Công nghệ bản sao kỹ thuật số là gì? So sánh Digital Twin và Simulation

Công nghệ bản sao kỹ thuật số là gì?

Công nghệ bản sao kỹ thuật số, tiếng Anh là digital-twin, là một mô hình ảo được thiết kế để phản ánh chính xác một đối tượng vật lý. Bản sao này phủ toàn bộ vòng đời của đối tượng và sử dụng dữ liệu thời gian thực được lấy từ các cảm biến trên đối tượng để mô phỏng hành vi và giám sát hoạt động của đối tượng đó. 

Công nghệ bản sao kỹ thuật số cho phép chúng ta giám sát hiệu suất tài sản, xác định lỗi tiềm ẩn và đưa ra quyết định sáng suốt hơn về nhiệm vụ bảo trì và vòng đời.

Công nghệ bản sao kỹ thuật số hoạt động như thế nào?

Đối tượng được lựa chọn nghiên cứu sẽ được trang bị những cảm biến khác nhau về nhiều lĩnh vực chức năng quan trọng. Các cảm biến này tạo ra dữ liệu liên quan đến các khía cạnh khác nhau trong hoạt động của đối tượng vật lý. Chẳng hạn như đối tượng nghiên cứu là tua-bin gió thì các cảm biến sẽ tạo ra dữ liệu về sản lượng năng lượng, nhiệt độ, điều kiện thời tiết, v.v. Dữ liệu này sau đó được chuyển đến hệ thống xử lý và tạo ra bản sao kỹ thuật số. 

Sau khi được cung cấp dữ liệu, mô hình ảo được sử dụng để chạy mô phỏng, nghiên cứu hiệu suất, từ đó tạo ra các cải tiến. Tất cả đều nhằm mục đích tạo ra thông tin chi tiết có giá trị, sau đó áp dụng lại cho đối tượng vật lý ban đầu.

Công nghệ bản sao kỹ thuật số đã được hình thành như thế nào?

Ý tưởng về công nghệ bản sao kỹ thuật số lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1991, với sự kiện David Gelernter công bố Mirror Worlds. Tuy nhiên, Tiến sĩ Michael Grieves (khi đó là giảng viên tại Đại học Michigan) được ghi nhận là người đầu tiên áp dụng khái niệm công nghệ bản sao kỹ thuật số vào sản xuất năm 2002. Cuối cùng, John Vickers của NASA đã giới thiệu thuật ngữ - “digital twin” - vào năm 2010.

Tuy nhiên, công nghệ bản sao kỹ thuật số có thể đã được sử dụng để nghiên cứu đối tượng vật lý từ ​​sớm hơn nhiều. Thực tế, NASA đã đi tiên phong trong việc sử dụng công nghệ này trong sứ mệnh khám phá không gian của họ vào những năm 1960. Khi ấy, các nhân viên NASA phục vụ trên các đội bay đã sao chép chính xác mỗi tàu du hành vũ trụ trong một phiên bản trên trái đất để sử dụng cho mục đích nghiên cứu và mô phỏng về sau.

Phân loại công nghệ bản sao kỹ thuật số

Có nhiều loại công nghệ bản sao kỹ thuật số khác nhau. Sự khác biệt lớn nhất giữa những bản sao này là lĩnh vực ứng dụng của chúng. Thông thường, trong một hệ thống hoặc quy trình sẽ có nhiều loại bản sao kỹ thuật số khác nhau, nhưng nhìn chung, tất cả đều đóng vai trò rất quan trọng trong việc biểu diễn ảo. Dưới đây là một số công nghệ bản sao kỹ thuật số phổ biến hiện nay.

• Bản sao thành phần / Bản sao bộ phận: Bản sao thành phần là đơn vị cơ bản của công nghệ bản sao kỹ thuật số, biểu diễn kỹ thuật số cho một thành phần duy nhất trong hệ thống.
• Bản sao tài sản: Khi hai hoặc nhiều thành phần hoạt động cùng nhau, chúng sẽ tạo thành là tài sản. Bản sao tài sản cho phép người dùng nghiên cứu sự tương tác của các thành phần đó, tạo ra vô số dữ liệu hiệu suất có thể được xử lý và sau đó chuyển thành thông tin chi tiết (insight) hữu ích.
• Bản sao hệ thống / Bản sao đơn vị: Bản sao hệ thống cho phép người dùng xem các nội dung khác nhau đã kết hợp với nhau như thế nào để tạo thành toàn bộ hệ thống. Nó cung cấp khả năng hiển thị cho phép người dùng đưa ra quyết định liên quan đến vấn đề cải tiến hiệu quả hoạt động.
• Bản sao quy trình: Bản sao quy trình tiết lộ cách các hệ thống phối hợp với nhau để tạo ra toàn bộ cơ sở sản xuất. Ví dụ: Bản sao quy trình có thể tái tạo cách vận hành hiện tại của toàn bộ cơ sở sản xuất và tập hợp tất cả các thành phần bên trong cơ sở đó bằng phương thức kỹ thuật số.

Lợi ích của Công nghệ bản sao kỹ thuật số là gì?

Nghiên cứu và phát triển tốt hơn: Sử dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số cho phép người dùng nghiên cứu và thiết kế sản phẩm hiệu quả hơn, nhờ lượng dữ liệu phong phú được tạo ra về các kết quả hoạt động có thể xảy ra. Thông tin này có thể giúp các công ty thực hiện các cải tiến sản phẩm cần thiết trước khi bắt đầu quá trình sản xuất.

• Hiệu quả cao hơn: Ngay cả sau khi một sản phẩm mới được đưa vào sản xuất, công nghệ bản sao kỹ thuật số vẫn có thể giúp phản chiếu và giám sát các hệ thống sản xuất, nhằm đạt được và duy trì hiệu quả cao nhất trong toàn bộ quá trình sản xuất.
• Khả năng dự đoán: Công nghệ bản sao kỹ thuật số có thể cung cấp cái nhìn hoàn chỉnh về nhà máy sản xuất hoặc cơ sở ngay cả khi cấu trúc của chúng được tạo thành từ hàng nghìn thiết bị. Cảm biến thông minh sẽ giám sát đầu ra của mọi thành phần và gắn cờ các sự cố hoặc lỗi xảy ra. Thông qua đó, bạn có thể hành động ngay khi thấy dấu hiệu đầu tiên thay vì khi thiết bị đã hỏng hoàn toàn.
• Giám sát từ xa: Bản chất ảo của công nghệ bản sao kỹ thuật số là đem lại khả năng giám sát và kiểm soát từ xa các cơ sở vật chất. Nhờ đó, các tổ chức có thể hạn chế sử dụng nhân viên cho các nhiệm vụ kiểm tra thiết bị công nghiệp tiềm ẩn nguy hiểm.
• Sản phẩm EOL: Thậm chí, công nghệ bản sao kỹ thuật số có thể giúp các nhà sản xuất quyết định phải làm gì với những sản phẩm sắp hết vòng đời sản phẩm (sản phẩm sắp không còn kinh doanh nữa) và cần được xử lý lần cuối. 

Ứng dụng của công nghệ bản sao kỹ thuật số trong các ngành công nghiệp

Công nghệ bản sao kỹ thuật số đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng sau:

Ngành xây dựng

Thông qua các bản sao kỹ thuật số, các đội xây dựng có thể lập kế hoạch cho các dự án thương mại, dân và cơ sở hạ tầng tốt hơn; đồng thời theo dõi tiến độ theo thời gian thực của các dự án hiện tại. 

Các kiến trúc sư cũng sử dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số để lập kế hoạch cho dự án bằng cách kết hợp với mô hình 3D của công trình. 

Các đơn vị quản lý công trình thương mại sử dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số để giám sát nhiệt độ trực tiếp và trước đây, dữ liệu chất lượng không khí và tình trạng cư trú để cải thiện trải nghiệm thoải mái cho cư dân.

Ngành sản xuất

Công nghệ bản sao kỹ thuật số được áp dụng trên toàn bộ vòng đời sản xuất, từ thiết kế, lập kế hoạch đến bảo trì cơ sở. Nó cho phép người dùng giám sát thiết bị 24/7 và phân tích dữ liệu hiệu suất quá trình hoạt động của một phần cụ thể hoặc toàn bộ nhà máy.

Ngành năng lượng

Công nghệ bản sao kỹ thuật số có ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực năng lượng. Khả năng của nó là hỗ trợ lập kế hoạch dự án chiến lược, cũng như tối ưu hiệu suất và vòng đời của các tài sản hiện có. Ví dụ như công trình ngoài khơi, trang trại gió, các cơ sở tinh chế và các dự án năng lượng mặt trời.

Ngành công nghiệp ô tô

Ngành công nghiệp ô tô sử dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số để tạo ra những mô hình kỹ thuật số của ô tô, gồm những thông tin chuyên sâu về hoạt động thực tế, mô hình điện, phần mềm và cơ học. Trong lĩnh vực này, khả năng dự đoán của công nghệ bản sao dữ liệu phát huy vai trò khi nó có thể cảnh báo các vấn đề liên quan đến hiệu suất.

Ngành chăm sóc sức khỏe

Trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, công nghệ bản sao kỹ thuật số được sử dụng trong một số trường hợp như tạo bản sao ảo của toàn bộ bệnh viện, phòng xét nghiệm và cả cơ thể con người để lập mô hình và chạy mô phỏng.

Sự khác biệt giữa Digital twin và Simulation

Mặc dù Simulation (mô phỏng) và Digital twin đều sử dụng các mô hình kỹ thuật số để sao chép các quy trình khác nhau của hệ thống, nhưng Digital twin thực chất là một môi trường ảo, khiến nó trở nên phong phú hơn cho quá trình nghiên cứu. Sự khác biệt giữa bản sao kỹ thuật số và mô phỏng chủ yếu là về quy mô: Trong khi mô phỏng thường nghiên cứu một quy trình cụ thể, thì bản thân bản sao kỹ thuật số có thể tự chạy bất kỳ số lượng mô phỏng hữu ích nào để nghiên cứu nhiều quy trình.

Thêm vào đó, mô phỏng thường không có ưu thế với dữ liệu thời gian thực. Trong khi công nghệ bản sao kỹ thuật số lại có khả năng hoạt động với dữ liệu thời gian thực.

Bằng cách có dữ liệu tốt hơn và được cập nhật liên tục nhiều lĩnh vực, kết hợp với sức mạnh tính toán bổ sung từ môi trường ảo, công nghệ bản sao kỹ thuật số có thể hỗ trợ nghiên cứu nhiều vấn đề hơn, mở ra tiềm năng cải tiến sản phẩm và quy trình lớn hơn so với mô phỏng tiêu chuẩn.

Ví dụ: Với mô phỏng ô tô, một người lái xe mới có thể được đào tạo chân thực về hoạt động của những bộ phận khác nhau trong chiếc ô tô và các kịch bản có thể xảy ra ngoài đời trong khi đang lái xe ảo. Tuy nhiên, các kịch bản này lại không được liên kết với một chiếc xe ô tô thực tế. Trong khi đó, công nghệ bản sao kỹ thuật số có thể liên kết với ô tô thực cùng với toàn bộ thông tin về chiếc xe thực đó, như số liệu thống kê hiệu suất quan trọng, những bộ phận đã được thay thế trong quá khứ, sự cố có thể xảy ra theo quan sát của cảm biến, lịch sử bảo dưỡng và nhiều thông tin khác.

Tương lai của công nghệ bản sao kỹ thuật số gần như vô hạn, do nhu cầu sử dụng thực tế ngày càng gia tăng. Bản sao kỹ thuật số đang liên tục được bổ sung các kỹ năng và khả năng mới, tức là chúng sẽ tạo ra những hiểu biết cần thiết giúp sản phẩm tốt hơn và quy trình hiệu quả hơn.

Bài viết này đã chia sẻ cái nhìn chi tiết về Công nghệ bản sao kỹ thuật số là gì. Hy vọng bạn đã có cái nhìn tổng quan hơn về thuật ngữ Digital Twin. Để xem thêm nhiều bài viết khác, hãy theo dõi website ngay hôm nay!