Digital Twins là gì? Ứng dụng phổ biến của Digital Twins trong nền công nghiệp 4.0

Digital Twins là công nghệ không mới đối với nhiều doanh nghiệp thuộc mọi lĩnh vực. Thậm chí việc sử dụng công nghệ này đang là một trong những xu hướng chính trong quá trình phát triển nền công nghiệp 4.0. Tại bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu về khái niệm Digital Twins là gì, đặc điểm cũng như lý giải tại sao Digital Twins lại có vai trò quan trọng như hiện nay.

Digital Twins là gì? Giới thiệu về công nghệ Digital Twins

Digital Twins đã thu hút được sự quan tâm đáng kể từ các doanh nghiệp trong mọi ngành nghề trong vài năm qua khi Internet of Things (IoT) ngày càng trở nên phổ biến.

Vậy Digital Twins là gì ? Digital Twins hay là một bản sao của một vật thể hay hệ thống thực tế. Giữa bản sao và vật thể thực tế có một luồng dữ liệu (dataflow) và thông qua các cảm biến trên hệ thống thực tế, bản sao được cập nhật để có thể theo dõi trạng thái của hệ thống theo thời gian thực. Như vậy, bản sao số là hình ảnh phản chiếu song song của vật thể theo thời gian thực. Trong một số trường hợp, một bản sao số thể hiện cả tình trạng hiện tại và quá khứ của vật thể.

Digital Twins tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (Machine Learning) và phân tích phần mềm với dữ liệu để tạo một mô hình mô phỏng đối tượng hoàn chỉnh. Một bản sao kỹ thuật số liên tục học hỏi và cập nhật từ nhiều nguồn để mô tả trạng thái gần thời gian thực, điều kiện làm việc hoặc vị trí của nó.

Công nghệ bản sao kỹ thuật số lần đầu tiên được phát hiện trong ngành hàng không vũ trụ bởi John Vickers của NASA, Trên thực tế, có thể nói NASA đã đi tiên phong trong việc sử dụng công nghệ Digital Twins trong các sứ mệnh thám hiểm không gian của họ vào những năm 1960, khi mỗi tàu vũ trụ du hành đều được sao chép chính xác trong một phiên bản quay về trái đất được sử dụng cho mục đích nghiên cứu và mô phỏng bởi các nhân viên NASA phục vụ trên các tổ bay.

Ngày nay, Digital Twins có thể phát huy vai trò của mình. Từ việc mô phỏng các tài sản, sản phẩm, thiết bị đơn lẻ và có kích thước lớn (tuabin, đường ống, v.v.), công nghệ tiên tiến này còn có thể can thiệp vào các quy trình và môi trường phức tạp (dây chuyền sản xuất, nhà máy sản xuất, trang trại gió, v.v.). Mức độ tinh vi và chi tiết của các mô hình phụ thuộc vào tính khả dụng và mức độ quy mô của cơ sở hạ tầng CNTT trong doanh nghiệp.

Giải pháp nhà máy thông minh được ứng dụng thành công cho nhiều doanh nghiệp lớn

Với vai trò là trái tim hoạt động của các doanh nghiệp sản xuất, nhà máy thông minh có khả năng thu thập dữ liệu trong thời gian thực, số hoá các quy trình và phương thức quản lý truyền thống, từ đó tối ưu hoá các bài toán về Chất lượng - Tiến độ - Chi phí.

Xem thêm

Bên cạnh đó, Digital Twins có thể thực hiện các mô hình mô phỏng để kiểm tra và dự đoán tài sản và xử lý các thay đổi trong các tình huống giả định khác nhau. Tận dụng công nghệ này, các doanh nghiệp có thể tìm thấy những lợi ích đáng kể như cải thiện hoạt động kinh doanh sản xuất, nghiên cứu và đổi mới sản phẩm và dịch vụ cũng như rút ngắn thời gian đưa thành phẩm ra thị trường.

Lấy một tuabin gió làm ví dụ về ứng dụng của Digital Twins. Tuabin có thể được trang bị các cảm biến, tạo ra dữ liệu thời gian thực về hiệu suất của tuabin, có thể là tốc độ, sản lượng năng lượng hoặc điều kiện thời tiết. Dữ liệu này sau đó có thể được sử dụng để tạo bản sao kỹ thuật số của tuabin dưới dạng 3D. Máy học và các mô hình khác có thể được áp dụng để nhận dạng các mẫu trong tuabin này – chẳng hạn như liệu nó có đang hoạt động tối ưu hay không. Digital Twins có thể được sử dụng để chạy mô phỏng mà không làm phiền đến tuabin ban đầu và các cải tiến sau đó có thể được đưa trở lại bản gốc.

Digital Twins hay là một bản sao của một vật thể hay hệ thống thực tế.

3 ứng dụng chủ yếu của công nghệ Digital Twins 

Công nghệ bản sao kỹ thuật số mang đến khả năng hiển thị chưa từng có đối với mọi loại máy móc thiết bị và sản phẩm cũng như quy trình dây chuyền sản xuất để phát hiện các lỗi. Từ đây doanh nghiệp có thể kịp thời thay đổi, hợp lý hóa hoạt động sản xuất, cũng như đổi mới phát triển sản phẩm.

Dưới đây là ba ứng dụng chính của công nghệ Digital Twins cho nền công nghiệp 4.0:

Trong lĩnh vực sản xuất 

• Bảo trì dự đoán

 Nhờ vào công nghệ mô phỏng hiện đại này, doanh nghiệp sẽ có được cái nhìn tổng thể về tình trạng và hiệu suất của các thiết bị, có thể phát hiện ngay những bất thường và sai lệch trong hoạt động của chúng.

Việc bảo trì và bổ sung các phụ tùng thay thế có thể được chủ động lên kế hoạch, giúp giảm thiểu thời gian bảo dưỡng và tránh những hỏng hóc tốn gây nhiều thiệt hại lớn tài sản. Đối với các doanh nghiệp OEM, tính năng bảo trì dự đoán của Digital Twins có thể cung cấp nguồn doanh thu dựa trên dịch vụ mới đồng thời giúp cải thiện độ tin cậy của sản phẩm.

• Thiết kế sản phẩm và tạo các mô hình ảo:

Các mô hình ảo của sản phẩm sẽ mang đến nguồn thông tin chi tiết, toàn diện và quý giá cho doanh nghiệp. Đặc biệt là trong các lĩnh vực có tính phức tạp, chi tiết như linh kiện – điện tử, may mặc,… Các mô hình đó sẽ đưa ra các dữ liệu về kiểu sử dụng, lỗi phát sinh và nhiều hơn thế.

Bằng cách hiểu rõ hơn về các đặc tính và khả năng hỏng hóc của sản phẩm, các nhà thiết kế và nhà phát triển có thể đánh giá chính xác khả năng sử dụng của sản phẩm và cải thiện chúng trong tương lai.

Tương tự, các doanh nghiệp OEM có thể cung cấp các dịch vụ tùy chỉnh cho các nhóm khách hàng khác nhau dựa trên các hành vi sử dụng cụ thể và viễn cảnh triển khai sản phẩm. Công nghệ Digital Twins cũng hỗ trợ phát triển các nguyên mẫu ảo và chạy các mô hình để kiểm tra tính năng dựa trên dữ liệu thực nghiệm.

Một ví dụ điển hình, công nghệ này đang được sử dụng tại nhà máy của Siemens tại Amberg – Đức. Nhà máy này tự động hóa đến 75%. Nhà máy sử dụng tối đa công nghệ Digital Twins, các loại máy móc sẽ được thử nghiệm trong không gian 3D trước khi được thực sự đưa vào sử dụng. Lỗi và các vấn đề trục trặc có thể được khắc phục trước khi phần cứng được phân phối, nhờ đó giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc. Và khi nhà máy đi vào hoạt động, các quy trình sản xuất vẫn có thể liên tục tối ưu hóa bằng cách phản ánh các dữ liệu thực tế trở lại cho các phần mềm kỹ thuật Digital Twins.

Tương lai của các nhà máy với kỹ thuật Digital Twins sẽ phải liên kết chặt chẽ với một hệ thống dữ liệu vô cùng lớn vì việc sử dụng các mô hình ảo cho toàn bộ hệ thống sản xuất cùng các nhà máy đòi hỏi việc phải xử lý và lưu trữ một lượng dữ liệu khổng lồ. Trong tương lai không xa, các nhà máy kỹ thuật số sẽ có thể hoạt động trong thời gian thực cùng với các bản gốc của chúng, giống như cách mà các dữ liệu chỉ hiện hữu trên màn hình máy tính dần bị thay thế bởi các bản mẫu ảo hiện nay, và đó có thể là một bước khởi đầu cho việc phát triển các nhà máy ảo trở thành các nhà máy sản xuất “thực”.

• Ứng dụng của Digital Twins trong lĩnh vực y tế 

Trong chẩn đoán và chữa trị người bệnh, tia X, MRI và kỹ thuật siêu âm được sử dụng để tạo ra một bản sao kỹ thuật số 3D hoàn chỉnh của toàn bộ cơ thể người. Đây là căn cứ để chẩn đoán, đánh giá và chữa trị cho người bệnh. Dữ liệu 3D có thể được dùng để tạo ra các bản sao của khung xương người dựa trên công nghệ in 3D. Một số nhà khoa học đã có thể tạo ra một bản sao hoàn chỉnh trái tim người “HeartModel” giúp đưa ra các chẩn đoán chính xác và tìm ra phương pháp chữa trị hiệu quả.

Trong ngành sản xuất dược phẩm, công nghệ Digital Twins được áp dụng để mô hình hóa các quá trình sinh hóa phức tạp dựa trên các công nghệ cảm biến, IoT. Điều này giúp các nhà sản xuất, điều chế dược phẩm nghiên cứu rõ hơn các quá trình tương tác trong thời gian thực, góp phần tăng tốc đáng kể các quá trình sản xuất.

Công nghệ Digital Twins được sử dụng để mô hình hóa các cơ sở y tế, bệnh viên nhằm xây dựng các kịch bản đối phó với các tình huống khám, chữa bệnh khác nhau. Với mỗi kịch bản được mô phỏng, các trung tâm y tế có thể đánh giá thời gian và chi phí cũng như phương án tối ưu trong tiếp nhận, phân loại và khám, chữa bệnh đáp ứng với số lượng bênh nhân khác nhau.

>>>Đọc thêm: Trí tuệ nhân tạo của IBM có khả năng dự đoán chính xác 95% những nhân viên sẽ nghỉ việc

Để ứng dụng Digital Twins – Doanh nghiệp cần chuẩn bị gì?

Vậy muốn đưa công nghệ bản sao kỹ thuật số này vào doanh nghiệp, nhà quản lý cần chuẩn bị những gì? Những yếu tố sau cần được doanh nghiệp chú ý khi triển khai Digital Twins trong thực tiễn:

• Chuẩn bị hệ thống cảm biến: Các cảm biến này có tác dụng lưu giữa lịch sử vận hành của các tài sản và hệ thống các quy trình (rung động, nhiệt độ, áp suất, v.v.), cùng với môi trường hoạt động của chúng (nhiệt độ không khí, độ ẩm, v.v.)
• Xây dựng mạng truyền thông: Một mạng truyền thông đảm bảo sẽ thực hiện chức năng cung cấp, truyền tải dữ liệu một cách an toàn và đáng tin cậy từ các thiết bị vật lý sang một trường kỹ thuật số
• Tăng cường nền tảng kỹ thuật số trong doanh nghiệp. Nền tảng kỹ thuật số trong doanh nghiệp đóng vai trò là kho dữ liệu khổng lồ giúp tổng hợp và lưu trữ dữ liệu cảm biến tại cơ sở sản xuất với dữ liệu phục vụ cho hoạt động kinh doanh (ví dụ như: MES, ERP). Bằng cách kết hợp các nguồn dữ liệu theo thời gian thực này cùng với các thuật toán AI/máy học nâng cao, các nhà quản lý có thể đưa ra cá quyết định kịp thời và sát với nhu cầu thực tế của doanh nghiệp.

Digital Twin là một bản sao kỹ thuật số của một vật thể hay một hệ thống thực tế

>>>Đọc thêm: Amazon đã ứng dụng của IoT để tạo ra cửa hàng không nhân viên như thế nào?

Những vấn đề chính cần cân nhắc trước khi triển khai Digital Twins là gì?

Công ty tư vấn và nghiên cứu công nghệ Gartner đã rất ủng hộ sự phát triển bùng nổ của công nghệ bản sao kỹ thuật số và tin tưởng rằng hơn một nửa nhà sản xuất lớn sẽ có một sáng kiến sử dụng công nghệ này vào năm 2020. Tính chính xác của dự đoán này thực tế chưa được kiểm chứng, nhưng quan trọng từng doanh nghiệp phải đánh giá được mức độ sẵn sàng khi triển khai một sáng kiến ​​trong lĩnh vực phức tạp như vậy. Thực tế đối với mỗi doanh nghiệp Việt Nam hay quốc tế, dù ở quy mô hay ngành nghề nào, đánh giá được khả năng của bản thân trong việc đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng công nghệ hiện đại là một điều cần lưu ý.

Trong hệ thống tự động hóa và điều khiển với các giao thức công nghiệp độc quyền, dữ liệu cảm biến được gói gọn trong các quy trình cục bộ, theo chu kỳ khép kín và không thể lọt ra bên ngoài. Việc trang bị thêm không gian (brownfield) với kết nối IoT để phá vỡ các rào cản này và biến dữ liệu có giá trị có thể truy cập được trong toàn doanh nghiệp có thể là một quá trình không đơn giản. Do đó, trước khi bắt đầu một dự án triển khai công nghệ Digital Twins, các doanh nghiệp nên xem xét liệu cơ sở hạ tầng truyền thông có đủ để thu thập dữ liệu hiệu quả chưa.

Ngay cả khi có đủ dữ liệu trong tay, việc cấu trúc và phân tích những dữ liệu này để tạo ra các giá trị cũng sẽ là một trở ngại. Để tránh tình trạng dư thừa dữ liệu không cần thiết và thiếu các dữ liệu có giá trị, doanh nghiệp hơn bao giờ hết phải đánh giá khả năng chuyển đổi số ngay từ đầu và xác định mức độ tối ưu của công nghệ nếu được triển khai trong doanh nghiệp.

Hy vọng những thông tin mà chúng tôi cung cấp giúp bạn có được hình dung cụ thể về Digital Twins là gì. Để triển khai một công nghệ mới trong một doanh nghiệp không dễ dàng. Thế nhưng, không nên vì vậy mà các doanh nghiệp bỏ qua Digital Twins hay còn gọi là công nghệ bản sao kỹ thuật số. Bởi một khi chúng được ứng dụng, đặc biệt trong môi trường sản xuất có tính đặc thù cao sẽ mang lại các giá trị rất lớn cho doanh nghiệp.