Cyfrowy bliźniak – jeszcze wizja czy już rzeczywistość?

    Pojęcie „cyfrowy bliźniak” (ang. digital twin) odnosi się do cyfrowej repliki fizycznych obiektów, procesów i systemów. Bazą tego pojęcia jest koncepcja wirtualnego ekwiwalentu świata fizycznego, która powstała na początku bieżącego stulecia w efekcie prac prowadzonych na Uniwersytecie Michigan.

    Model „cyfrowego bliźniaka” stanowi zestaw trzech komponentów: fizycznego obiektu, jego cyfrowego odwzorowania oraz połączenia części fizycznej i wirtualnej poprzez wymianę i przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym dla stałej aktualizacji odwzorowania. Początkowo koncepcja ta ograniczała się do rozważań teoretycznych, jako że trzeci kluczowy komponent, czyli przepływ danych i informacji w czasie rzeczywistym, nie był możliwy do zrealizowania przy ówczesnym stanie techniki. Zbieranie i przekazywanie danych odbywało się z istotnym udziałem operacji ręcznych i w trybie offline, a więc odwzorowywanie nie następowało w czasie rzeczywistym.

    Upowszechnienie pojęcia „cyfrowy bliźniak” nastąpiło wraz z falą kształtowania się wizji nowej generacji przemysłu – Przemysłu 4.0. W opisach rozwiązań, które mają funkcjonować w wyniku czwartej rewolucji przemysłowej, „cyfrowy bliźniak” zajmuje kluczowe miejsce.

    Obecnie teoria zamienia się w praktykę. Powstały i stale rozwijają się techniczne możliwości realizowania idei „cyfrowego bliźniaka”, i co więcej – są już przedmiotem ofert rynkowych. Widocznym znakiem tych możliwości były tegoroczne Targi Hanowerskie. Zarówno ekspozycje targowe, jak i imprezy towarzyszące były powiązane bezpośrednio lub pośrednio z tą tematyką.

    Kluczowymi uwarunkowaniami w realizacji koncepcji odtworzenia świata fizycznego w warstwie wirtualnej jest dostęp w czasie rzeczywistym do pełnego spektrum danych o odpowiedniej jakości oraz możliwość „nauczenia się” przez świat wirtualny zachowań świata fizycznego. W ten sposób powstaje dynamiczna cyfrowa replika obiektu fizycznego, która jest zdecydowanie czymś więcej niż tylko modelem tego obiektu.

    Obecnie dostępny asortyment dedykowanych rozwiązań pozwala spełniać te założenia. Punktem wyjścia jest rozwój sensoryki i Internetu Rzeczy, prowadzący do ciągłego pozyskiwania i przesyłania danych w ilościach liczonych już obecnie w exabajtach. Exabajt oznacza 1018 bajtów, co świadczy o poziomie szczegółowości monitorowania świata fizycznego. Jeśli porównać „Opisanie świata” w sławnym dziele Marco Polo z XIII wieku, którego treść zawiera się na kilkuset stronach, z obecnym opisem rzeczywistości, w którym dziennie generowanych jest co najmniej kilka exabajtów danych, to nie jest zaskakujące stwierdzenie, że w ciągu ostatnich dwóch lat wygenerowanych zostało tyle samo danych, co od początku istnienia ludzkości.

    Drugi koniec łańcucha w procesie tworzenia „cyfrowego bliźniaka” stanowią narzędzia analityczne, rozwiązania uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji. Technologie te często określane są silnikami napędowymi nowej generacji przemysłu, wykorzystującymi „paliwo XXI wieku”, jakim są dane. Ich dynamiczny rozwój oferuje możliwość efektywnego wykorzystania danych do budowania wiedzy o obiekcie fizycznym, jego zachowaniach i reakcjach na zmiany otoczenia, oraz ciągłą weryfikację tworzonego odwzorowania.

    „Cyfrowe bliźniaki” dzięki swoim cechom rewolucjonizują działalność przemysłową i biznes poprzez osiągane dzięki nim efekty. Dobrym przykładem jest obszar operacyjny, a w szczególności uzyskiwane możliwości predykcyjne. Inny obszar to monitoring produktu w całym cyklu życia i możliwość wykorzystania tej wiedzy do jego rozwoju i optymalizacji.

    Dostępność rozwiązań technicznych umożliwiających realizację koncepcji „cyfrowego bliźniaka”, a z drugiej strony uzyskiwane dzięki nim efekty powodują, że ich wdrażanie staje się obecnie jednym z kluczowych działań w transformacji cyfrowej. Opracowywany przez instytut Gartnera coroczny raport na temat topowych strategicznych trendów w technologii pozycjonuje aktualnie „cyfrowe bliźniaki” w pierwszej dziesiątce. Według tego raportu przewiduje się, że w roku 2021 połowa dużych firm produkcyjnych będzie używać „cyfrowych bliźniaków”, uzyskując dzięki temu zwiększenie efektywności o 10%.

    Upowszechnianie „cyfrowych bliźniaków” – oprócz korzyści ekonomicznych – niesie również wyzwania, zwłaszcza w zakresie ustanowienia reguł ich funkcjonowania. Odpowiedzialność za generowane działania musi dotyczyć również aktywności „cyfrowego bliźniaka”, a nieodłącznym elementem jego kształtowania jest „nauczenie” go reguł i zachowań obowiązujących w społeczeństwie. Temat ten jest coraz częściej podnoszony, co dodatkowo potwierdza fakt, że koncepcja „cyfrowego bliźniaka” przestaje być wizją przyszłości, a staje się rzeczywistością.


    Andrzej Soldaty – założyciel i partner „Inicjatywy dla Polskiego Przemysłu 4.0”, Lider Projektu „Platforma Przemysłu Przyszłości” w Ministerstwie Przedsiębiorczości i Technologii. W latach 2010–2015 był prezesem zarządu polskiego oddziału Festo.