актуалните данни. BMW Group използва цифрови близнаци на своите фабрики, например, за да ускори планирането на фабрики на зелено, което води до очаквани печалби на ефективността до 30 процента.
• Симулиране на сценарии: Чрез свързване на цифрови близнаци към инструменти за симулация и физични модели, екипите могат точно да симулират безкрайни сценарии „какво-ако“, за да предскажат резултатите от реалния свят. Wistron , един от най-големите доставчици на информационни и комуникационни продукти в света, използва цифрови близнаци, за да ускори симулациите на въздушния поток, намалявайки процес, който преди отнемаше на техните екипи 15 часа, до само 3,6 секунди – 15 000 пъти ускорение.
• Оптимизиране на операциите: Чрез свързване на цифрови близнаци към операционни системи и производствени данни, предавани в реално време от IoT устройства и сензори на ръба, екипите могат дистанционно да наблюдават операциите, за да идентифицират, анализират и разрешават проблеми. Оперативните екипи също вкарват AI в своите цифрови близнаци, за да обучат модели на компютърно зрение за откриване на дефекти в реалния свят. Pegatron , например, приема цифрови близнаци с активиран AI, за да улови до 60% повече дефекти с 30% по-малко вариации от човешките инспектори.

Спестяване на разходи: Чрез предсказуема поддръжка, оптимизирани операции и намалено физическо прототипиране, дигиталните близнаци могат да доведат до значителни спестявания на разходи през целия жизнен цикъл на продуктите и съоръженията.

Какви технологии правят цифровите близнаци възможни?

Конвергенцията на няколко ключови технологии дава възможност на разработчиците да изградят цифрови близнаци в индустриален мащаб и да ускорят своите амбиции за индустриална цифровизация. Те включват:

• OpenUSD—Universal Scene Описание: Едно от основните предизвикателства при разработването на цифрови близнаци е интегрирането на данни от различни източници на данни и формати. Подобно на начина, по който HTML се превърна в обединяващ стандарт за интернет, OpenUSD позволява на разработчиците по-лесно да интегрират данни от различни екосистеми, за да изградят цифрови близнаци.
• Generative AI: Generative AI бързо се превръща в новия интерфейс за софтуер, което улеснява взаимодействието с индустриални данни и системи на естествен език за бързо извличане на знания, провеждане на анализи и получаване на препоръки. Когато предприятията нямат достъп до достатъчно данни от реалния свят, за да разработят цифрови близнаци, те могат да използват генеративен AI, за да ускорят процеса на разработка. Микроуслугите на NVIDIA NIM™ като USD Code и USD Search позволяват на разработчиците да опростят и ускорят своите работни потоци , бързо да разработят и внедрят цифрови двойни решения и да генерират физически точни синтетични данни за обучение на физически AI .
• Компютърна графика: За да поддържат разширено планиране, симулация и случаи на оперативна употреба, цифровите близнаци трябва да се придържат към физиката на реалността. Сензорите, които роботът или AI използва в реалния свят, могат да бъдат симулирани в цифрови близнаци, за да помогнат на AI да се обучават, преди моделите да бъдат разгърнати в производствени настройки в реалния свят. С микроуслугите NVIDIA RTX ™ и NVIDIA Omniverse Cloud Sensor RTX ™ разработчиците преминават отвъд цифровите близнаци, които просто изглеждат добре на модели, които се придържат към физиката на реалния свят.
• Ускорено изчисление: Визуализирането на цифрови близнаци в индустриален мащаб и използването им за провеждане на сложни симулации за обучение на физически AI изисква технологична инфраструктура, която може бързо да обработва огромни количества данни. Ускореното изчисление е идеално за задвижване на тази нова ера на цифрови близнаци и симулации, които са твърде големи и интензивни изчисления за изчисления с общо предназначение.

 Разработчици от водещи ISV, включително Ansys , Cadence , Hexagon, Microsoft , Rockwell Automation, SAP и Siemens , използват тези технологии, за да разработят дигитални двойни решения, които помагат на клиентите им да проектират, симулират, изграждат и управляват продукти от следващо поколение, производствени процеси и съоръжения практически преди да бъдат изградени във физическия свят.

Какви умения са необходими за развитието на цифрови близнаци?

Изграждането на екип с правилната комбинация от роли и умения е от ключово значение за успешното развитие на цифрови близнаци. Въпреки че уменията и ролите могат да се променят в зависимост от индустрията и случая на употреба, екипите обикновено са съставени от смесица от разработчици, 3D експерти и технолози със следните умения:

• Разработчици: Опит с Python, React и UI/UX дизайн.
• 3D експерти: Опит с CAD, BIM, OpenUSD, материали, осветление, физика и анимация.
• Технолози: Опит с интеграция на IT/OT системи, AI/ML, DevOps и архитектура на данни.

 Тези основни екипи често се поддържат от системни интегратори и партньори за разработка и доставка на софтуер като Accenture , SoftServe и T-Systems .

Какви са някои случаи на използване на цифрови близнаци?

Цифровите близнаци се използват за поддръжка на набор от случаи на използване на проектиране и планиране, симулация и операции. Примери от различни индустрии включват:

Разработка на продукти

Цифровите близнаци все повече се използват за продуктов дизайн и инженерни прегледи. Те ускоряват виртуалното прототипиране и итерациите на дизайна, позволявайки на дизайнерите и инженерите да изследват различни дизайнерски опции без необходимост от скъпи физически прототипи. Тези цифрови реплики на физически продукти се използват за провеждане на сложни симулации за тестване на различни сценарии, прогнозиране на производителността и оптимизиране на дизайна. Siemens Teamcenter X използва API на NVIDIA Omniverse, за да позволи на дизайнерите и инженерите да създават завладяващи и фотореалистични цифрови близнаци . Инженерите могат да навигират, редактират и итерират споделени виртуални модели в реално време, улеснявайки сътрудничеството и намалявайки грешките. С физически точни модели и актуализации в реално време, Teamcenter X дава възможност на потребителите да валидират дизайни, да минимизират загубата на работни процеси и да спестят време и разходи в проекти в индустриален мащаб.

Продуктови конфигуратори

Автомобилните компании, търговците на дребно и CPG компаниите разработват 3D продуктови конфигуратори , за да доставят ангажиращи преживявания и съдържание в мащаб, използвайки изцяло цифрови продукти и среди вместо физически активи. Тези продуктови дигитални близнаци могат да позволят на не-3D художници да създават и персонализират фотореалистично, персонализирано 3D съдържание за маркетингови кампании и да намалят разходите и времето за производство на съдържание чрез повторно предназначение на набори от данни и автоматизиране на повтарящи се задачи с генериращ AI. Katana, CGI студио, дава възможност на маркетинговите екипи на Nissan да създават активи за кампании при поискване от 3D данни, чрез тяхното удобно за потребителя приложение за създаване на съдържание. За да пренесат това изживяване на следващото ниво, разработчиците изграждат решения, които предават поточно интерактивни цифрови близнаци към Apple Vision Pro , което позволява на потребителите да влязат в автомобила в разширена реалност (XR). С микроуслугите NVIDIA NIM™ USD Search и USD Code маркетинг лидерът WPP позволява на Coca-Cola Company да ускори итерацията на творчески кампании в глобален мащаб.

Виртуални фабрики и съоръжения

Производителите все повече изграждат цифрови близнаци на фабрики . Тези виртуални съоръжения позволяват на индустриалните предприятия да агрегират своите фабрични данни в унифицирана среда, където могат да моделират, симулират, анализират и оптимизират своите производствени процеси. Тези дигитални близнаци също служат като тестови площадки за AI и роботика, позволявайки на разработчиците да обучават и тестват автономни системи във физически точни цифрови среди.

Разработчиците от Continental създадоха ContiVerse , приложение за фабрично планиране и производствени операции, на OpenUSD и NVIDIA Omniverse. Приложението помага на екипите за планиране и операции на Continental да оптимизират плановете на фабриките и да планират съвместно производствените процеси, което води до очаквано 10% намаление на усилията за поддръжка и времето за престой. Wistron, глобален производител на електроника, създава фабрични цифрови близнаци чрез интегриране на CAD и данни за симулация на процеси в единна, физически точна виртуална среда, повишавайки ефективността на работниците и намалявайки времето за строителство с 50%. Чрез свързването на техните цифрови близнаци към IoT устройства, техните екипи също се възползват от наблюдението на операциите в реално време. Foxconn изгражда цифрови близнаци на фабрики, за да оптимизира оформлението, конфигурациите и разположението на оборудването, като значително намалява разходите за физически промени и повишава оперативната ефективност. Този подход позволява на компанията да обучава и тества AI приложения за роботизирани задачи във виртуална среда, като гарантира точно внедряване и подобрена производителност в операции в реалния свят.

Оптична проверка и откриване на дефекти

Delta Electronics , световен лидер в технологиите за управление на мощността и топлината, използва цифрови близнаци за обучение на компютърно зрение и модели за автоматизирана оптична инспекция (AOI), подпомагани от AI, за бързо откриване на дефекти като липсващи компоненти или неправилно подравнени винтове, намалявайки необходимостта от ръчна проверка. Pegatron използва NVIDIA Metropolis for Factories, за да подобри своите фабрики за печатни платки (PCB) със симулация, роботика и автоматизирана инспекция на производството, постигайки 99,8% точност при откриване на дефекти с малки набори от данни.

Проектиране и симулация на център за данни и фабрика за изкуствен интелект

Цифровите близнаци революционизират дизайна и работата на следващо поколение центрове за данни и AI фабрики . С OpenUSD инженерите могат да интегрират и визуализират CAD набори от данни с физическа точност и прецизност, позволявайки симулации на аспекти като въздушен поток и системи за охлаждане. Използването на цифрови близнаци също така позволява по-бързо внедряване и по-ефективна, точна оптимизация на дизайна на центровете за данни, което значително подобрява етапите на планиране и изпълнение на развитието на центрове за данни.

Как мога да започна да разработвам цифрови близнаци?

Научете как да се възползвате от технологията за цифрови близнаци и изтеглете безплатна електронна книга, включваща прозрения от лидери в индустрията. Разработчиците могат да научат повече за това как да създават OpenUSD приложения за индустриални цифрови близнаци с безплатен, самостоятелен курс .