Digital Twin a DDS™🌀

V souvislosti s průmyslovým internetem věcí jste možná zaslechli pojem Digital Twin – digitální dvojče. V tomto videu se podíváme na to, co to digitální dvojče je, k jakým účelům slouží, a jak může technologie Data Distribution Service™ (DDS)🌀 pomoci s jeho vytvořením.

Co je digitální dvojče🧑‍🤝‍🧑?

• Já zde nebudu uvádět přesné definice, od toho vzniklo Digital Twin Consortium. Nicméně pro základní představu.

• Digitální dvojče je virtuální obraz fyzického objektu nebo procesu, který co nejpřesněji popisuje jeho stav.

• Je to tedy softwarový model něčeho reálného. Model obsahuje data o dané entitě (parametry, charakteristiky, chování), ale také nově vypočítaná data, ale třeba také příkazy kterými mohu ovlivňovat chování zařízení. Pro cokoliv co existuje v reálném světe je možné vytvořit virtuální obraz. Vytvoření modelu může však trvat dlouho.

• Digitální dvojče zachycuje stav fyzického objektu ve třech rovinách:
1️⃣ aktuální stav
2️⃣ minulost
3️⃣ a ideálně i budoucnost

• Příkladem ze života může být aplikace mobilního bankovnictví co máte v telefonu, která je virtuálním obrazem toho co máte na účtu🏦, zobrazuje minulost a může zobrazovat i budoucnost. Nebo aplikace na sledování vašeho cvičení🏃 nebo fyzického stavu, která vám dává náhled na aktuální data, kroky, tep, ale i jak to bylo v minulosti a jak to může být v budoucnosti.

Z tohoto pohledu se digitální dvojčata dělí na tři typy:

1️⃣ Status Twin: monitoruje stav. Data ze senzorů jsou zasílána na server, kde jsou vyhodnocena. Jednosměrně. Bez nějaké interakce. Příkladem pro monitorování může být třeba monitorování zatížení mostu.
2️⃣ Operational Twin: V tomto případě, je možné ovlivňovat fyzické objekty nebo procesy pomocí zasílání událostí. V takovém případě jsme schopni optimalizovat proces. Například úpravou veličin jako teploty, rychlosti, tlaku apod.
3️⃣ Simulation Twin: využitím simulace nebo strojového učení je možné předpovídat budoucí stav objektu.

Jaké má digitální dvojče přínosy?
✔️ Výhodou je, že když vytvoříte digitální dvojče systému nebo procesů v organizaci, tak vlastně sdílíte data o fungování podniku a nemáte izolované zdroje dat.
✔️ Poskytuje nám data o dané entitě nebo celém systému v reálném čase (tak rychle jak potřebujeme a s takovou přesností jakou potřebujeme).
✔️ Při provádění simulací a experimentů jsme schopni získat odpovědi na otázku. K čemu může dojít když.
• Co se všechno může pokazit.
• Jaký jsou následky toho, když něco přestane fungovat.
• Jak můžu poznat, že něco přestává fungovat a co můžu udělat aby se to nestalo.

To nás pak vede k novým možnostem jak optimalizovat fungování, efektivnost, snížit náklady, odhalit problémy dřív než nastanou.

Teď je otázka jaký komunikační protokol nebo technologie je nejvhodnější pro přenos dat z fyzického dvojčete do digitálního dvojčete. Bude to HTTP, MQTT, CoAP, XMPP, AMQP, DDS? Závisí to konkrétním případu:
• Jak často budu zasílat data, závisí na typu dat. Když budu měřit teplotu, tak ji nepotřebuji přenášet tak často. Naopak polohu objektů před autem potřebuji přenášet v rozmezí milisekund, aby bylo možné včas automaticky začít brzdit.
• V případě, kdy potřebuji šetřit baterie a šířku pásma (např. vzdálené monitorování vibrací mostu), tak zvolím jinou technologii než v případě, kdy se na to nemusím ohlížet (senzory v rámci budovy).

Jak může DDS pomoci s vytvořením digitálního dvojčete?
👉 Velké množství času při vytváření digitálních dvojčat (50 až 80 procent) je potřebné pro integraci. Kde potřebuji data získat, přenést, zpracovat, zaslat zpět.
• Technologie DDS poskytuje rozšiřitelný typový systém (jedná se o Data-centric technologii), která tak usnadňuje integraci a rozšiřování.
👉 DDS umožňuje specifikovat parametry QoS, které umožňují docílit nízkých latencí a vysoké spolehlivosti při komunikaci mezi fyzickým a digitálním dvojčetem. To znamená, v případě, kdy je potřeba okamžitě reagovat na nově vzniklé podmínky je vhodné využít místo dotazovaní se na nastalé změny raději přístup, kdy jsou mi změny a události doručovány.
• Mohou to být třeba vzdálené operace. Kdy na jedné straně máte robotickou ruku nad pacientem a na straně druhé máte virtuální scénu.
👉 V případech, kdy je použito již hodně senzorů a zařízení, tak vzrůstá množství přenášených dat. Aby se omezil přenos dat od zařízení k serverům, tak se využívá Edge Computing nebo Fog Computing, kdy jsou data zpracovávána blíže zařízením. DDS umožňuje komunikovat přímo mezi zařízeními bez prostředníka.

Takto může technologie DDS dopomoci k vytvoření digitálních dvojčat.
Při vytváření digitálních dvojčat ale není tím nejdůležitějším použitá technologie nebo software, ale je důležité pochopit jakou hodnotu to přinese pro váš byznys.

Nicméně jedná se o vytvoření softwaru a digitální dvojčata nejsou o technologii a softwaru. Před tím než začnete vytvářet digitální dvojče je důležité pochopit jakou hodnotu to přinese pro váš business.

🌐 www.pavelpohanka.cz/dds 🌀