Ας φανταστούμε έναν κόσμο όπου κάθε γραμμή παραγωγής, κάθε μηχανισμός, κάθε εργαλείο έχει το ψηφιακό του δίδυμο. Έναν κόσμο όπου οι ιδέες δοκιμάζονται και βελτιστοποιούνται πριν καν φτάσουν στο στάδιο της παραγωγής, ανοίγοντας νέους ορίζοντες για τη βιομηχανία. Αυτή είναι η νέα πραγματικότητα που φέρνουν τα ψηφιακά δίδυμα.
Πες μου κάτι που ξέρω να είναι αλήθεια». Στο σύμπαν του Inception, κάθε επίπεδο ενός ονείρου είναι μια τέλεια προσομοίωση της πραγματικότητας, η οποία μπορεί να αναμορφωθεί και να ελεγχθεί από τους χαρακτήρες. Σε κάθε στάδιο, δοκιμάζονται διαφορετικά σενάρια, το τοπίο προσαρμόζεται και το αποτέλεσμα προβλέπεται πριν καν συμβεί. Αυτή η φιλοσοφία αποτυπώνεται στην ύψιστη μορφή σήμερα στα ψηφιακά δίδυμα στη βιομηχανία: παρέχουν τη δυνατότητα στις επιχειρήσεις να προσομοιώνουν και να βελτιστοποιούν κάθε πτυχή της παραγωγικής διαδικασίας, όπως οι χαρακτήρες της ταινίας διαμορφώνουν τον κόσμο των ονείρων τους.
«Η Βιομηχανία 4.0 δίνει έμφαση στην μετεξέλιξη του ψηφιακού μετασχηματισμού που ξεκίνησε στις προηγούμενες δεκαετίες σε ένα ολοκληρωτικά νέο πλαίσιο όπου με την αξιοποίηση της διασυνδεσιμότητας που προσφέρει το Internet of Things –(IoT), πρόσβασης σε δεδομένα πραγματικού χρόνου και εισαγωγής των κυβερνοφυσικών συστημάτων (CPS), επιτυγχάνεται μια ολοκληρωμένη, αλληλένδετη και ολιστική προσέγγιση της παραγωγής, η οποία βασίζεται στην ενοποίηση των φυσικών διαδικασιών, των υπολογισμών και της δικτύωσης. Τα κυβερνοφυσικά συστήματα έχουν ενσωματωθεί στα φυσικά συστήματα και με τη βοήθεια αισθητήρων παρακολουθούν και συλλέγουν δεδομένα από στοιχεία που ανήκουν στον φυσικό κόσμο», σημειώνει Χρυσόστομος Στύλιος, Διευθυντής Ινστιτούτου Βιομηχανικών Συστημάτων του Ερευνητικού Κέντρου Αθηνά.
Τα Ψηφιακά Δίδυμα αποτελούν την εξέλιξη της αποτελεσματικής διασύνδεσης του φυσικού με τον ψηφιακό κόσμο, πρόκειται για μια στρατηγική τεχνολογία που επιτρέπει την εικονική αναπαράσταση του φυσικού κόσμου, την εξομοίωση της συμπεριφοράς των φυσικών πραγμάτων κατά τη διάρκεια της λειτουργίας τους, αλλά και τη διαρκή σύνδεση ανάμεσα στα φυσικά και εικονικά μέρη.
«Η εισαγωγή των Ψηφιακών Διδύμων έχει παράσχει νέες δυνατότητες εξομοίωσης. Η εξομοίωση μεγάλων και πολύπλοκων συστημάτων απαιτούσε συνήθως κάποιους συμβιβασμούς μεταξύ της πολυπλοκότητας των μοντέλων, του χρόνου εκτέλεσης των εξομοιώσεων και της ακρίβειας, με την εξομοίωση να γίνεται ασύγχρονα και να αξιοποιεί περιορισμένα σύνολα δεδομένων», λέει ο κ. Στύλιος. Ωστόσο, σύμφωνα με τον ίδιο, με την πρόοδο των Ψηφιακών Διδύμων και την αξιοποίηση της Ανάλυση Μεγάλων Δεδομένων και της Μηχανικής Μάθησης, δημιουργείται ένα νέο σύστημα όπου το μοντέλο και ο προσομοιωτής συνιστούν το Ψηφιακό Δίδυμο, το οποίο εξελίσσεται συνεχώς καθώς τροφοδοτείται από δεδομένα από τον πραγματικό κόσμο.
Η χρησιμότητά των ψηφιακών διδύμων δεν εξαντλείται στην εξομοίωση που είναι περισσότερο συνδεδεμένη με τα πρώτα στάδια της σύλληψης και του σχεδιασμού ενός συστήματος. «Τα Ψηφιακά Δίδυμα παρέχουν σε πραγματικό χρόνο και εις βάθος επιτήρηση μεγάλων και πολύπλοκων φυσικών συστημάτων. Η δυνατότητα επεξεργασίας μεγάλων δεδομένων αυξάνει συνολικά την αποτελεσματικότητα και ενισχύει την ασφάλεια. Η θεώρηση των συστημάτων καθ’ όλο τον κύκλο ζωής τους είναι επίσης εξαιρετικά σημαντική επιτρέποντας την κατάλληλη συντήρηση, αλλά και την υλοποίηση σεναρίων κυκλικότητας και την αύξηση της αειφορίας. Τέλος, η δυνατότητα διατήρησης διαφορετικών εκδόσεων του Ψηφιακού Διδύμου όταν γίνονται επεμβάσεις και αλλαγές στο επίπεδο του εξοπλισμού ή των συστημάτων καθιστά δυνατή την δοκιμή λύσεων και επαναφορά σε προγενέστερες εκδόσεις όταν αυτό απαιτηθεί», επισημαίνει ο Διευθυντής του ΙΝΒΙΣ.
Μια γραμμή παραγωγής, ένα εργοστάσιο, ή ακόμη και μια ολόκληρη αλυσίδα εφοδιασμού μπορεί να αντιγραφεί με απόλυτη ακρίβεια στο ψηφιακό περιβάλλον. Εκεί, με βάση δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, οι επιχειρήσεις μπορούν να προβλέψουν δυσλειτουργίες, να υπολογίσουν κόστος και αποδοτικότητα, ή να δοκιμάσουν νέες στρατηγικές παραγωγής και καινοτομίας. Κάθε πιθανό σενάριο μπορεί να εξεταστεί εκ των προτέρων, ακριβώς όπως οι χαρακτήρες του Inception υπολογίζουν κάθε βήμα τους σε έναν μεταβαλλόμενο κόσμο.
Από την αυτοκινητοβιομηχανία στη Μεταποίηση
Τα ψηφιακά δίδυμα έχουν ήδη διεισδύσει σε βασικούς τομείς της βιομηχανίας, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροδιαστημική και η μεταποίηση, προσφέροντας τη δυνατότητα ακριβούς προσομοίωσης πραγματικών περιουσιακών στοιχείων και διαδικασιών. Η παγκόσμια αγορά ψηφιακών διδύμων, σύμφωνα με τις εκτιμήσεις, έχει αγγίξει τα 10,1 δισεκατομμύρια δολάρια το 2023, με πρόβλεψη να φτάσει τα 73,5 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2027, σημειώνοντας ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 35%.
H έρευνα της IDC υπογραμμίζει την ευρεία υιοθέτηση και αναγνώριση της τεχνολογίας των digital twins σε διάφορους τομείς, επεκτείνοντας την εμβέλειά της πολύ πέρα από τις παραδοσιακές, βαριές βιομηχανίες. Μια ολοκληρωμένη έρευνα, που διεξήχθη από την IDC, αποκαλύπτει αξιοσημείωτη εξοικείωση με τα ψηφιακά δίδυμα στους πόρους και τις κατασκευές (52%) και τη μεταποίηση (40%), αλλά και στις επαγγελματικές υπηρεσίες (40%), τις μεταφορές και τα logistics (37%), την ενέργεια (37%) και τον τομέα των χρηματοοικονομικών (36%).
«Στο σημερινό τοπίο της βιομηχανίας, τα ψηφιακά δίδυμα αναδεικνύονται ως απαραίτητα εργαλεία για τη χάραξη του δρόμου προς την επιτυχία. Από την προώθηση της “έξυπνης” συνεργασίας έως τη δοκιμή και την πρόβλεψη της επιτυχίας πρωτοποριακών ιδεών, τα ψηφιακά δίδυμα είναι το κλειδί για την απελευθέρωση ανταγωνιστικών πλεονεκτημάτων», εξηγεί σε ειδική μελέτη της η IDC. Ωστόσο, ο αντίκτυπος των ψηφιακών διδύμων αναμένεται να επεκταθεί σημαντικά, με την IDC να προβλέπει ότι, έως το 2027, το 35% των εταιρειών της G2000 θα χρησιμοποιούν εργαλεία οργάνωσης της εφοδιαστικής αλυσίδας, που θα διαθέτουν δυνατότητες ψηφιακών δίδυμων, με στόχο την ενίσχυση της ανταπόκρισης της εφοδιαστικής αλυσίδας κατά 15%.
Εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο
Το Ινστιτούτο Βιομηχανικών Συστημάτων του ΕΚ Αθηνά διεξάγει σημαντική έρευνα στην περιοχή των Ψηφιακών Διδύμων αξιοποιώντας τεχνολογίες αιχμής για την παροχή προηγμένων λύσεων που εξυπηρετούν πολλές και διαφορετικές περιοχές εφαρμογής με στόχο την αύξηση της ανταγωνιστικότητας και της αειφορίας της Ελληνικής βιομηχανίας και της ελληνικής οικονομίας.
«Πρόσφατα, ολοκληρώθηκε και παραδόθηκε σε χρήση ένα ολοκληρωμένο σύστημα ψηφιακού διδύμου σε μια ελληνική βιομηχανία για παρακολούθηση της ενεργειακής απόδοσης μιας γραμμής παραγωγής. Το ψηφιακό δίδυμο είναι προσβάσιμο και από τα κεντρικά γραφεία της εταιρείας μέσω εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας, περιλαμβάνει την υλοποίηση προσαρμοσμένων γραφικών στοιχείων για τη γραμμή παραγωγής, συσχετίζει τις υπολογιζόμενες τιμές με τις τιμές των πραγματικών αισθητήρων (θερμοκρασίας, κατανάλωσης ενέργειας, θερμικών καμερών κλπ) και παρέχει γραφήματα σε πραγματικό χρόνο και προβλέψεις της ενεργειακής κατανάλωσης», λέει ο κ. Στύλιος.
Πέρα από το βιομηχανικό περιβάλλον παραγωγής, τα ψηφιακά δίδυμα έχουν εφαρμοστεί από το Ινστιτούτο Βιομηχανικών Συστημάτων για τη δημιουργία Έξυπνων Ενεργειακά Αποδοτικών Κτιρίων, σε εφαρμογές Μεταφορών και Κινητικότητας, στη Διαχείριση κρίσιμων υποδομών ενέργειας, σε συστήματα πολιτικής προστασίας, και στον τομέα του πολιτισμού με την τρισδιάστατη μοντελοποίηση και εποπτεία μνημείων.
Αυτές οι εφαρμογές αποδεικνύουν την ευελιξία και τις πολλαπλές δυνατότητες των ψηφιακών διδύμων σε ποικίλους τομείς, προσφέροντας καινοτόμες λύσεις πέρα από τη βιομηχανία. Ενδεικτικά παραδείγματα από το εξωτερικό δείχνουν πώς κορυφαίες εταιρείες παγκοσμίως αξιοποιούν την τεχνολογία για να βελτιώσουν την αποδοτικότητα και τη βιωσιμότητα των λειτουργιών τους.
Η καρδιά της καινοτομίας στο εργοστάσιο της Siemens στο Amberg
Στο εργοστάσιο της Siemens Electronics Factory στο Amberg της Γερμανίας, τα ψηφιακά δίδυμα αποτελούν κεντρικό πυλώνα για την προσομοίωση, τη βελτιστοποίηση και την παρακολούθηση της παραγωγικής διαδικασίας. Το εργοστάσιο, το οποίο είναι ευρέως γνωστό για το υψηλό επίπεδο αυτοματοποίησης, έχει ενσωματώσει πλήρως την ψηφιακή τεχνολογία, δημιουργώντας ένα εξαιρετικά ευέλικτο και αποδοτικό περιβάλλον παραγωγής. Τα ψηφιακά δίδυμα εδώ δεν είναι απλώς μια προσθήκη αλλά το κεντρικό στοιχείο που επιτρέπει τη συνεχή βελτίωση και προσαρμογή των διαδικασιών σε πραγματικό χρόνο.
Η χρήση των ψηφιακών διδύμων στο Amberg επιτρέπει στην ομάδα να προσομοιώνει κάθε στάδιο παραγωγής πριν εφαρμοστεί στην πραγματικότητα. Έτσι, ελαχιστοποιούνται τα λάθη και οι καθυστερήσεις, καθώς οποιοδήποτε πρόβλημα μπορεί να εντοπιστεί και να διορθωθεί πριν επηρεάσει την παραγωγική γραμμή. Η συλλογή δεδομένων σε πραγματικό χρόνο από αισθητήρες που βρίσκονται στις μηχανές, δίνει τη δυνατότητα για συνεχή παρακολούθηση της κατάστασης των συστημάτων και πρόληψη προβλημάτων. Τα δεδομένα που συγκεντρώνονται δεν περιορίζονται μόνο στην άμεση επισκόπηση της κατάστασης των μηχανημάτων, αλλά χρησιμοποιούνται για την προγνωστική συντήρηση, αποφεύγοντας έτσι απρογραμμάτιστες διακοπές λειτουργίας.
Η βελτιστοποίηση της παραγωγής και η μείωση του κόστους είναι δύο βασικά αποτελέσματα από την εφαρμογή των ψηφιακών διδύμων. Μέσα από τη συνεχή ανάλυση των δεδομένων, η Siemens μπορεί να προσαρμόζει τις διαδικασίες παραγωγής έτσι ώστε να εξοικονομεί πόρους, ενώ παράλληλα διατηρεί σταθερή την ποιότητα. Οι προσομοιώσεις των ψηφιακών διδύμων δίνουν επίσης τη δυνατότητα για μαζική εξατομίκευση (mass customization), όπου η εταιρεία μπορεί να προσαρμόζει την παραγωγή ανάλογα με τις απαιτήσεις του πελάτη, χωρίς να θυσιάζει την αποδοτικότητα της μαζικής παραγωγής.
Τα οφέλη από την εφαρμογή των ψηφιακών διδύμων στο εργοστάσιο του Amberg είναι σημαντικά. Ο χρόνος παραγωγής έχει μειωθεί αισθητά, καθώς οι προσομοιώσεις και οι αναλύσεις επιτρέπουν την άμεση ανίχνευση και επίλυση προβλημάτων. Η ποιότητα των προϊόντων έχει βελτιωθεί, με τον εντοπισμό πιθανών αστοχιών πριν καν αυτές επηρεάσουν τη γραμμή παραγωγής. Τέλος, η αυξημένη αποδοτικότητα και η μείωση του χρόνου διακοπής λειτουργίας έχουν επιφέρει σημαντικά οικονομικά οφέλη για το εργοστάσιο, διατηρώντας το ως ένα από τα πιο προηγμένα παραδείγματα έξυπνης παραγωγής παγκοσμίως.
Η χρήση ψηφιακών διδύμων στα εργοστάσια της Unilever
Η Unilever, μια από τις μεγαλύτερες πολυεθνικές εταιρείες παγκοσμίως, έχει επενδύσει σημαντικά στην τεχνολογία των ψηφιακών διδύμων για να βελτιώσει τις βιομηχανικές της διαδικασίες και να ενισχύσει την ανταγωνιστικότητά της. Σε συνεργασία με τη Microsoft και χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα Azure IoT, η Unilever έχει καταφέρει να συνδέσει τις μηχανές των εργοστασίων της με το διαδίκτυο, επιτρέποντας τη συνεχή ροή δεδομένων από αισθητήρες που παρακολουθούν την παραγωγική διαδικασία σε πραγματικό χρόνο. Μέσω αυτής της τεχνολογίας, οι ομάδες της Unilever είναι σε θέση να λαμβάνουν κρίσιμα δεδομένα, όπως θερμοκρασία και χρόνους κύκλου, και να αναλύουν τα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας αλγόριθμους μηχανικής μάθησης. Αυτό τους επιτρέπει να προβλέπουν και να αντιμετωπίζουν προβλήματα πριν αυτά εμφανιστούν, βελτιώνοντας την απόδοση των εγκαταστάσεων.
Η εφαρμογή του IoT σε συνδυασμό με την τεχνολογία των ψηφιακών διδύμων έχει επίσης ενισχύσει τη δυνατότητα της Unilever να προσαρμόζεται γρήγορα στις αλλαγές στη ζήτηση, ενώ έχει μειώσει τις χειροκίνητες παρεμβάσεις κατά περίπου 90%, εξοικονομώντας χρόνο και πόρους. Επιπλέον, η τεχνολογία αυτή έχει βοηθήσει τη Unilever να βελτιστοποιήσει τις διαδικασίες παραγωγής της, μειώνοντας τη σπατάλη υλικών και αυξάνοντας την ποιότητα των προϊόντων που παράγει.
Αξιοσημείωτη είναι η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στα εργοστάσια του Tianjin στην Κίνα και του Indaiatuba στη Βραζιλία, τα οποία έχουν βραβευθεί από το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ ως πρότυπα εργοστάσια της 4ης Βιομηχανικής Επανάστασης. Στο Tianjin, η ευέλικτη παραγωγή μέσω AI και ψηφιακών διδύμων έχει οδηγήσει σε μείωση του χρόνου παράδοσης κατά 40%, ενισχύοντας την ταχύτητα απόκρισης στις αλλαγές της αγοράς. Στο Indaiatuba, η υιοθέτηση ψηφιακών διδύμων και τεχνητής νοημοσύνης έχει διπλασιάσει την παραγωγικότητα της εργασίας, καθώς οι εργαζόμενοι απελευθερώθηκαν από επαναλαμβανόμενες εργασίες και επικεντρώθηκαν σε πιο στρατηγικές δραστηριότητες.
Επιπλέον, η ενσωμάτωση των ψηφιακών διδύμων στο Indaiatuba έχει συμβάλει στην εντυπωσιακή μείωση των άμεσων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (scope 1) κατά 96%, ενώ η ενεργειακή κατανάλωση έχει μειωθεί κατά 32%, γεγονός που αποτελεί σημαντικό επίτευγμα στο πλαίσιο της βιώσιμης ανάπτυξης της εταιρείας. Με αυτές τις στρατηγικές και καινοτομίες, η Unilever επιτυγχάνει τόσο τη βελτίωση της λειτουργικής αποδοτικότητας όσο και την προώθηση περιβαλλοντικών στόχων, δημιουργώντας ένα μοντέλο που μπορεί να επεκταθεί και σε άλλα εργοστάσια της εταιρείας παγκοσμίως.