Różnorodne zastosowania cyfrowych bliźniaków
Adobe Stock – Sawyer0Koncepcja cyfrowego bliźniaka (digital twin) od kilku lat nieustannie zyskuje na znaczeniu. Trudno się temu dziwić – wymierne korzyści, jakie przynosi wdrożenie tej technologii, sprawiają, że producenci z wielu branż chętnie po nią sięgają. Na rynku można obserwować niezwykle różnorodne przykłady zastosowania digital twin: od zarządzania infrastrukturą energetyczną, przez medycynę, aż po projektowanie pojazdów przyszłości i planowanie nowoczesnych miast.
W uproszczeniu chodzi o stworzenie wirtualnego odpowiednika realnego obiektu – maszyny, instalacji produkcyjnej, a nawet całego miasta – który na bieżąco odzwierciedla to, co dzieje się w świecie fizycznym. Taki model jest czymś zupełnie innym niż statyczna dokumentacja techniczna: żyje, zmienia się razem z rzeczywistością i pozwala testować różne scenariusze oraz wychwytywać potencjalne problemy, zanim jeszcze zdążą przybrać formę kosztownej awarii. Właśnie ta możliwość podejmowania decyzji w bezpiecznym, cyfrowym środowisku sprawia, że zainteresowanie tą technologią stale rośnie.
Skala tego wzrostu jest imponująca. Firma analityczna GlobalData prognozuje, że do 2030 roku wartość globalnego rynku cyfrowych bliźniaków sięgnie 154 miliardów dolarów. Jeszcze w 2019 roku było to zaledwie 5 miliardów – co oznacza średnioroczne tempo wzrostu rzędu 35,6%. Digital twins przestają być domeną wąskiej grupy technologicznych gigantów i coraz śmielej wkraczają do codziennej praktyki zakładów produkcyjnych. Dla polskich firm to realna okazja, by w ramach strategii Industry 4.0 skrócić dystans do europejskiej czołówki.
Decyzja o wdrożeniu wymaga jednak ostrożnej kalkulacji. Prostsze projekty zamykają się w kilkudziesięciu tysiącach złotych, ale kompleksowe rozwiązania przemysłowe pochłaniają wielomilionowe budżety. Do tego dochodzą bieżące koszty aktualizowania modelu – im bardziej rozbudowany i dynamicznie zmieniający się jest dany produkt czy proces, tym wyższe i bardziej absorbujące są te nakłady. Firmy, które tę barierę przekraczają, mogą liczyć na redukcję kosztów utrzymania maszyn o 10–40% i wzrost efektywności produkcji nawet o połowę. Rynek wyraźnie wskazuje kierunek.
Elektrociepłownia w wersji cyfrowej
Ciekawym przykładem jest najnowszy projekt Grupy Energa dla Elektrociepłowni Elbląg należącej do spółki Energa Kogeneracja (EKO). To obiekt o wyjątkowo złożonej strukturze – posiada aż trzy różne źródła energii: kogeneracyjny blok biomasowy, kotłownię rezerwowo-szczytową oraz kocioł węglowy pełniący funkcję rezerwową. Na zaawansowanym etapie realizacji jest też układ kogeneracyjny silników gazowych, który ma zacząć działać w tym roku.
Cyfrowy bliźniak umożliwi tu przeprowadzanie symulacji funkcjonowania wszystkich tych źródeł i procesów produkcyjnych w oparciu o dowolnie przyjęte scenariusze. Pozwoli to projektować najbardziej optymalne operacyjnie i ekonomicznie harmonogramy pracy jednostek wytwórczych – zarówno pod kątem pokrycia zapotrzebowania miejskiej sieci ciepłowniczej, jak i produkcji energii elektrycznej.
Do cyfrowego modelu elektrociepłowni będzie można dodawać odpowiedniki nowych urządzeń o różnych parametrach i na tej podstawie oceniać, które z nich w sposób najbardziej komplementarny uzupełniłyby funkcjonowanie zakładu. Docelowo wszystkie urządzenia i zależności mają być odtwarzane w czasie rzeczywistym na bazie danych technicznych i ekonomicznych. Aktualnie model powstaje na podstawie danych dostarczanych ręcznie przez pracowników; docelowo zostanie zintegrowany z infrastrukturą zakładu.
Wirtualny bliźniak turbiny wiatrowej
Coraz więcej spółek w Grupie Energa stawia też na nowoczesne technologie oparte na sztucznej inteligencji. Przykładem jest projekt cyfrowego bliźniaka turbiny wiatrowej realizowany przez Energę Wytwarzanie. Na podstawie historycznych danych pomiarowych z własnych farm wiatrowych, doświadczenia eksploatacyjnego oraz sygnałów z czujników i systemu dystrybucyjnego SCADA, spółka buduje ogólne wirtualne odwzorowanie turbiny wiatrowej zintegrowane z AI.
Rozwiązanie ma pozwalać na prognozowanie produktywności i awaryjności urządzeń – między innymi poprzez analizę aerodynamiki łopat w warunkach rzeczywistych, modelowanie obciążeń wiatrowych czy ocenę wpływu ekstremalnych zjawisk pogodowych. Sztuczna inteligencja ma wychwytywać nawet drobne nieprawidłowości w pracy podzespołów i anomalie trudne do uchwycenia innymi metodami. Automatyczne raporty, analizy operacyjne i rekomendacje serwisowe mają usprawnić codzienną pracę operatorów.
Energa Wytwarzanie planuje pilotażowo zintegrować cyfrowego bliźniaka z maksymalnie trzema pracującymi turbinami wiatrowymi. Testy pozwolą zweryfikować skuteczność wirtualnych modeli i ocenić możliwość skalowania na kolejne farmy.
Bliźniak pacjenta – rewolucja w medycynie
Cyfrowe bliźniaki nie są zarezerwowane wyłącznie dla przemysłu ciężkiego czy energetyki. Firma Dassault Systèmes podczas tegorocznych targów CES w Las Vegas zaprezentowała śmiałą wizję ich zastosowania w opiece zdrowotnej. Pokaz pod hasłem „Step Inside Alzheimer's" polegał na immersyjnej, interaktywnej podróży przez wirtualny model mózgu pacjenta – demonstrując, jak technologia 3D UNIV+RSES łączy sztuczną inteligencję z wirtualnym bliźniakiem człowieka i pomiarami w czasie rzeczywistym.
Celem projektu jest stworzenie swoistego systemu operacyjnego opieki zdrowotnej w dziedzinie neurobiologii degeneracyjnej. Wirtualny bliźniak pacjenta jest tworzony na podstawie jego cyfrowej dokumentacji medycznej i aktualizowany w czasie rzeczywistym za pomocą czujników – integruje sygnały z ciała, dane z inteligentnego domu i badania in silico. Pozwala to przewidywać zmiany stanu zdrowia jeszcze przed pojawieniem się objawów i proaktywnie reagować na zagrożenia. Ambicją Dassault Systèmes jest przyspieszenie innowacji w badaniach klinicznych i stworzenie w pełni interoperacyjnego wirtualnego pacjenta – już teraz firma modeluje serce, mózg, wątrobę i inne narządy.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Pojazdy autonomiczne
Jednym z najbardziej wymagających obszarów inżynierskich jest dziś rozwój pojazdów definiowanych programowo (Software Defined Vehicles, SDV). Integracja sprzętu i oprogramowania w branży motoryzacyjnej osiągnęła poziom złożoności, przy którym tradycyjne metody zawodzą. Siemens odpowiedział na to wyzwanie, ogłaszając pod koniec 2025 roku wprowadzenie PAVE360 Automotive – gotowego rozwiązania chmurowego opartego na technologii cyfrowego bliźniaka.
Platforma skraca czas przygotowania środowiska rozwojowego z miesięcy do zaledwie kilku dni. Producenci samochodów i dostawcy komponentów mogą dzięki niej testować oprogramowanie dla zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy (ADAS), autonomicznej jazdy (AD) oraz systemów infotainment bez konieczności samodzielnego budowania cyfrowych bliźniaków od zera. Gotowy, w pełni zintegrowany bliźniak na poziomie systemowym jest dostępny już pierwszego dnia projektu.
Cyfrowy bliźniak w skali urbanistycznej
Największym polem eksperymentu dla technologii digital twins stają się całe miasta. Cyfrowy bliźniak w kontekście urbanistycznym to dynamiczna replika fizycznej infrastruktury, procesów i systemów miejskich, zasilana danymi z czujników IoT, systemów sztucznej inteligencji i danych przestrzennych. Pozwala to na symulowanie, monitorowanie i optymalizację funkcjonowania metropolii w czasie rzeczywistym.
Zastosowania są niezwykle szerokie. Bliźniaki miejskie analizują natężenie ruchu i optymalizują sygnalizację świetlną, umożliwiają też symulowanie wpływu nowych inwestycji na nasłonecznienie czy przewietrzanie dzielnicy, zanim pierwsze maszyny wjadą na plac budowy. Monitorują zużycie energii w budynkach, jakość powietrza i poziom hałasu. Oceniają stan techniczny mostów, dróg i tuneli, przewidując awarie z wyprzedzeniem. W sytuacjach kryzysowych – jak powódź czy pożar – symulują rozprzestrzenianie się zagrożenia i wspierają służby w planowaniu ewakuacji oraz alokacji zasobów.
Pionierem w tej dziedzinie jest Singapur z projektem Virtual Singapore, wykorzystywanym do planowania miejskiego i analiz nasłonecznienia oraz przepływu wiatru. Helsinki z kolei stosują bliźniaka do symulacji energetycznych na drodze do neutralności klimatycznej do 2035 roku, a Londyn może pochwalić się cyfrowym bliźniakiem wieżowca The Shard, który służy do monitorowania zużycia energii, systemów budynkowych i analizy strukturalnej w czasie eksploatacji. Wspólny mianownik tych projektów jest prosty: decyzje podejmowane są na podstawie danych, a nie przeczuć. Miasto staje się bardziej odporne na nagłe zmiany i kryzysy.
Technologia, która zmienia reguły gry
Elektrociepłownia, turbina wiatrowa, ludzki mózg, prototyp auta czy całe miasto – cyfrowe bliźniaki nie znają branżowych granic. Łączy je wspólna logika: zamiast reagować na problemy po fakcie, dają możliwość przewidywania, symulowania i optymalizowania jeszcze w warstwie wirtualnej. To znacząca zmiana w podejściu do zarządzania złożonymi systemami, niezależnie od tego, czy chodzi o rurociąg, pacjenta na oddziale neurologicznym czy skrzyżowanie w centrum metropolii.
Dynamika wzrostu rynku nie pozostawia złudzeń – transformacja cyfrowa w tym obszarze nabiera tempa. Dla przedsiębiorstw oznacza to zarówno realną szansę na przewagę konkurencyjną, jak i konieczność podjęcia odpowiednich decyzji inwestycyjnych już teraz, zanim technologia stanie się branżowym standardem.
O Autorze
