Цифров или дигитален близнак е виртуален модел, който точно представя реален обект, система или процес. Той използва данни от сензори, IoT устройства и други източници, за да симулира, анализира и оптимизира работата на реалния обект в реално време. Например, цифров близнак на една фабрика може да следи производителността, да прогнозира повреди и да предлага подобрения, без да се спират реалните операции.

Цифровите близнаци са ключов инструмент в обхвата на Индустрия 4.0, но са все още малко познати за българските фирми и организации и практическото им приложение остава недостъпно за тях. А в България вече отдавна работят фирми и изследователски центрове, които ползват тази технология и могат да бъдат отлични изпълнители в проекти за създаване на дигитални близнаци. А добрата новина е, че затова има и европейско финансиране!

Защо да инвестираме в цифрови близнаци?

Цифровите близнаци предлагат множество предимства за по-добро управление, оптимизация на процесите и въвеждане на иновации. С тяхна помощ можем:

1. Да подобрим ефективността и оптимизираме ресурсите, тъй като позволяват непрекъснат мониторинг и анализ на процесите и оборудването, а това помага за откриване на неефективни процеси, намаляване на разходи, загуби и брак, повишаване на производителността и по-оптимално използване на енергията.

2. Да прогнозираме и предотвратяваме на проблеми, тъй като използват данни за прогнозиране на потенциални повреди или проблеми, преди те да възникнат.

3. Да правим тестове и симулации. Можем да правим виртуални промени в процесите или дизайна, преди те да бъдат приложени на практика. Можем да симулираме различни сценарии, като така оценяваме как всеки от тях влияе върху  ефективността и разходите.

4. Да вземаме много по-информирани решения, тъй като с тях можем да имаме много по-ясна и пълна ясна картина на текущото състояние на обекта или системата, което улеснява управлението.

5. Да подобрим клиентското обслужване, защото с тяхна помощ можем да анализираме данни за поведението и нуждите на клиентите за да подобряваме продуктите и услугите си (в индустрии като здравеопазване или потребителска електроника цифровите близнаци могат да създават персонализирани решения, базирани на данни за конкретен клиент).

6. Да създаваме по-бързо нови продукти, защото те помагат при проектиране и тестване, като намаляват времето и разходите за прототипиране. Улесняват и интеграцията с нови технологии като IoT, AI и машинно обучение.

Къде са приложими?

Ето само част от сферите, в които цифровите близнаци могат да бъдат успешно приложени:

1. Производство

• Управление на производствени линии:
  • Мониторинг и оптимизация на работата на машини и оборудване.
  • Идентифициране на проблеми и предотвратяване на повреди чрез предиктивна поддръжка.
• Планиране и симулация:
  • Тестване на нови производствени процеси или продукти в цифровия модел, преди те да бъдат внедрени.

2. Строителство и управление на сгради

• Управление на интелигентни сгради:
  • Контрол на сградни системи (отопление, вентилация, осветление) за енергийна ефективност.
• Планиране и поддръжка:
  • Прогнозиране на необходимостта от ремонти или подобрения.
  • Симулация на проекти за ново строителство.

3. Енергетика и възобновяеми източници

• Мониторинг на енергийни съоръжения:
  • Управление на вятърни турбини, соларни панели или електроцентрали в реално време.
  • Оптимизация на производството на енергия.
• Интеграция на възобновяеми източници:
  • Моделиране на енергийни системи за ефективно разпределение и управление на ресурси.

4. Здравеопазване

• Цифров близнак на пациент:
  • Създаване на персонализирани лечения и прогнози за развитие на заболявания.
• Планиране на хирургични операции:
  • Виртуални модели, които помагат на лекарите да симулират операции и да изберат най-добрия подход.

5. Селско стопанство

• Управление на ферми:
  • Оптимизация на напояването, използване на торове и други ресурси.
• Прогнозиране на реколтата:
  • Анализ на данни за времето и почвените условия.
• Поддържане на здравето на животните:
  • Сензори върху животните измерват температура, активност и други показатели, които се обработват от цифровия близнак.

6. Градско управление и инфраструктура

• Цифрови близнаци на градове:
  • Управление на трафик, инфраструктура и енергийни системи.
  • Планиране на нови инфраструктурни проекти.
• Пример: Сингапур използва цифров близнак на целия град за управление на транспортната мрежа и планиране на строителни проекти.
• Проектът GATE – Големи данни за интелигентно общество е финансиран от Европейския съюз с общ бюджет от 30 милиона евро за период от 7 години, започвайки от 2019 г.
• Този проект включва разработването на цифров близнак на София, който има за цел да симулира сложни градски социално-икономически процеси и да тества стратегии за устойчиво градско управление.

7. Образование и обучение

• Симулации за обучение:
  • Използване на цифрови близнаци за обучение на персонал в реалистични виртуални среди.
• Практически приложения:
  • Модели за обучение на техници и инженери, преди да започнат работа в реални условия.

8. ИТ и софтуерна индустрия

• Моделиране на облачни инфраструктури:
  • Тестване на нови приложения и симулация на натоварване върху системите.
• Сигурност:
  • Използване на цифрови близнаци за симулация на кибератаки и подобряване на защитата.

9. Автомобилна индустрия

• Мониторинг на превозни средства:
  • Прогнозиране на необходимостта от поддръжка и предотвратяване на повреди.
• Разработване на нови модели:
  • Симулация на различни дизайни и тестване на ефективността преди реално производство.

10. Авиокосмическа индустрия

• Цифров близнак на самолет:
  • Проследяване на състоянието на самолетите и прогнозиране на поддръжката.
• Симулация на космически мисии:
  • Тестване на нови технологии и сценарии в космоса.

11. Логистика и транспорт

• Управление на автопаркове:
  • Оптимизация на маршрутите и планиране на доставките.
• Инфраструктурно управление:
  • Моделиране и оптимизация на транспортни мрежи (например пътища, железопътни линии).

Как цифровият близнак се вписва в модела на зрялост по Индустрия 4.0?

Важно: Преди да продължите нататък, моля да се запознаете с нивата на зрялост, описани тук.

Това е ВАЖНО за всички, които ще кандидатстват за финансиране по покани за дигитализация и внедряване на цифрови технологии на „Програма Конкурентоспособност и иновации в предприятията 2021 – 2027 г.“

Нива на зрялост, към които може да спада цифровият близнак:

Ниво 3: Видимост (Visibility):

• • Ако цифровият близнак се използва за визуализация и наблюдение на процесите в реално време, като например проследяване на температури, енергийна ефективност или натоварване на машини.
  • Това ниво включва базово използване на данни за наблюдение, но без задълбочен анализ.

Ниво 4: Прозрачност (Transparency):

• • Когато данните от цифровия близнак се анализират, за да се разбере по-добре състоянието на процесите, като например прогнозиране на потенциални проблеми или анализ на ефективността.
  • Пример: анализ на енергийното потребление и оптимизацията на ресурсите в сграда или фабрика.

Ниво 5: Предиктивна способност (Predictive Capacity):

• • Ако цифровият близнак използва исторически данни и алгоритми за прогнозиране, например за предсказване на откази на оборудването или планиране на поддръжка.
  • Пример: цифров близнак на фабрика, който прогнозира кога определени машини ще изискват ремонт.

Ниво 6: Адаптивност (Adaptability):

• • Ако цифровият близнак е интегриран с автономни системи, които могат да реагират в реално време на променящи се условия.
  • Например, фабрика с цифров близнак, която автоматично регулира производствени линии или управление на ресурсите въз основа на промените в търсенето или наличността на материали.

В резюме можем да кажем, че, ако цифровият близнак изпълнява:

• Основни функции като мониторинг и визуализация, то това спада към нива Видимост или Прозрачност).
• Интелигентни функции, които включват прогнозиране и автономно управление, то тогава сме на нива Предиктивна способност и Адаптивност).

Така че цифровият близнак може да обхваща няколко нива, в зависимост от степента на интеграция и интелигентност в използването му. Ако вашият цифров близнак включва само наблюдение, той е на ниво 3 (Видимост), но ако се използва за прогнозиране и автоматизация, достига нива 5 и 6.

Колко струва изготвянето на цифрови близнаци?

Цената за изготвяне на цифрови близнаци може да варира значително в зависимост от мащаба, сложността, и конкретното приложение.

Основните фактори, влияещи на цената, са:

1. Обхват и сложност:
   • Малки обекти (машини, уреди): По-ниски разходи.
   • Големи и сложни обекти (сгради, производствени линии, градска инфраструктура): По-високи разходи.
2. Технологии и данни:
   • Важно е дали има необходимост от сензори, IoT устройства, LiDAR сканиране, дронове или сателитни изображения, за набиране на данни.
   • Какъв софтуер за обработка на данни и визуализация е нужен (като CAD, 3D платформи или специализирани инструменти за цифрови близнаци).
3. Сложност:
   • Базови цифрови близнаци, които предоставят само визуализация и мониторинг, са по-евтини.
   • Разширени модели с интеграция на изкуствен интелект и предиктивни анализи увеличават разходите.
4. Приложение:
   • Моделиране на отделни машини и производствени линии в производството или Цифрови близнаци на сгради за управление на енергията и поддръжката е по-просто.
   • Изграждане на цифрови близнаци на градове и цели големи фабрики са много по-сложни модели с множество интеграции.
5. Персонализация:
   • Ползването на готовите платформи за цифрови близнаци са по-евтини. (напр. Microsoft Azure Digital Twins, Siemens Teamcenter and Mindsphere, Bentley iTwin, Ansys Twin Builder и др.)
   • Индивидуално изготвените решения са по-скъпи.

И все пак, каква би била инвестицията:

1. Малки обекти или машини:

• Цена: 10 000 – 50 000 лв.
• Пример: Цифров близнак на CNC машина или автомобилен двигател.

2. Средни по мащаб обекти:

• Цена: 50 000 – 200 000 лв.
• Пример: Цифров модел на производствена линия, офис сграда или малка ферма.

3. Големи инфраструктури и градски цифрови близнаци:

• Цена: 500 000 – 5 млн. лв.
• Пример: Цифров близнак на завод, болница, летище или малък град.

4. Градове и сложни системи:

• Малки градове (50-100 хил. жители):
  • Цена за опростен цифров модел: около 500 хил. – 1 млн. лева.
  • Модел с разширени функции (трафик, замърсяване, енергийна ефективност): 1.5 – 3 млн. лева.
• Средни градове (около 150 хил. жители):
  • Базов цифров модел: 1 – 2 млн. лева.
  • Разширен модел с IoT интеграция и симулации: 3 – 5 млн. лева.
• Големи градове или столични райони:
  • Пълнофункционален цифров близнак: 10 – 30 млн. лева.
• Пример: Цифров близнак на град като София, включващ транспортна система, енергийна мрежа и екологични симулации. (Проектът GATE – Големи данни за интелигентно общество е финансиран от Европейския съюз с общ бюджет от 30 милиона евро за период от 7 години, започвайки от 2019 г.)

Примери:

• Фабрика за храни: 100 000 – 300 000 лв. за цифров близнак на производствените линии, интегрирани с ERP система.
• Малка ферма: 50 000 – 100 000 лв. за цифров модел с IoT сензори за напояване и почвени анализи.
• Малък град: 1 – 5 млн. лв. за симулации на трафик, енергийна ефективност и управление на отпадъците.