V koncepci Průmyslu 4.0 se jako nejefektivnější metoda optimalizace výrobních a logistických procesů doporučuje digitální dvojče. Digitální dvojče umožňuje efektivní spolupráci, synchronizaci a řízení strojů ve výrobě.
Digitální dvojčata jsou vlastně virtuální obraz továrny, který realizuje digitální výrobu (proto se též někdy potkáme s názvem virtuální dvojčata). Virtuální továrnou se myslí obraz, jež není fyzický, ale který reprezentuje dynamiku, výrobní kapacitu i životnost fyzického zařízení. Na digitálním dvojčeti se reprezentuje celý výrobní postup výrobků – vstupní materiál, jednotlivé výrobní kroky i životnost výrobku.
Vlastnosti a parametry získané virtuálními metodami lze využít k vylepšení, identifikaci či plánování výrobního cyklu produktu. Do budoucna se počítá s integrací metod umělé inteligence a strojového učení pro predikci poruch.
Důležitým faktorem digitálního dvojčete je takzvané „přesimulování“. Což je stav, kdy virtuální model kopíruje realitu.
Klíčové výhody virtuálního zprovoznění stroje jsou:
- Ověření konceptu stroje a jeho řídicích algoritmů,
- úspora času inženýra,
- ověření senzorů a jejich logiky,
- testy blokací a bezpečnostních prvků,
- ošetření chybových stavů,
- snazší oživování stroje.
Funkčnost digitálního dvojčete spočívá v senzorech, které jsou připojené na reálné výrobní lince a shromažďují data. Tyto data se nahrávají do virtuálního modelu a umožňují simulovat objekt v reálném čase a snáze identifikovat potenciální problémy. Virtuální dvojče však může být navrženo na základě prototypu fyzického dílu a může sloužit i jako zpětná vazba při návrhu produktu.
Digitální dvojčata se nejčastěji využívají u letadel, motorů, vlaků, turbín a různých dalších drahých věcí, které je lepší před fyzickým provozem otestovat a tím ušetřit případné větší náklady. Servisní pracovníci by mohli pomocí virtuálního dvojčete otestovat opravu dříve, než ji aplikují a tím ověřit funkčnost a správnost opravy.
Použití digitálních dvojčat je samozřejmě možné i v jiných oblastech. Například v automobilovém průmyslu, od virtuálních modelů výrobních linek až po samotné automobily. Auta už nyní disponují řadou snímačů, ale s digitálními dvojčaty se nejspíše počítá až u samořídících automobilů.
Další zajímavá oblast, kde se uvažuje o zavedení virtuálního dvojčete je zdravotnictví – pomocí malých snímačů umístěných na těle by se mohla data o zdravotnickém stavu posílat do počítače a predikovat tak zdravotní stav pacienta.
Vedle virtuálních modelů strojů se využívají digitální dvojčata na virtualizaci různých procesů – distribuce zboží v logistických firmách, kopie firem, na nichž se sleduje efektivita fungování a řízení a simulují se různé budoucí scénáře.
Existují i digitální dvojčata celých měst. Třeba Rennes v Bretani, který si nechal vyvinou trojrozměrný digitální model „Virtual Rennes“, na kterém je možné simulovat různě varianty rozvoje města a získat předpověď dopadu každého zásadního rozhodnutí o budoucí výstavbě.
Koncept digitálního dvojčete však předchází době Industry 4.0. Počátky této technologie jsou ze sedmdesátých let, kdy NASA pracovala na projektu Apollo. Během této mise došlo k explozi kyslíkové nádrže, která vážně poškodila servisní modul a tím ohrozila misi a životy posádky. Jelikož tým inženýrů na zemi měl k dispozici repliku kosmické lidi i s technickými detaily, mohli nasimulovat nešťastnou situaci a otestovat všechna možná řešení. NASA tento koncept dvojčete stále využívá, ale již pouze digitálně.
Cílem koncepce Industry 4.0 a digitálního dvojčete je dosáhnout co nejvyšší úrovně prediktivní údržby, která umožňuje efektivněji rozpoznat potřebnou údržbu zařízení na výrobních a souvisejících procesech tak, aby nebyl ohrožen správný provoz.
