Czym jest cyfrowy bliźniak (digital twin)?

Co to jest cyfrowy bliźniak?

Cyfrowy bliźniak to wirtualne odwzorowanie fizycznego obiektu lub procesu. Te zaawansowane modele powstają przy użyciu oprogramowania do symulacji inżynierskich, co pozwala na odwzorowanie zachowania, wydajności oraz warunków środowiskowych rzeczywistych odpowiedników — i to w czasie rzeczywistym.

Jak tworzy się cyfrowego bliźniaka?

Proces tworzenia cyfrowego bliźniaka rozpoczyna się od zbudowania przez inżynierów szczegółowego modelu 3D. Następnie model ten jest integrowany z odpowiednimi danymi, takimi jak wyniki inspekcji i dane z czujników. Te kompleksowe informacje są wprowadzane do modelu, co prowadzi do powstania dokładnie odwzorowanego cyfrowego bliźniaka.

Jakie są typy cyfrowych bliźniaków?

 

• Cyfrowe bliźniaki komponentów (Component Twins) reprezentują najbardziej szczegółową kategorię technologii Digital Twin, koncentrującą się na pojedynczych komponentach lub częściach większego systemu — np. silnikach, czujnikach czy zaworach. Ten typ cyfrowego bliźniaka jest nieoceniony w monitorowaniu stanu technicznego, wydajności i efektywności operacyjnej konkretnych elementów. Dzięki analizie danych bieżących i historycznych, organizacje mogą we wczesnym etapie wykrywać zużycie, awarie lub nieefektywności, umożliwiając konserwację predykcyjną. To proaktywne podejście wydłuża cykl życia komponentów i znacząco ogranicza ryzyko nieplanowanych przestojów.
• Cyfrowe bliźniaki instalacji (Asset Twins) to cyfrowe odwzorowania fizycznych instalacji, obejmujące sieć wzajemnie połączonych komponentów — od pojedynczych maszyn po całe zakłady. Zapewniają one kompleksowy wgląd w wydajność i stan techniczny danej instalacji, co pozwala organizacjom na optymalizację wykorzystania, obniżenie kosztów operacyjnych i zwiększenie dostępności dzięki integracji danych z różnych źródeł. Asset Twins umożliwiają również ciągłe monitorowanie urządzenia w trakcie jej cyklu życia, wspierając poprawę efektywności i redukcję strat.
• Cyfrowe bliźniaki systemów (System Twins) to zaawansowane odwzorowania sieci współdziałających zasobów, które wspólnie realizują określoną funkcję operacyjną. Stanowią kluczowy element technologii Digital Twin, umożliwiając analizę i optymalizację działania złożonych układów. Organizacje mogą wykorzystywać te modele do symulowania różnych scenariuszy operacyjnych, identyfikowania potencjalnych wąskich gardeł i usprawniania interakcji systemowych w celu osiągnięcia maksymalnej efektywności. 
• Cyfrowe bliźniaki procesów (Process Twins) to wysoce zaawansowane modele odwzorowujące i analizujące przebieg całych procesów lub przepływów pracy — m.in. . procesów produkcyjnych, łańcuchów dostaw czy usług. Integrując dane z wielu źródeł, Process Twins umożliwiają kompleksowy wgląd w procesy zakładu. Organizacje mogą wykorzystywać te modele do zwiększania produktywności, zapewnienia jakości i uzyskania znacznych oszczędności. Poprzez identyfikację nieefektywności, przewidywanie zakłóceń i optymalizację przepływów pracy, firmy mogą podejmować trafniejsze decyzje wspierające sukces operacyjny.

 

Zastosowania cyfrowych bliźniaków - przykłady 

NASA

Pomysł stworzenia „cyfrowego bliźniaka” narodził się w NASA w latach 60. XX wieku jako „żywy model” misji Apollo. W odpowiedzi na eksplozję zbiornika z tlenem podczas misji Apollo 13 i uszkodzenia głównego silnika, NASA wykorzystała wiele symulatorów do analizy awarii, rozszerzając fizyczny model pojazdu o komponenty cyfrowe. Ten „cyfrowy bliźniak” był pierwszym tego typu rozwiązaniem – umożliwiał nieprzerwane pozyskiwanie danych, modelowanie zdarzeń prowadzących do wypadku oraz analizę przyczyn i planowanie dalszych działań.

Pół wieku później NASA, wraz z innymi przedstawicielami sektora kosmicznego, nadal rozwija i wykorzystuje wysokiej wierności cyfrowe modele systemów fizycznych, ich komponentów oraz ekstremalnych środowisk, w których działają. Dążąc do dalszej eksploracji przestrzeni kosmicznej w ramach programu Artemis — zakładającego trwałą obecność na Księżycu jako etap przygotowawczy do misji na Marsa — NASA planuje dłuższe misje i dalsze podróże. Nie będzie już możliwości ciągłej łączności z zasobami ani bieżącej interwencji człowieka w razie anomalii.

Znaczenie cyfrowych bliźniaków rośnie także w kontekście certyfikacji konstrukcji tak dużych, że nie można ich w pełni przebadać w istniejących ośrodkach testowych, oraz autonomicznych systemów, które nie działają w sposób deterministyczny. Sam pomysł cyfrowego bliźniaka nie jest nowy — nowością są skala, złożoność i nieprzewidywalność modeli niezbędnych do realizacji celów NASA. Ich liczba oraz wzajemna autonomiczność — względem siebie i wobec układu odniesienia — wskazują na ewolucję ekosystemu, w którym powraca koncepcja „żywego modelu”.

Przemysł naftowo-gazowy

Pojawienie się technologii cyfrowych bliźniaków (Digital Twin, DT) w tym przemyśle przyniosło ogromne korzyści — m.in. . w zakresie redukcji ryzyk, ich lepszego zrozumienia, tworzenia wykonalnych harmonogramów pracy oraz szybkiego identyfikowania zmian w procesach i adekwatnego reagowania.
Technologia DT okazuje się również kluczowa w eksploatacji złóż offshore. 

Jednym z pionierów wdrożenia DT jest BP (British Petroleum), które stosuje technologię DT na wielu swoich instalacjach na Morzu Północnym. Rozwiązanie to wspiera bezpieczną optymalizację produkcji, zdalny monitoring, predykcyjne utrzymanie ruchu oraz oszczędność czasu przy testowaniu i optymalizacji. 

Technologię DT wykorzystują również takie firmy jak Eni i Equinor – maksymalizując wydajność operacyjną przy jednoczesnym ograniczaniu kosztów i ryzyka.

Biorąc pod uwagę, że branża naftowo-gazowa opiera się na złożonych instalacjach oraz maszynach działających w trudnych i odległych warunkach środowiskowych, DT pozwala na bezpieczniejsze monitorowanie i sterowanie procesami – ograniczając tym samym związane z nimi ryzyko. Co więcej, możliwość prognozowania przestojów pozwala usprawnić cały proces i przynosi oszczędności zarówno czasowe, jak i finansowe.

Przemysł stoczniowy

Cyfrowe bliźniaki (Digital Twins) coraz szerzej wykorzystywane są w sektorze stoczniowym — zarówno na statkach, jak i w portach — jako narzędzie do zwiększenia niezawodności, ograniczenia kosztów operacyjnych oraz poprawy efektywności i bezpieczeństwa.

• Na jednostkach pływających bliźniaki cyfrowe umożliwiają bieżące monitorowanie parametrów technicznych, diagnostykę zdalną oraz przewidywanie awarii, co przekłada się na lepsze utrzymanie i dłuższy czas bezawaryjnej pracy sprzętu.
• W portach technologia ta wspiera zbieranie danych w czasie rzeczywistym na temat warunków środowiskowych (np. temperatura, wiatr, poziom wody), co pozwala lepiej planować ruch i załadunki.
• Cyfrowe bliźniaki wspomagają także raportowanie, planowanie konserwacji oraz przeprowadzanie analiz predykcyjnych dla konstrukcji narażonych na ekstremalne obciążenia.

Oprogramowanie do Digital Twin

ANSYS Twin Builder

ANSYS Twin Builder Analityczny, oparty na symulacjach cyfrowy bliźniak to połączona, wirtualna replika fizycznego obiektu w eksploatacji — w formie zintegrowanej symulacji wielodomenowego systemu — odzwierciedlająca cykl życia i doświadczenia rzeczywistego zasobu. Hybrydowe cyfrowe bliźniaki umożliwiają projektowanie i optymalizację systemów oraz predykcyjne utrzymanie ruchu, wspierając zarządzanie zasobami przemysłowymi. Wdrożenie Ansys Twin Builder pozwala zwiększyć przychody, lepiej kontrolować koszty i budować przewagę konkurencyjną.

Bentley Systems iTwin

To wiodąca platforma szeroko stosowana przez organizacje do tworzenia cyfrowych bliźniaków. Bazując na otwartych interfejsach API i zaawansowanym oprogramowaniu, iTwin umożliwia firmom tworzenie innowacyjnych bliźniaków oraz rozwiązań w modelu SaaS (oprogramowanie jako usługa). Platforma zapewnia dostęp do rozbudowanych zestawów danych przy jednoczesnym zachowaniu pełnych praw własności do cyfrowych bliźniaków. iTwin skutecznie zarządza przepływem danych, bezpieczeństwem oraz utrzymaniem modeli, będąc jednym z najważniejszych narzędzi tego typu w branży.

AVEVA

Z wykorzystaniem przemysłowej platformy CONNECT oraz aplikacji AI i narzędzi wizualizacji, AVEVA tworzy solidną podstawę dla cyfrowych bliźniaków. Model może powstać już na etapie koncepcji i rozwijać się wraz z projektem aż po fazę eksploatacji i optymalizacji. Oprogramowanie AVEVA łączy dane inżynieryjne z operacyjnymi, konsolidując je na jednej platformie — oczyszczone i zintegrowane dane odwzorowują urządzenia, systemy lub inne zasoby. Ponieważ CONNECT współpracuje z urządzeniami IoT, algorytmami AI i narzędziami analitycznymi (zarówno własnymi, jak i zewnętrznymi), firmy mogą w pełni wykorzystywać wcześniejsze inwestycje.

Usługi cyfrowych bliźniaków w firmie Capnor - wykorzystaj je w Twoim biznesie!

Jesteśmy firmą silnie związaną z sektorem naftowo-gazowym. Dzięki dwudziestoletniemu doświadczeniu doskonale rozumiemy, że dla naszych partnerów kluczowe znaczenie ma dostarczanie produktów najwyższej jakości oraz utrzymanie efektywności operacyjnej. Wykorzystując najnowocześniejszy sprzęt Leica Geosystems oraz oprogramowanie AVEVA, jesteśmy w stanie bezproblemowo przekształcić każdą instalację w zaawansowany model 3D w ramach naszego systemu cyfrowego bliźniaka 3D.

Na podstawie doświadczeń zdobytych przy współpracy z Equinor, Transocean czy ConocoPhillips, dostrzegamy, że skuteczne zarządzanie obiektem opiera się przede wszystkim na utrzymaniu istniejących systemów. Poprzez ciągłe modyfikacje możemy przekształcić dokumentację techniczną („blueprinty”) w kompleksowy model 3D, który zostaje zintegrowany z rozbudowanym systemem Digital Twin zarządzanym przez klienta.

Aby oddać złożoność całego systemu, oferujemy również nasze autorskie rozwiązania — AYELIX i IOM. AYELIX zapewnia wizualną reprezentację obiektu, nad którym pracujesz. Skanery laserowe 3D, skalibrowane względem planu instalacji, pozwalają szybko lokalizować konkretne obszary, sprawdzać współrzędne i wykonywać dokładne pomiary. Dzięki chmurze punktów AYELIX możesz poczuć się, jakbyś fizycznie znajdował się na miejscu — zdalnie.

Przyszłość cyfrowych bliźniaków zapowiada się niezwykle obiecująco. Dzięki rozwojowi IoT, sztucznej inteligencji i zaawansowanej analityki danych, te wirtualne odwzorowania zrewolucjonizują przemysł — umożliwiając monitorowanie w czasie rzeczywistym, predykcyjne utrzymanie i symulacje wspierające podejmowanie decyzji. Do kluczowych trendów należą: integracja AI, dynamiczny rozwój IoT, nowe obszary zastosowań, edge computing i zrównoważony rozwój.

Wszystkie te zmiany sprawiają, że cyfrowe bliźniaki staną się kluczowym narzędziem innowacji, efektywności operacyjnej i planowania strategicznego — a CAPNOR będzie ich aktywnym uczestnikiem.