När vår värld blir mer digitaliserad och uppkopplad, vi kan faktiskt göra en virtuell kopia av den. Och sådana repliker används nu för att förbättra verkliga scenarier, från att göra flygplansproduktionen mer exakt till att förhindra oljeutsläpp.

En digital tvilling är en virtuell kopia av en verklig varelse, till exempel en stad eller en fabrik, som ofta utvecklas i realtid tillsammans med sin fysiska motsvarighet genom data som samlas in genom sensorer. Den kan användas som en testplats för att simulera vad som händer under vissa omständigheter eller ge varningar om potentiella problem tack vare prediktiva algoritmer.

En virtuell kopia av en stad kan till exempel, använda alla typer av datakällor, från stadssensorer till meteorologiska data, att simulera en stads transportsystem. En simulering skulle sedan kunna analysera effekten på luftföroreningarna av att göra en specifik zon bilfri.

"En digital tvilling är ett begrepp som beskriver många saker, sa Thomas Leurent, VD och medgrundare av Akselos, ett schweiziskt företag som bygger digitala tvillingar för energisektorn. "Det kan vara en 3D-bild som automatiskt reflekterar ett fysiskt objekt (för högprecisionstillverkning), men det kan också vara en modell som förutsäger när underhåll av en oljeplattform behöver ske."

Använda sensorer för att mäta, till exempel, påfrestningar från strukturer eller vindlaster, företag som Akselos gör en digital, ofta i realtid, simulering av den fysiska världen. Idén om digitala tvillingar, som först dök upp 2002, har sina rötter i ihopkopplingstekniken som banat väg för NASA som använde speglade system för att hjälpa till att rädda Apollo 13. Idag, virtuella repliker har otaliga användningsområden.

Smarta stadsprogram på platser som Portland, USA, till exempel, använda digitala tvillingar för att modellera trafikflöden, Rotterdam, Nederländerna, bygger en av sina hamnar för att alltmer automatisera sin verksamhet, och försök har gjorts att göra en virtuell kopia av människokroppen för medicinska ändamål.

Vingkonstruktion

De används också för att förbättra produktionen i flygplanets löpande band. Detta är syftet med VADIS, ett projekt som genomförs av University of Nottingham och flygföretaget Electroimpact, båda i Storbritannien.

"Vi vill förbättra kvaliteten och minska monteringstiden för vingkonstruktion, " sa Dr Joseph Griffin, senior flygingenjör vid University of Nottingham och projektledare för VADIS. "Vi vill mäta hålen som behöver borras i ett vingskinn, och använda dessa åtgärder för att uppdatera en digital modell. På så sätt kan vi anpassa byggprocessen till en specifik komponent."

Även om många flygplan kan se toppmoderna ut, vissa produktionsprocesser är fortfarande gammaldags och görs manuellt på grund av bristande digitalisering i branschen, som, i tur och ordning, kan lämna utrymme för fel. Vid vingproduktion, till exempel, hålen kanske inte passar exakt som de ska, vilket sedan kräver sista minuten-justeringar på löpande band, leder till tidsförlust.

För att ta itu med detta, VADIS konstruerar en ram där flygplanets skal kan skannas av sensorer. Detta kommer sedan att användas för att skapa en digital modell eller tvilling av vingen, med alla dess ytor och hål registrerade i minsta detalj. Denna modell skulle sedan användas för att bygga motsvarande delar så att de passar sömlöst för den specifika vingen.

"Vårt nya system kommer att innebära att komponenter kan tillverkas mycket exakt off-site, och operatörerna behöver bara oroa sig för montering, " sa Dr. Griffin. "De behöver inte oroa sig för omborrning och omarbetning i sista minuten." På så sätt blir operatörernas arbete mycket lättare, han säger.

VADIS siktar på att kunna replikera en digital vinghud på upp till 10 meter lång, med en noggrannhet på 0,06 millimeter, enligt Dr. Griffin. '(Genom att göra detta) håller vi flygplansproduktionen uppdaterad och digitaliserar den, " sa Dr. Griffin.

Modell

Akselos använder också digitala tvillingar för att förbättra underhållet av energiinfrastrukturen. Företagets teknik, kommersialiseras genom Akselos Integra Software, modellerar fysik för storskalig energiinfrastruktur och kalibrerar modellerna genom alla typer av sensorer. "Vi modellerar allt från vindkraftverkens blad, till (flytande) olje- (och gas)plattformar som är lika stora som (flera) hangarfartyg, sa Leurent.

De kan använda en robot för att inspektera skrovet på en flytande produktionslagrings- och avlastningsenhet (FPSO) för olja eller gas, Fäst accelerometrar på vindkraftverksblad eller mät höjden på vågor som slår mot metallen i en offshoreinstallation med hjälp av sensorer. All denna data går sedan in i deras modell, som simulerar infrastrukturens fysik och förutsäger vilka delar som är mest sårbara och misslyckas. Detta gör i sin tur att energibolagen kan skicka ut underhållspersonal mer effektivt.

"Det traditionella tillvägagångssättet är att ha planerat underhåll, ", sade Leurent. "Vilket ger en enorm andel av vad vi kallar falska positiva. Så en underhållspersonal uppmanas att inspektera ett område, men det finns inget för dem att göra där. Detta är knappast effektivt, eftersom du missriktar dina besättningar (som i sin tur förlorar tid), och du kanske missar problem eftersom du inte kan leta överallt."

Naturligtvis kan du också statistiskt förutse fel baserat på tidigare data. Men dessa modeller är, 'mycket grov, " enligt Leurent:de kräver mycket data, och fortfarande ger höga antal falska positiva resultat, speciellt för mycket stora objekt som FSPO:er.

Genom att istället göra mycket detaljerade digitala repliker, Akselos använder komplexa modeller som visar företag i realtid vart de behöver skicka sina underhållspersonal.

"Detta är mycket viktigt, ", sa Leurent. "För om du upptäcker ett problem tidigt, det är bra. Men om du är sen, du kan ha ett mycket dyrt (reparation eller) oljeutsläpp på händerna."