Cyfrowy bliźniak - czy jest się czym niepokoić?

Czego boją się ludzie myśląc o tych technologiach? Chyba najbardziej tego, że może to być wstęp do naszego prawdziwego cyfrowego zniewolenia. Czy to sterowanego przez kogoś z zewnątrz, czy też takiego, w którym sami z siebie się zatracimy. Tymczasem jednak wszystkie projekty społecznościowe oparte o technologie takie jak Second Life czy Metaverse to kompletne klapy. VR nie zdołało odnieść sukcesu nawet na rynku gier. zawsze w sumie łasego na nowości i teoretycznie będącego idealnym środowiskiem dla tej technologii. Ale jest jedno miejsce, gdzie takie wirtualne światy wywołały prawdziwą rewolucję. Rewolucję jednoznacznie pozytywną, rewolucję, z której efektów już dziś prawie wszyscy w jakimś stopniu korzystamy. Chodzi o szeroko pojęty przemysł, a wszystko dzięki powstawaniu cyfrowych bliźniaków, tajemniczych technologicznych bytów, o których chcę Wam dziś opowiedzieć.

Żeby opowiedzieć Wam o cyfrowych bliźniakach wybrałem się do Małopolski. To co wokół mnie widzicie to mający już swoje lata magazyn firmy Teva, w którego modernizacji cyfrowy bliźniak odgrywa kluczową rolę. Zanim jednak opowiem Wam o tym konkretnym projekcie, najpierw chciałbym Wam wyjaśnić podstawy tej technologii na czymś znacznie prostszym. Zapewne każdy z Was zdaje sobie sprawę, że komputerów do projektowania urządzeń używa się od dekad. W tradycyjnej metodzie projektowania takie urządzenie, chociażby jak to, powstałoby najpierw jako model zbudowany w programach 3D i CAD. Następnie inżynierowie zbudowaliby na bazie tego projektu prototyp, który poddano by szeregowi żmudnych testów.

Odpowiedzią na te bolączki są właśnie cyfrowe bliźniaki, znacznie wykraczające poza to, co oferuje zwykłe modelowanie cyfrowe 3D czy CAD. Bliźniak nie ogranicza się wyłącznie do opisania i zwizualizowania wymiarów. Potrafi symulować działanie prawdziwego urządzenia, ale też np. systemu komputerowego. Oprogramowanie, w którym tworzy się wirtualny prototyp, może np. uwzględniać fizyczne właściwości materiałów, z których zostały zbudowane elementy prototypu, łącznie z uwzględnieniem ich interakcji fizycznych i chemicznych między sobą, a nawet pomiędzy sobą otoczeniem. Już na cyfrowym etapie możemy zauważyć, że w danym miejscu coś nie zagra, np. termicznie.

Bliźniak może wyłapać też problemy strukturalne czy aerodynamiczne. W skrócie mówiąc, to co do niedawna było badane, testowane i finalnie udoskonalane w wersji fizycznej, teraz jest robione tylko w wersji cyfrowej. To ogromne oszczędności czasu, a więc i pieniędzy. Z tego też względu ta technologia jest coraz szerzej stosowana przez firmy np. lotnicze, szczególnie tam, gdzie projektuje się maszyny bardzo zaawansowane np. zmiennowirnikowce czy samoloty trudno wykrywalne przez radary. Z tych samych przyczyn z cyfrowych bliźniaków korzystała czy korzysta firma Sierra Space budująca Dream Chasera, wahadłowiec kosmiczny nowej generacji.

A skoro zahaczyliśmy o podbój kosmosu, to zwrócę Waszą uwagę, że cyfrowe bliźniaki są wręcz stworzone, aby wspierać nasze wysiłki w tym kierunku. Na Ziemi fizycznie nie jesteśmy w stanie odwzorować części warunków, które czekają na nasze urządzenia w przestrzeni kosmicznej, ale potrafimy te warunki zasymulować w wirtualnym świecie i wrzucić w nie wirtualne pojazdy. I to jest kolejny atut tej technologii, atut, którego nie jesteśmy w stanie obejść innymi sposobami. Cyfrowy bliźniak wspomagał na przykład marsjańskiego łazika NASA Perseverance w opracowaniu procedury lądowania na Marsie. lądowania, którego skalę trudności oddaje dobrze nieoficjalna nazwa tego manewru – 7 minut grozy. Wszystko, jak pewnie wiecie, zakończyło się sukcesem i Perseverance od dwóch lat przemierza krater Jezero w poszukiwaniu śladów pozaziemskiego życia.

Tu warto zwrócić uwagę na jeszcze jeden aspekt cyfrowych bliźniaków. Te modele potrafią odwzorować nie tylko fizyczną, ale też elektroniczną stronę prototypu. Taki bliźniak symuluje działanie elektroniki projektowanego urządzenia, np. awioniki samolotu czy systemu zarządzającego procesem produkcji. Zanim powstanie fizyczny prototyp, programiści mogą już szlifować jego docelowe oprogramowanie. Jeśli urządzenie jest elementem większego już istniejącego systemu, bliźniaka można z nim spiąć tak, aby mógł wymieniać dane z prawdziwymi podsystemami i korzystać z informacji zbieranych przez fizycznie istniejące sensory.

W TEWA mamy do czynienia z podobnym przypadkiem. Stoję właśnie na środku magazynu wysokiego składowania, który działa, a który firma jednocześnie modernizuje właśnie z wykorzystaniem takiego bliźniaka. W ten sposób TEWA jest w stanie testować dziesiątki rozwiązań procesów załadunku i rozładunku przy prawie cały czas pracującym magazynie. Tego nie dałoby się zrobić w tradycyjnym podejściu. Remont magazynu kojarzy się ze skuwaniem tynków, z rwaniem podłogi. Na pewno nie z bardzo, bardzo zaawansowanymi technologiami cyfrowymi. A tu się okazuje, że jest może nie tyle remont, ale jest optymalizacja magazynu i wchodzą cyfrowe bliźniaki albo wchodzi cyfrowy bliźniak.

Skąd w ogóle pomysł, żeby te technologie wykorzystać? kiedy zwrócił się do nas nasz kontrahent, to jeżeli spojrzeliśmy na złożoność tego projektu, gdzie musieliśmy zmodernizować całą funkcjonalność pod kątem elektrycznym, pod kątem mechanicznym i przede wszystkim jeszcze skomunikować te wszystkie czynniki, gdzie dodatkowym, a w zasadzie głównym celem nadrzędnym była komunikacja tego systemu informacyjnego z nadrzędnym systemem do nadzorowania, to stwierdziliśmy, że w przypadku tak złożonego procesu Najprostszym rozwiązaniem, czy najbardziej optymalnym, będzie właśnie zastosowanie cyfrowego bliźniaka, czyli takiego wirtualnego odwzorowania tego magazynu, chociażby po to, żeby wyeliminować ilość możliwych błędów i pomyłek w trakcie tej modernizacji.

Jakie są oszczędności związane z zastosowaniem, mówisz, najbardziej optymalnej, najprostszej, chociaż najbardziej skomplikowanej chyba metody, czyli tworzymy w wirtualnej rzeczywistości odwzorowując jeden do jeden taki magazyn, po czym wprowadzamy zmiany najpierw w tej wirtualnej rzeczywistości, Patrzymy, jak to działa i dopiero jak dobrze działa, to decydujemy się na wprowadzenie ich w rzeczywistości niewirtualnej. Przede wszystkim myśmy zaobserwowali już na tym etapie projektowania oszczędności związane z czasem. Gdybyś mówił o procentach, gdybyś podzielili te oszczędności na czasowe i finansowe, zastosowanie do modernizacji technologii cyfrowego bliźniaka versus takie tradycyjne podejście,

O jakiego rzędu oszczędnościach w przypadku cyfrowego bliźniaka mówimy? Samo przygotowanie do modernizacji tego magazynu to powiedziałbym, że będą wielkości rzędu 30%, natomiast już potem ten okres rozruchu. gdzie nasi pracownicy, wspólnie z pracownikami TEW-y, mogli testować poszczególne urządzenia, poszczególne linie technologiczne, zrobić też procesy takiego szarżowania, to znaczy przeciążeniowe całego magazynu, gdzie nie ingerowali w ten obiekt rzeczywisty, a właśnie bazując na tym zasymulowanym obiekcie z danymi pobieranymi z obiektu rzeczywistego, to uważam, że to będą oszczędności rzędu 40%. Jak w ogóle wygląda proces przygotowania takiego cyfrowego bliźniaka?

Dla mnie to jest czas, jaki poświęcamy już na finalny rozruch. Mamy odwzorowanie. Możemy testować bez ingerencji w proces. ale mamy wykorzystane możliwość współpracy z technologią rozszerzoną, wirtualną rzeczywistością. W związku z tym pracownicy czy linii produkcyjnych, czy potencjalni pracownicy magazynu mogą działać w tak zwanym systemie imersyjnym, czy my też nazywamy to takim metaversum, czyli połączenie tego świata cyfrowego z rzeczywistym. W związku z tym, no takim, no właśnie tym game changerem jest kwestia współpracy z wirtualnym obiektem, testowania go na rzeczywistym obiekcie. Tutaj ważna uwaga. Stopień zaawansowania cyfrowego bliźniaka zależy od potrzeb klienta.

W tym przypadku bliźniak symuluje pracę magazynu, czyli głównie jak paczki, palety poruszają się po magazynie i czy nie ma na szlakach żadnych kolizji. Ta elastyczność wirtualnych światów jeszcze mocniej wpływa na ich opłacalność i oczywiście wydajność. Ważną cechą cyfrowych bliźniaków jest też to, że po zakończeniu budowy czy modernizacji czegoś rola bliźniaka się nie kończy. Ten wirtualny mikroświat już po oddaniu projektu cały czas pomaga firmom w wyłapywaniu błędów, które są nieuniknione w tworzeniu skomplikowanych systemów, przy dalszych optymalizacji procesów, przy testowaniu modyfikacji czy nawet przy projektowaniu następców. No to teraz sprawdzę, jak to działa i wejdę w wirtualnym świecie do tego magazynu.

Ojej, czy to wasza? Jak duże oszczędności daje ta technologia? W przypadku te Wy sami słyszeliście. W przypadku wprowadzania nowego produktu na rynek większość szacunków mówi o skróceniu czasu od akceptacji pomysłu do wejścia na rynek do momentu oddania do użytku jakieś 40%. Przy czym oszczędności jakie daje użycie bliźniaków są, że takie nazwy wielopoziomowe i dotyczą także innych aspektów. Firma Siemens podaje np. że przy budowie fabryki w której ich klient wykorzystał takie środowisko, efektywność produkcji wzrosła o 20%. Jednocześnie podano, że wykorzystanie przestrzeni w fabryce poprawiono o ponad 40%.

To oznacza konkretne oszczędności choćby przy budowie przyfabrycznych magazynów. A to dopiero początek. Dziś, w dobie dynamicznie rozwijających się narzędzi opartych o sztuczną inteligencję, której umiejętności choćby tylko do wyłapywania skomplikowanych schematów powodują, że jest dla cyfrowych bliźniaków wręcz idealnym wsparciem, wydajność bliźniaków będzie tylko rosła. AI w cyfrowym świecie jest w stanie analizować i tworzyć kolejne prototypy wielokrotnie szybciej od człowieka. Niektórzy z Was mogli spotkać się z takim hasłem przemysł 4.0 oznaczającym w uproszczeniu wejście starych branż do cyfrowego świata.

I to właśnie cyfrowi bliźniacy są najbardziej spektakularnym przykładem tej transformacji. Jednocześnie warto pamiętać, że rola cyfrowych bliźniaków nie jest ograniczona wyłącznie do przemysłu, ale może odegrać ogromną rolę w naszych próbach przewidzenia co będzie się działo np. z klimatem, jak nasze działania na niego wpływają oraz testować w ten sposób konkretne proekologiczne rozwiązania. Taką inicjatywą jest choćby projekt Europejskiej Agencji Kosmicznej Kierunek Ziemia, czy tworzony przez NVIDIA Earth-2. Cyfrowe bliźniaki Ziemi umożliwiające przewidzenie zjawisk na niej zachodzących. Oczywiście nawet taki cyfrowy bliźniak nie będzie odwzorowywał prawdziwego świata w tak dużym stopniu jak filmowy Matrix.

Te narzędzia nie są i nie będą przewidywalnej przyszłości rozbudowywane w takim kierunku, ponieważ nie jest to nikomu do niczego potrzebne. Czy jakieś naprawdę popularne wirtualne światy w stylu Metaverse czy Second Life w najbliższym czasie powstaną? Nie wiem. Patrząc na kształt dzisiejszych urządzeń VR, ich wady i ich w gruncie rzeczy powolny rozwój, bardzo wątpię. Jestem za to całkowicie przekonany, że za mniej niż dekadę większość rzeczy, które weźmiemy ze sklepowej półki, w ten czy inny sposób używać będzie w procesie swojego tworzenia technologii cyfrowych bliźniaków.

I skorzystają na tym zarówno korporacje je wdrażające, jak i przede wszystkim my, zwykli ludzie, którzy dostaną nowe produkty szybciej, taniej i w lepszej jakości. Skorzysta na tym również środowisko, które dzięki tego typu cyfrowej optymalizacji procesów będzie znacznie mniej obciążone przez produkcyjną działalność człowieka. Zgadza się. Fajnie mieć takiego wspomagającego cię zawsze bliźniaka, nieprawdaż? Nauka to lubię? Na Facebooku i YouTubie. Dobra.