Data science

Sự đa dạng của các cặp song sinh kỹ thuật số

Các cặp song sinh kỹ thuật số đang nổi lên như một công nghệ hot, đặc biệt là giữa các nhà sản xuất và công ty liên quan đến Công nghiệp Internet of Things. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các trường hợp sử dụng, khách hàng có thể lựa chọn loại song sinh kỹ thuật số này hơn loại khác. Ở một mức độ nhất định, mỗi cặp song sinh kỹ thuật số là một sự sáng tạo độc đáo. Khả năng tạo bản sao số hóa của tài sản vật chất thực tế, chẳng hạn như tuabin gió hoặc đầu máy xe lửa và đo lường cách mô hình đó phản ứng và phản ứng với các đầu vào khác nhau là bước đột phá cơ bản thúc đẩy việc áp dụng công nghệ kỹ thuật số đôi. Nhưng có một số danh mục lớn của các cặp song sinh kỹ thuật số và các công ty đang xem xét áp dụng một cặp song sinh kỹ thuật số sẽ làm tốt việc khám phá cách các trường hợp sử dụng của họ phù hợp với các loại này. Theo Philipp Wallner, giám đốc ngành của MathWorks, có hai loại sinh đôi kỹ thuật số chung: sinh đôi dựa trên vật lý và sinh đôi dựa trên dữ liệu. Bộ đôi kỹ thuật số dựa trên vật lý là sự tái tạo chi tiết của một bộ phận máy móc đã hiểu rõ hoạt động theo cách có thể dự đoán được, chẳng hạn như rô bốt hoặc một bộ phận thiết bị trên dây chuyền sản xuất. Trong một số trường hợp, các cặp song sinh kỹ thuật số dựa trên vật lý này được tạo ra bằng cách nhập các tệp CAD vào một nền tảng mô phỏng. Mặt khác, các tuabin là mục tiêu chung cho công nghệ song sinh kỹ thuật số (Chesky / Shutterstock) Các mô hình song sinh dựa trên dữ liệu là các mô hình mà máy móc hoặc quy trình chưa được hiểu rõ và có các tương tác rất phức tạp, chẳng hạn như một máy nén. Mặc dù vật lý điều khiển những cỗ máy này được hiểu một cách tổng quát, nhưng số lượng lớn các biến liên quan, bao gồm cả hình dạng của các tàu, loại trừ việc dựa trên mô hình trực tiếp vào vật lý. Tuy nhiên, người dùng có một lượng lớn dữ liệu mô tả hành vi của máy, điều này trở thành cơ sở cho mô hình. MathWorks giúp khách hàng của mình xây dựng cả hai loại song sinh kỹ thuật số. Một trong những khách hàng của họ, Krones, đã phát triển một bộ đôi kỹ thuật số trong phần mềm của MathWorks dựa trên các bản vẽ CAD của robot xử lý chai lọ của họ. “Những gì chúng tôi cung cấp là chức năng nhập CAD,” Wallner nói. “Vì vậy, bạn lấy những mô hình CAD này, và bạn nhập chúng. Và sau đó bạn đã có một cơ sở khá tốt cho mô hình của bạn. Bạn vẫn phải thêm các thông số bổ sung và một số chức năng không được nắm bắt trong mô hình CAD. ” Ban đầu, Krones đã phát triển bộ đôi kỹ thuật số trong phần mềm Simulink của MathWorks với ý tưởng theo dõi sức khỏe của robot Robobox T-GM mà khách hàng của họ triển khai trên thực địa. Bằng cách chạy bộ đôi kỹ thuật số ngay bên cạnh robot được triển khai tại hiện trường và cung cấp cho bộ đôi này dữ liệu cảm biến phát ra từ robot thực tế, khách hàng của họ có thể nhận được cảnh báo sớm về các vấn đề có thể xảy ra, chẳng hạn như vòng bi sắp phát ra. “Đó là ý tưởng ban đầu,” Wallner nói với Datanami. “Nhưng họ đã tiến thêm một bước nữa và nói rằng, tại sao không sử dụng điều này để tối ưu hóa hành vi của tài sản vật chất?” Khách hàng sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số có thể khác nhau. Ví dụ, trong trường hợp của Krones, việc triển khai bắt đầu như một cặp song sinh kỹ thuật số giám sát lành mạnh, nhưng cuối cùng nó lại thay đổi thành một bộ đôi kỹ thuật số tối ưu hóa. Các công ty thường không chạy các cặp song sinh kỹ thuật số riêng biệt cho cùng một tài sản. Thay vào đó, cùng một bộ đôi kỹ thuật số được sử dụng theo những cách khác nhau, Wallner nói. Krones đã tạo ra một cặp song sinh kỹ thuật số của máy chọn và đặt Robobox T-GM bằng phần mềm MathWorks “Một khi bạn có một cặp song sinh kỹ thuật số, bạn có thể sử dụng bộ đôi kỹ thuật số đó làm cơ sở để đào tạo các mô hình học máy của mình, chẳng hạn như để theo dõi sức khỏe hoặc tối ưu hóa, ”ông nói. Người đứng đầu Phân tích và Mô phỏng tại Krones, Thomas Albrecht, cho rằng phần mềm MathWorks đã cải thiện việc phát triển sản phẩm. Thomas Albrecht, người đứng đầu Phân tích và Mô phỏng tại Krones cho biết: “Bộ đôi kỹ thuật số mà chúng tôi tạo ra trong Simulink và Simscape Multibody cho phép chúng tôi tối ưu hóa thiết kế phần cứng của mình và rút ngắn thời gian phát triển và thử nghiệm”. Phần mềm Simulink của MathWorks kết hợp kỹ thuật học máy và mô phỏng để cho phép những khách hàng như Krones thử một số kịch bản khác nhau để xác định cách tối ưu để vận hành máy móc. Wallner cho biết tất cả những gì được yêu cầu đối với các chủ sở hữu máy là cung cấp một sân bóng với các thông số hợp lý, và phần mềm sẽ tiếp quản từ đó và giải quyết vấn đề tối ưu hóa tự động, Wallner nói. Các cặp song sinh kỹ thuật số thường sẽ là sự pha trộn của các loại cặp song sinh kỹ thuật số khác nhau. Trong trường hợp của Krones, công ty bắt đầu với một bản vẽ CAD, hình thành cơ sở của bản vẽ kỹ thuật số dựa trên vật lý của nó ở Simulink. Nhưng sau đó công ty đã thêm các biến bổ sung dựa trên dữ liệu thu thập được từ việc quan sát chức năng của robot. “Đó là một trong những vẻ đẹp mà Simulink cung cấp ở đây. Wallner nói. “Bạn có thể kết hợp, trong một mô hình Simulink, đồ họa dựa trên vật lý hoặc giả sử phần cơ khí, sau đó thêm một số thực sự đang đại diện cho một phần theo hướng dữ liệu của mô hình. ” Wallner cho biết các công ty có quy trình sản xuất phức tạp thường sử dụng phương pháp tiếp cận theo hướng dữ liệu hơn. Ông nói: “Nếu bạn nghĩ về máy đùn nhựa hoặc một công ty sản xuất giấy hoặc nhựa – thì thực sự rất khó để có được tất cả các phương trình vi phân ở đây, nhưng chúng có rất nhiều dữ liệu được đo lường. “Bạn có hàng trăm thông số khác nhau, hoặc hàng nghìn trong nhiều trường hợp, tác động đến nhiệt độ và áp suất trong quá trình đó. Và vì vậy, trong những trường hợp này, những gì chúng ta thấy phần lớn là dễ dàng hơn khi chỉ cần thực hiện điều đó, lấy các số đo bạn có và làm mẫu cho nó ”. MathWorks không cung cấp một sản phẩm song sinh kỹ thuật số duy nhất. Thay vào đó, việc cung cấp bộ đôi kỹ thuật số của nó dựa trên sự kết hợp của các sản phẩm phần mềm khác nhau. Các mô hình dựa trên vật lý thường sẽ bắt đầu với dòng sản phẩm Simulink, trong khi các mô hình dựa trên dữ liệu thường bắt đầu với MatLab, dòng công cụ thống kê, AI và máy học phổ biến. Walner cho biết, điều khiến MathWorks trở nên khác biệt trong thế giới song sinh kỹ thuật số đang phát triển chính là các kịch bản triển khai của nó. Nếu bộ đôi kỹ thuật số sẽ được triển khai trên bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) hoặc PC công nghiệp, thì Simulink có thể được sử dụng để tạo mã C tối ưu hóa được nhúng trên PC hoặc PLC đó. Nếu cặp song sinh kỹ thuật số sẽ sống trên máy chủ hoặc trong môi trường đám mây, thì nó sẽ sử dụng mã do MATLAB hoặc Simulink tạo ra, ông nói. Tương lai cho các cặp song sinh kỹ thuật số rất tươi sáng. Theo một cuộc khảo sát 2019 Gartner, ba phần tư các công ty đang triển khai IoT đã có sẵn các cặp song sinh kỹ thuật số hoặc được lên kế hoạch trong vòng một năm. Đại dịch đã đẩy nhanh việc chấp nhận các cặp song sinh kỹ thuật số. “Tôi nghĩ rằng nó chắc chắn đang cất cánh,” Wallner nói. “Đó chủ yếu là nơi thiết bị ngừng hoạt động hoặc thậm chí là hành vi không tối ưu của thiết bị sẽ là một tổn thất lớn về mặt kinh doanh của công ty – đó là nơi chúng tôi thấy họ quan tâm nhất đến việc xây dựng các cặp song sinh kỹ thuật số và sử dụng các kỹ thuật máy học.” Các mục liên quan: Digital Twins có thể giúp hiện đại hóa lưới điện không? Cặp song sinh kỹ thuật số và AI giữ cho ngành linh hoạt trong thời gian COVID – 19 Đưa nhà khoa học dữ liệu ra khỏi khoa học dữ liệu

Back to top button