Digital Twin là gì? Ứng dụng của Digital Twin trong nền công nghiệp 4.0

1. Digital Twin là gì?

Digital Twin được hiểu là bản sao Kỹ Thuật Số hay cặp song sinh kỹ thuật số, được hiểu là bản sao của các thực thể vật lý như thiết bị, con người, quy trình hoặc hệ thống giúp doanh nghiệp đưa ra quyết định theo mô hình. Về bản chất, Digital Twin là một chương trình máy tính lấy dữ liệu trong thế giới thực về một đối tượng hoặc hệ thống vật lý làm đầu vào và tạo ra các dự đoán hoặc mô phỏng đầu ra về cách đối tượng hoặc hệ thống vật lý đó sẽ bị ảnh hưởng bởi những đầu vào đó.

Các cặp song sinh kỹ thuật số đang thay đổi cách thức thực hiện công việc trong các ngành công nghiệp. Biết được những ứng dụng đó có thể giúp các doanh nghiệp triển khai cặp song sinh kỹ thuật số vào quy trình của họ.

Theo nghiên cứu của Deloitte (1 trong 4 công ty kiểm toán hàng đầu thế giới), thị trường toàn cầu cho các cặp song sinh kỹ thuật số dự kiến ​​sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR 38%, đạt 16 tỷ USD vào năm 2023.

2. Mô hình hoạt động của Digital Twin là gì?

Digital Twin có khả năng tiếp nhận dữ liệu đầu vào từ các cảm biến hỗ trợ thu thập dữ liệu trong thế giới thực. Các thiết bị vật lý sẽ được trang bị một hệ thống cảm biến để theo dõi các thông số hoạt động, tình trạng vận hành, vị trí, và các yếu tố quan trọng khác. Các cảm biến này được kết nối với nền tảng đám mây, nơi các dữ liệu sẽ được thu thập, lưu trữ, xử lý, và phân tích.

Sau khi các dữ liệu vận hành được phân tích với các điều kiện ngữ cảnh giả định khác nhau sẽ mô phỏng ra các kết quả khác nhau. Các khám phá quan trọng trong môi trường ảo hóa này sẽ giúp quá trình triển khai ở thực tế diễn ra nhanh hơn và giảm thiểu rủi ro có thể xảy ra.

Điều này cho phép Digital Twin mô phỏng đối tượng vật lý trong thời gian thực hay trong quá trình cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất và các vấn đề doanh nghiệp quan tâm. Do đó, trong một số trường hợp, Digital Twin có thể đóng vai trò là một nguyên mẫu trước khi bất kỳ phiên bản vật lý nào được chế tạo.

3. Lợi ích của Digital Twin trong nền công nghiệp 4.0

Thúc đẩy công nghệ CAD trong thiết kế

Các phần mềm CAD (Computer-aided design) đã được sử dụng từ lâu để thiết kế ra các sản phẩm vật lý, các layout và hệ thống vận hành nhà máy khác nhau. Nói chung, phần mềm thiết kế CAD sẽ cho phép tạo ra các bề mặt; Đường viền 3D xác định hình dạng và sau đó, các kỹ sư bắt đầu xây dựng hệ thống ngoài đời thực.

Công nghệ Digital Twin cho phép mô phỏng và thực thi toàn bộ các chức năng trên mà không cần thiết phải xây dựng hệ thống thực. Điều này được thực hiện nhờ khả năng liên kết gần như thời gian thực giữa thực thể vật lý và thế giới số của bản sinh đôi kỹ thuật số. Sự thay thế này mang lại các mô hình mạnh mẽ hơn, thực tế hơn, và các đo lường toàn diện về các rủi ro không dự đoán được.

Cũng với công nghệ Digital Twin, các kiến trúc sư có thể khai thác mọi tiềm năng, giả lập các ngữ cảnh, thử nghiệm nhiều phương án sắp xếp và quản lý khác nhau trước khi quyết định đầu tư. Từ đó, rủi ro của toàn bộ dự án được giảm thiểu, và thời gian triển khai dự án cũng sẽ nhanh hơn đáng kể.

Gia tăng khả năng vận hành

Digital Twin giúp cho người quản lý vận hành thử nghiệm nhiều phương án sắp xếp dây chuyền sản xuất khác nhau để giải quyết các điểm nghẽn trong quy trình, tối ưu việc sắp xếp, bố trí thiết bị.

Digital Twin cho phép mô phỏng quá trình tương tác của nhân viên với toàn bộ dây chuyền sản xuất. Điều này giúp cho người quản lý vận hành thử nghiệm nhiều phương án giải quyết các điểm nghẽn khác nhau cũng như triển khai các phương án cải tiến quy trình, mà không cần phải triển khai trong môi trường thực tế để biết được kết quả. Theo đó, tất cả các khâu xuyên suốt trong dây chuyền sản xuất từ thiết kế, vận hành, sản xuất đều được thể hiện trực quan, giúp cho việc cải thiện hay thay đổi diễn ra dễ dàng, liền mạch và hạn chế các rủi ro có thể xảy ra.

Thúc đẩy chuỗi cung ứng

Công nghệ Digital Twin còn cho phép các doanh nghiệp có thể xây dựng hệ thống cửa hàng, phát triển chuỗi showroom trưng bày sản phẩm, tổ chức các buổi triển lãm hay sự kiện ra mắt sản phẩm mới ngay trên không gian số. Từ đó, sản phẩm, dịch vụ của doanh nghiệp tiếp cận đến các nhóm khách hàng mục tiêu không chỉ tại Việt Nam mà trên toàn thế giới một cách trực quan và sinh động nhất. Các doanh nghiệp có thể tăng cường nhận diện thương hiệu, đa dạng hóa khả năng tiếp cận khách hàng, mở rộng quy mô hoạt động và nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường.

4. Ứng dụng của Digital Twin

Thiết bị phát điện

Các động cơ lớn – bao gồm động cơ phản lực, động cơ đầu máy và tuabin phát điện – được hưởng lợi rất nhiều từ việc sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số, ví dụ như là thiết lập khung thời gian để bảo trì thường xuyên.

Hoạt động sản xuất

Vì cặp song sinh kỹ thuật số phản ánh toàn bộ vòng đời của một sản phẩm, do đó chúng có thể ứng dụng trong tất cả các giai đoạn sản xuất, từ thiết kế, sản xuất đến hoàn thiện thành phẩm.

Công nghiệp ô tô

Ô tô đại diện cho nhiều loại hệ thống phức tạp cùng hoạt động, và cặp song sinh kỹ thuật số được sử dụng rộng rãi trong thiết kế ô tô, cả để cải thiện hiệu suất của xe và tăng hiệu quả xung quanh quá trình sản xuất của chúng.

Quy hoạch đô thị

Các kỹ sư dân dụng và những người khác tham gia vào các hoạt động quy hoạch đô thị được hỗ trợ đáng kể bằng cách sử dụng các cặp song sinh kỹ thuật số, có thể hiển thị dữ liệu không gian 3D và 4D trong thời gian thực và cũng kết hợp hệ thống thực tế tăng cường vào môi trường xây dựng.

Hàng không vũ trụ

Trước đây, Digital Twin đã được sử dụng trong kỹ thuật hàng không vũ trụ. Một ví dụ là chương trình Apollo 13 vào những năm 1970, các nhà khoa học NASA trên trái đất có thể mô phỏng tình trạng của con tàu và tìm ra câu trả lời khi các vấn đề quan trọng phát sinh. Sau đó vào năm 2002, khái niệm Digital Twin được giới thiệu bởi John Vickers từ NASA.

Ngày nay, tầm quan trọng của Digital Twin trong ngành hàng không vũ trụ được các chuyên gia thừa nhận. 75% giám đốc điều hành lực lượng không quân đã bỏ phiếu tín nhiệm ủng hộ ứng dụng Digital Twin, theo báo cáo khảo sát của Business Wire .

Với Digital Twin, các kỹ sư có thể sử dụng phân tích dự đoán để thấy trước bất kỳ vấn đề nào trong tương lai liên quan đến khung máy bay, động cơ hoặc các bộ phận khác để đảm bảo an toàn cho những người trên máy bay.

Chăm sóc sức khỏe

Các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe và các công ty dược phẩm cũng có thể sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số để lập mô hình mã bộ gen, đặc điểm sinh lý và lối sống của bệnh nhân để các công cung cấp dịch vụ chăm sóc cá nhân hóa, chẳng hạn như các loại thuốc duy nhất cho từng bệnh nhân.

5. Xu thế của Digital Twin

Trong vài năm tới, Digital Twin sẽ dễ dàng được sử dụng khi các khung phần mềm, giải pháp và nền tảng được tiêu chuẩn hóa. Khi những ý tưởng digital twin dễ tiếp cận hơn, các doanh nghiệp có thể có được những phân tích chuyên sâu và mô hình dự đoán để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số.

Việc ứng dụng digital twin sẽ trở nên phổ biến hơn khi xu thế chuyển đổi công nghệ mạnh mẽ và các giải pháp cũng như khung phần mềm có sẵn, từ đó giúp giảm chi phí khi triển khai và đầu tư. Digital Twin sẽ là yếu tố chính của Chuyển đổi số 4.0, kết hợp với đo lường và mô hình hóa/mô phỏng để mang đến giá trị trực tiếp cho nền công nghiệp hiện đại.