Revista >> Martie 2024 [Nr. 262] >> IT&C

Digital twins: o abordare a sustenabilității bazată pe date

Ruxandra Miuti, Innovation Manager, Green eDIH

19 Martie 2024

Misiunea Apollo 13, lansată în aprilie 1970, s-a transformat imediat într-o luptă pentru supraviețuire. Rezervoarele de oxigen au explodat, urmând faimoasa misiune de salvare. Lumea întreagă își ținea respirația, în timp ce de la o distanță de 200.000 de mile se căutau soluții pentru problemele tehnice. Inginerii și astronauții au lucrat împreună pentru a-și da seama cum să manevreze și să navigheze o navă spațială grav avariată, să găsească modalități inovatoare de conservare a energiei, oxigenului și apei și, în cele din urmă, să descopere cum să repornească un modul de comandă care nu fusese proiectat pentru a fi oprit în spațiu.

Houston, we have a problem …
NASA pusese bazele conceptului de digital twins prin practica duplicării fizice a sistemelor la nivelul solului, încă din anii ‘60. Astfel, una din cheile misiunii de salvare a fost modelul digital geamăn al lui Apollo 13, care a permis inginerilor să testeze posibile soluții de la nivelul solului. Deși în mod evident nu se numeau astfel la acea vreme, aceste simulatoare de înaltă fidelitate și sistemele informatice asociate sunt considerate primele exemple de digital twins, flexibilitatea și adaptabilitatea lor fiind cruciale pentru întoarcerea acasă a celor trei astronauți americani, în urmă cu peste 50 de ani.
Desigur, în sine, un simulator nu este un digital twin. Ceea ce diferențiază misiunea Apollo 13 ca prima utilizare a geamănului digital este modul în care controlorii misiunii NASA au reușit să adapteze și să modifice rapid simulările, pentru a se potrivi condițiilor reale de pe nava spațială paralizată, astfel încât să poată cerceta și perfecționa strategiile de salvare. Deși, evident, Apollo 13 nu a folosit Internetul lucrurilor (IoT), NASA a folosit tehnologie de telecomunicații de ultimă generație pentru a rămâne în contact cu nava sa spațială. Aceste date au fost utilizate în cele din urmă pentru a modifica simulatoarele astfel încât să reflecte starea navei spațiale avariate.

Digital twins, de la concept la industria 4.0
Chiar dacă termenul de digital twin a fost introdus abia în anii 2000, conceptul își are rădăcinile în epoca misiunilor Apollo. În ciuda tehnologiilor rudimentare de atunci, NASA a utilizat ideile de bază ale gemenilor digitali pentru a salva echipajul de pe Apollo 13, marcând un moment crucial în evoluția acestei tehnologii.
Conceptul a câștigat recunoaștere în 2002, când Michael Grieves de la Universitatea din Michigan a sugerat utilizarea digital twins pentru managementul ciclului de viață al produselor. Astăzi, gemenii digitali au devenit un element esențial al strategiilor din orice industrie, de la fabricație și construcții până la sănătate și energie, evoluând odată cu tehnologia pentru a răspunde nevoilor diverse ale societății moderne, deschizând noi orizonturi pentru inovație și progres tehnologic.
Există trei aspecte cheie ale unui digital twin: produsul fizic, produsul digital/virtual și conexiunea între aceste două entități. O simulare a lumii reale rulată pe un calculator reprezintă în esență un digital twin. Această simulare poate fi alimentată cu date în timp real pentru monitorizare și management. Cu un vast domeniu de aplicare, gemenii digitali integrează Internetul lucrurilor și inteligența artificială în Industria 4.0 pentru a prezice și gestiona performanța produselor sau proceselor.
Principalele beneficii ale gemenilor digitali includ evaluarea rapidă a riscurilor, întreținerea predictivă, monitorizarea în timp real, colaborarea îmbunătățită și procesul decizional eficient. Aceste avantaje asistă companiile în testarea și validarea unui produs înainte de crearea prototipurilor fizice. De exemplu, un inginer care trebuie să redeseneze și să testeze o componentă critică a unui echipament, cum ar fi un braț robotic, poate utiliza un digital twin pentru a testa și manipula virtual echipamentul. În absența acestei tehnologii, ar fi necesară oprirea fizică a liniei de producție pentru testare.
Aplicațiile gemenilor digitali sunt diverse și acoperă o gamă largă de industrii, de la manufacturieră, unde pot fi utilizate pentru a simula și optimiza procesele de producție, până la domeniul sănătății, industria auto și infrastructura urbană inteligentă. Astfel, aceste tehnologii contribuie la realizarea unui viitor sustenabil și eficient.

Statisticile sunt încurajatoare
Companiile care au implementat digital twins au înregistrat o creștere medie a eficienței de 15% și o reducere a costurilor de întreținere cu 13%. Acest lucru subliniază beneficiile tangibile ale utilizării gemenilor digitali în diverse industrii. Mai mult, un studiu realizat de MarketsandMarkets prezice o traiectorie semnificativă de creștere a pieței, de la 3,5 miliarde USD în 2020 la 73,5 miliarde USD până în 2027. Această creștere exponențială subliniază rolul pivotal pe care gemenii digitali sunt pregătiți să-l joace în viitorul dezvoltării de produse și optimizării industriale.
Privind în viitor, se prognozează că sectorul gemenilor digitali va experimenta o rată de creștere anuală compusă (CAGR) remarcabilă, de 38% între 2021 și 2026. Această prognoză arată o schimbare profundă în modul în care funcționează industriile, cu ample oportunități pentru inovație, investiție și dezvoltare.
În ceea ce privește aplicația, se estimează că sectorul de producție va deține cea mai semnificativă cotă de utilizare a digital twins până în 2025, semnalând o schimbare transformatoare în peisajul industrial.Acest lucru subliniază rolul esențial al gemenilor digitali în optimizarea proceselor de fabri–cațieșiîmbunătățirea eficienței operaționale.
În sectorul sănătății se remarcă o creștere rapidă, cu o estimare a CAGR de 31,9% între 2020 și 2026. Acest indicator de creștere subliniază potențialul gemenilor digitali de a revoluționa îngrijirea pacienților și gestionarea bolilor, deschizând calea pentru inovații noi în livrarea serviciilor medicale.

Dezvoltarea metaversului industrial
În ansamblu, cifrele relevă un tablou viu al industriei gemenilor digitali în plină expansiune și al impactului lor transformativ în diverse sectoare, de la producție la sănătate, pregătind terenul pentru un viitor definit de inovație și optimizare.
În industria auto, de exemplu, BMW a dezvoltat un digital twin al vehiculului său electric iNext, care permite inginerilor să simuleze și să optimizeze diferite aspecte ale designului și performanței. Gemenul digital integrează date din senzori software de simulare, pentru a crea un model virtual al vehiculului care poate fi folosit pentru a testa și optimiza diferite scenarii.
Una dintre aplicațiile cheie ale tehnologiei gemenilor digitali în orașele inteligente este optimizarea sistemelor de transport. Prin crearea unui digital twin al rețelei de transport a unui oraș, se pot simula diferite scenarii și se pot identifica rutele și modurile de transport cele mai eficiente. Acest lucru poate reduce congestia, îmbunătăți calitatea aerului și eficiența generală a sistemului de transport. În lanțul de aprovizionare, tehnologia gemenilor digitali poate fi folosită pentru a crea o reprezentare virtuală a întregii rețele, de la furnizori la clienți.
Tehnologia gemenilor digitali face progrese semnificative și în industria medicală, unde poate fi folosită pentru a îmbunătăți rezultatele pacienților și pentru a reduce costurile. Prin crearea unui digital twin al unui pacient, furnizorii de servicii medicale pot obține o mai bună înțelegere a stării pacientului, pot identifica problemele potențiale înainte de a apărea și pot optimiza planurile de tratament pentru a îmbunătăți rezultatele. De exemplu, Philips a dezvoltat un digital twin al inimii unui pacient, care permite furnizorilor de servicii medicale să simuleze efectele diferitelor tratamente și medicamente asupra stării pacientului. Gemenul digital integrează date din senzori și alte surse, precum și software de simulare, pentru a crea un model virtual al inimii pacientului care poate fi folosit pentru a optimiza planurile de tratament.
Tehnologia gemenilor digitali este tot mai utilizată în industria construcțiilor pentru a îmbunătăți eficiența, siguranța și rentabilitatea. Cu capacitatea de a crea o replică digitală a unei clădiri sau infrastructuri, companiile de construcții pot simula și analiza diferite scenarii, permițându-le să ia decizii mai bine informate despre proiect.

Schimbarea de paradigmă în sustenabilitate
Prin gestionarea meticuloasă a consumului de resurse, a generării de deșeuri și emisii, aceste contrafețe digitale deschid calea către practici mai verzi și mai sustenabile. De exemplu, fabrica LG Electronics din Changwon, Coreea, a integrat date de producție în timp real în gemenii săi digitali, obținând creșteri remarcabile de productivitate și reduceri semnificative ale consumului de energie. Fabrica Procter & Gamble din Guangzhou și-a optimizat operațiunile de depozitare prin digital twins, rezultând în reduceri semnificative ale inventarului și economii substanțiale la costurile logistice, toate în timp ce avansează obiectivele de sustenabilitate. Mai mult, situl Schneider Electric din LeVaudreuil a implementat gemeni digitali pentru a optimiza gestionarea energiei, a reduce deșeurile și a minimiza emisiile de CO2.
Incursiunea în digital twins dezvăluie un adevăr profund: sustenabilitatea și eficiența sunt aspecte întrepătrunse ale unei viziuni unice. Prin adoptarea acestei perspective holistice, Green eDIH deschide calea către industrii mai verzi, considerând integrarea acestor concepte esențială pentru convergența dintre digitalizare și sustenabilitate. Prin proiectele inovatoare în care se implică, experții Green eDIH contribuie la crearea unui viitor în care gemenii digitali sunt căi de transformare sustenabilă în economie și societate.