Digital Twin: Khép lại vòng lặp từ Vận hành đến Thiết kế

Việc áp dụng IoT công nghiệp (IIoT) trên quy mô rộng đang thúc đẩy sự quan tâm đến công nghệ Bản sao kỹ thuật số (Digital Twin). IIoT tập hợp các thiết bị phân tích thông minh được kết nối theo cách cho phép các tổ chức theo dõi, thu thập, trao đổi, phân tích và cung cấp những hiểu biết mới có giá trị về hệ thống và quy trình của họ. Những thông tin chi tiết này có thể giúp đưa ra các quyết định kinh doanh thông minh hơn, nhanh hơn.

Mối quan tâm đến công nghệ Digital Twin đang bùng nổ trên nhiều ngành công nghiệp. Thị trường, trị giá 3,1 tỷ đô la vào năm 2020, dự kiến sẽ đạt 48,2 tỷ đô la vào năm 2026, tương ứng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 58% từ năm 2020 đến năm 2026. Sự tăng trưởng như vậy là do dự kiến sử dụng Digital Twin cho thiết kế, mô phỏng, MRO (bảo trì, sửa chữa và đại tu), sản xuất và sau dịch vụ, theo MarketsandMarkets. Các công ty công nghiệp dự kiến sẽ có mức tăng trưởng cao trong các giải pháp kỹ thuật số kép khi họ xuất hiện sau đại dịch. Nhiều người đang áp dụng các giải pháp như vậy cho các hoạt động đầu cuối của họ để giảm thiểu thiệt hại do đại dịch.

Các lĩnh vực ứng dụng Digital Twin trên phạm vi rộng

Mô hình Digital Twin sử dụng dữ liệu từ các thiết bị IoT và các cảm biến khác để xác định trạng thái của thiết bị hoặc phần thiết bị. Thông tin chi tiết thu được từ các mô hình này có thể được sử dụng theo một số cách, bao gồm:

Operational twins

Nhiều trường hợp thiết bị gặp sự cố do sử dụng không đúng cách. Ví dụ: một thiết bị có thể đang hoạt động ngoài phạm vi nhiệt độ hoặc áp suất bình thường hoặc nó có thể đang chạy ở tốc độ cao hơn mức khuyến nghị. Nếu không được giải quyết, sự cố có thể ảnh hưởng đến chính thiết bị, có thể dẫn đến sự cố không mong muốn hoặc xuống cấp nghiêm trọng. Sử dụng Digital Twin của bộ phận, phân tích dữ liệu về trạng thái hiện tại của thiết bị có thể giúp xác định các điều kiện hoạt động ngoài thông số kỹ thuật như vậy. Mô phỏng có thể giúp khám phá xem việc tăng hiệu suất của thiết bị hoặc chạy thiết bị trong môi trường hiện tại có ổn không. Nếu không, có thể thực hiện các thay đổi để tối ưu hóa hiệu suất hiện tại của thiết bị trong môi trường làm việc.

Predictive twin

Một Digital twin có thể được sử dụng để thực hiện phân tích những gì xảy ra. Ví dụ, một nhà sản xuất có thể xem xét sự đánh đổi: Nếu tôi tăng tốc độ, một thiết bị hoạt động ở mức nào, thì sự cải thiện ngay lập tức về sản lượng là gì. Và sau đó, sử dụng mô phỏng tương tự để tìm ra tác động của việc tăng tốc độ đó lên thiết bị. Nó có cần dịch vụ thường xuyên hơn không? Nó sẽ thất bại nhanh hơn? Sau đó, một phân tích chi phí có thể được thực hiện so sánh mức tăng doanh thu thuần trong việc thúc đẩy sản xuất bằng cách chạy thiết bị với tốc độ cao hơn so với chi phí bảo trì hoặc thay thế thiết bị thường xuyên hơn.

Tiếp thị và thiết kế sản phẩm

Nhóm thiết kế sản phẩm có thể sử dụng dữ liệu thu thập được về thiết bị được sử dụng tại hiện trường để cải tiến hoặc điều chỉnh sản phẩm hoặc thêm các tính năng mới dựa trên nhu cầu sử dụng hiện tại của sản phẩm. Nó có hoạt động tốt hơn mong đợi không? Có lẽ, một phiên bản được thiết kế kinh tế hơn sẽ là đủ. Tương tự, hóa ra rằng một thiết bị trong một số môi trường nhất định hoạt động tốt hơn các thông số kỹ thuật đã nêu. Tiếp thị và bán hàng có thể chia sẻ thông tin đó với những khách hàng khác trong cùng môi trường.

Connected Digital Twins

Sức mạnh của công nghệ bản sao kỹ thuật số được khuếch đại khi các mô hình cho các thiết bị rời được kết hợp thành chế độ xem cấp hệ thống về hoạt động. Ví dụ, trong ngành hàng không, một nhà sản xuất có thể có các đại diện kỹ thuật số riêng lẻ của các bộ phận động cơ khác nhau và một mô hình cho phép họ mô phỏng và quan sát cách các bộ phận này hoạt động cùng nhau. Các tòa nhà thông minh thường sử dụng kết hợp không gian thông minh, thang máy thông minh, hệ thống HVAC thông minh, v.v. để thu được lợi ích tổng hợp khi nhà phát triển hoặc chủ sở hữu tòa nhà có thể hiểu cách các hệ thống này có thể bổ sung cho nhau và hoạt động cùng nhau.

Mô hình cấp hệ thống và bản sao (Twins)

Các cặp bản sao kỹ thuật số được kết nối trong sản xuất có thể đi theo hai con đường. Một là sẽ tập trung vào cách một phần thiết bị phức tạp hoạt động bằng cách tích hợp các mô hình của các bộ phận cấu thành hệ thống. Một mô hình như vậy tương đương với một chế tạo động cơ máy bay mô phỏng toàn bộ động cơ từ các mô hình của các bộ phận của nó.

Các nhà sản xuất có thể thu thập thông tin chi tiết theo thời gian thực từ bên trong hệ thống để giúp các kỹ sư dễ dàng tìm thấy các yếu tố phụ thuộc lẫn nhau bị ẩn và đề xuất các bước để hiệu chỉnh lại thiết bị. Các kỹ sư và nhóm bảo trì có thể sử dụng thông tin chi tiết thu được về cách thiết bị hoạt động trong môi trường thực tế để thực hiện các điều chỉnh và tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị.

Một lĩnh vực khác được chú ý là mô phỏng và mô hình hóa các quy trình sản xuất trong đó các bản sao được tạo ra cho các thiết bị khác nhau được sử dụng trên một dây chuyền sản xuất. Ví dụ: một dây chuyền lắp ráp phức tạp có thể bao gồm một bộ đôi hệ thống rô bốt kỹ thuật số đặt các mặt hàng lên băng tải, một dây chuyền khác cho nhà máy, một dây chuyền khác cho công cụ hàn, v.v.

Một bản sao kỹ thuật số tổng hợp với những yếu tố này sẽ cho phép nhà sản xuất hiểu sâu hơn về các quy trình end-to-end. Các điều chỉnh có thể được thực hiện trong mô hình ảo để xem những thay đổi sẽ có tác động như thế nào đến thành phẩm, tỷ lệ sản xuất, chất lượng và hơn thế nữa.

Kết luận

Các công nghệ kết nối và dữ liệu thu thập được là điều cần thiết để một nhà sản xuất hoặc thiết bị tham gia vào các sáng kiến của ngành trong tương lai, chẳng hạn như Công nghiệp 4.0. Các sáng kiến sản xuất thông minh có thể kết hợp khả năng hiển thị của nhà máy, bảo trì dự đoán, mô hình hóa và mô phỏng để có được thông tin chi tiết theo thời gian thực về cách thiết bị đang hoạt động hiện tại, cách hoạt động của thiết bị có thể được cải thiện và tác động của nó đến các chỉ số hiệu suất chính từ đầu đến cuối.