Digital Twins: Công Nghệ Mô Phỏng Kỹ Thuật Số và Ứng Dụng Thực Tế

Digital Twins được hiểu là sự thể hiện số hóa của các đối tượng, hệ thống trong thế giới vật lý hiện tại. Chúng có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc đáng kể về cách một cái gì đó sẽ hoạt động nếu được triển khai trong thế giới vật chất.

Sự phát triển của khoa học kĩ thuật trong thời buổi công nghệ 4.0 đã tạo nên những  biến động trong rất nhiều lĩnh vực. Một trong những công nghệ quan trọng góp phần tạo nên bức tranh hiện đại đó là Digital Twins. Bài viết sau đây của BAP IT sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin về nó!

1. Digital Twins là gì? Nó hoạt động như thế nào?

Những bước khởi đầu trong công cuộc cách mạng công nghệ với Digital Twins (Nguồn: Tino Group JSC)

Công nghệ Digital Twins đang ngày càng phổ biến trong giới kỹ sư CNTT nhiều năm qua mặc dù khái niệm này bắt nguồn từ đầu những năm đầu thập niên 2000. Những năm gần đây Digital Twins là một trong những hình thức đổi mới và được nhắc đến nhiều nhất của công nghệ mới đi trước thời đại.

Digital Twins được hiểu là sự thể hiện số hóa của các đối tượng, hệ thống trong thế giới vật lý hiện tại. Chúng có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc đáng kể về cách một cái gì đó sẽ hoạt động nếu được triển khai trong thế giới vật chất. Sử dụng dữ liệu và mô phỏng thời gian thực, công nghệ Digital Twins sẽ theo dõi sản phẩm hoặc hệ thống trong suốt vòng đời của nó. Từ đó việc hỗ trợ cho các kỹ sư đưa ra quyết định đối với những hệ thống vật lý mà nó đại diện cũng sẽ chính xác hơn.

Digital Twins hoạt động ra sao?

Chu kì hoạt động của Digital Twins sẽ bắt đầu với việc các chuyên gia khoa học dữ liệu nghiên cứu vật lý và dữ liệu vận hành của một hệ thống vật lý để phát triển mô hình toán học mô phỏng lại  nguyên bản thực tế.

Các nhà phát triển tạo ra công nghệ Digital Twins này mong rằng mô hình máy tính ảo nhận được phản hồi từ các cảm biến thu thập dữ liệu từ phiên bản thế giới thực. Điều này cho phép phiên bản kỹ thuật số mô phỏng theo những gì đang xảy ra trong thời gian thực với bản gốc. Qua đó, tạo cơ hội thu thập thông tin chi tiết về hiệu suất và mọi vấn đề tiềm ẩn.

2. Ưu điểm và nhược điểm của Digital Twins

Nên cân nhắc tổng thể về những lợi ích và hạn chế của công nghệ này (Nguồn: Vina Aspire)

Ưu điểm của Digital Twins

• Công nghệ tư duy tiến bộ

Digital Twins là một công nghệ tiên tiến có khả năng tạo ra thay đổi tốc độ cao trong tương lai. Nó cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về hoạt động ở trạng thái hiện tại, nhưng nó thực sự nâng cao thực tiễn kỹ thuật khi được sử dụng để dự đoán các tình huống trong tương lai.

Phát triển nhanh hơn

Cùng với việc tạo ra khả năng thay đổi tốc độ cao, nó còn tạo ra các quy trình phát triển và thử nghiệm nhanh hơn. Sau khi Digital Twins đã được tạo và lưu trong hồ sơ, các kỹ sư có thể tham khảo thông tin đó khi bắt đầu các dự án mới thay vì bắt đầu lại từ đầu. Việc có sẵn một thư viện các mô hình tham chiếu có thể giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian.

• Mã hóa kiến ​​thức ngầm

Công nghệ Digital Twins có thể hoạt động như một kho lưu trữ đầy đủ hơn cho những kiến ​​thức dễ bị thất lạc. Hàng năm, một số lượng lớn các thông tin có giá trị bị mất đi khi mọi người nghỉ hưu và bỏ việc. 

Mô hình hóa hoàn chỉnh các tương tác hệ thống sử dụng trong cấu trúc Digital Twins có thể là một phương pháp kỹ lưỡng để ghi lại kiến ​​thức và hiểu biết sâu sắc từ các dự án trước đó. Các kỹ sư sẽ có khả năng lưu trữ thông tin có giá trị trong Digital Twins để người khác có thể theo dõi, truy tìm và tham khảo sau này.

Nhược điểm của Digital Twins

• Cơ sở hạ tầng kỹ thuật số

Một trong những thách thức lớn nhất của Digital Twins liên quan đến cơ sở hạ tầng kỹ thuật số cần thiết. Để công nghệ này hoạt động, cần có môi trường dựa trên mô hình. Nếu một tổ chức chưa hoạt động trong môi trường kỹ thuật số, họ sẽ cần tạo một môi trường đó.

Tạo ra môi trường phù hợp là rất khó. Hầu hết các công ty hoạt động bằng cách sử dụng các phần mềm và công cụ thay thế, những thứ không được thiết kế để tương thích hoàn toàn. Có thể tạo ra những tích hợp phù hợp, nhưng cần có thời gian và nguồn lực.

• Bảo trì

Sau khi Digital Twins được tạo ra, nó phải được duy trì. Trong suốt vòng đời, các đối tượng vật lý sẽ đi chệch Digital Twins của chúng do một số yếu tố như điều kiện hoạt động, tuổi tác, hao mòn, v.v. Trong một số trường hợp mà Digital Twins không được duy trì và không nắm bắt được những thay đổi xảy ra trong phiên bản vật lý, nó sẽ không thể hiện chính xác của thực thể vật lý.

Rất khó để duy trì Digital Twins. Nhiều nỗ lực áp dụng Digital Twins thất bại vì tài sản kỹ thuật số không nhận được nỗ lực sự bảo trì cần thiết giống như tài sản vật lý.

3. Công nghệ Digital Twin hỗ trợ ngành y tế, sản xuất và thành phố thông minh thế nào?

Những ngành nghề khác nhau đang hưởng lợi từ Digital Twins như thế nào? (Nguồn: Tạp chí tự động hóa)

• Sản xuất: Digital Twins có thể giúp việc sản xuất hiệu quả và hợp lý hơn đồng thời giảm thời gian xử lý.

Ví dụ: Trong ngành sản xuất ô tô, một Digital Twin của dây chuyền sản xuất có thể dự đoán và ngăn chặn sự cố thiết bị, tối ưu hóa bảo trì và đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao nhất. Bằng cách mô phỏng quy trình sản xuất trước khi thực hiện thực tế, các công ty có thể phát hiện và khắc phục các vấn đề tiềm ẩn, giảm thời gian và chi phí liên quan đến việc sản xuất.

• Chăm sóc sức khỏe: Ngành chăm sóc sức khỏe được hưởng lợi từ Digital Twins trong các phương pháp chữa trị như hiến nội tạng, đào tạo phẫu thuật và giảm thiểu rủi ro phẫu thuật.

Ví dụ: Bệnh viện Great Ormond Street (Anh) đã Sử dụng Digital Twins để mô phỏng tim của bệnh nhân nhí. Trước khi phẫu thuật, các bác sĩ có thể thử nghiệm các phương pháp can thiệp khác nhau trên mô hình ảo, giúp họ chuẩn bị tốt hơn và tăng cơ hội thành công của ca phẫu thuật. Điều này đặc biệt hữu ích trong các trường hợp phức tạp, nơi mà từng bước đi cần được cân nhắc kỹ lưỡng.

• Thành phố thông minh:

Digital Twins cũng có thể được sử dụng để giúp các thành phố trở nên bền vững hơn về kinh tế, môi trường và xã hội. Dựa vào các mô hình ảo có thể hỗ trợ quyết định quy hoạch và cung cấp giải pháp cho vấn đề phức tạp mà các thành phố hiện đại phải đối mặt. 

Ví dụ: Tại Singapore, chính phủ nước này đã sử dụng Digital Twins để mô phỏng và quản lý cơ sở hạ tầng, giao thông và môi trường. Chẳng hạn, hệ thống này giúp dự đoán và giảm tắc nghẽn giao thông bằng cách mô phỏng các kịch bản giao thông khác nhau, từ đó đưa ra các biện pháp điều tiết lưu lượng phù hợp.

4. Vai trò của AI, Big Data và IoT trong việc nâng cao khả năng của Digital Twins

Những công nghệ hiện đại có vai trò gì trong việc nâng cao hiệu quả của Digital Twins (Nguồn: CMC Consulting)

AI nâng cao hiệu quả của Digital Twins

• Phân tích và dự đoán:

AI đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý lượng lớn dữ liệu từ các Digital Twins khi mà nó giúp phát hiện các mẫu và xu hướng ẩn. Từ đó, cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu suất và tình trạng của các hệ thống vật lý. Đồng thời, AI có khả năng dự đoán các sự cố có thể xảy ra trong tương lai, hỗ trợ bảo trì chủ động và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động không mong muốn.

• Tối ưu hóa vận hành:

AI sử dụng thông tin từ Digital Twins để cải thiện quy trình và hoạt động, nhằm nâng cao hiệu suất và hiệu quả tổng thể. Thêm vào đó, AI có thể tự động hóa quá trình ra quyết định dựa trên dữ liệu thực tế, giúp giảm bớt sự can thiệp của con người và gia tăng tốc độ phản ứng trong các tình huống khẩn cấp.

Big Data ảnh hưởng đến Digital Twins

• Thu thập và lưu trữ dữ liệu:

Big Data mở ra khả năng thu thập và lưu trữ một lượng dữ liệu khổng lồ từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như cảm biến IoT, hệ thống quản lý và các nguồn bên ngoài. Các hệ thống lưu trữ dữ liệu lớn có thể xử lý và bảo quản lượng dữ liệu khổng lồ, đảm bảo rằng các mô hình Digital Twins luôn có đủ thông tin cần thiết để hoạt động hiệu quả và chính xác.

• Phân tích dữ liệu phức tạp:

Big Data cung cấp công cụ mạnh mẽ để xử lý và phân tích các tập dữ liệu phức tạp, từ đó cải thiện độ chính xác và hiệu suất của các mô hình Digital Twins. Hơn nữa, việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau nhờ Big Data cho phép có cái nhìn sâu rộng và toàn diện hơn về các hệ thống vật lý, giúp đưa ra những quyết định thông minh hơn.

IoT tối ưu hóa Digital Twins

• Thu thập dữ liệu thời gian thực:

IoT có khả năng cung cấp một mạng lưới cảm biến và thiết bị giúp thu thập dữ liệu theo thời gian thực từ các hệ thống vật lý. Điều này đảm bảo rằng các mô hình Digital Twins luôn phản ánh đúng tình trạng hiện tại của hệ thống. Nhờ vào khả năng kết nối liên tục, IoT đảm bảo rằng dữ liệu được truyền tải một cách mượt mà và không bị gián đoạn, giúp duy trì thông tin cập nhật và chính xác cho Digital Twins.

• Giám sát và điều khiển từ xa:

IoT sẽ cho phép theo dõi liên tục các hệ thống vật lý và cung cấp dữ liệu ngay lập tức cho Digital Twins, giúp việc giám sát trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Hơn nữa, với khả năng điều khiển từ xa dựa trên thông tin từ Digital Twins, IoT nâng cao khả năng quản lý và điều hành, tạo điều kiện cho việc điều chỉnh hệ thống một cách linh hoạt và hiệu quả.

5. Tương lai của Digital Twins

Một bức tranh về tương lai phát triển với sự hiện diện của công nghệ Digital Twins (Nguồn: Intellias)

Công nghệ Digital Twins đang định hình lại các ngành sử dụng nhiều tài sản, cung cấp các quan điểm vật lý và kỹ thuật số về một loạt các quy trình, cơ sở vật chất và thiết bị phức tạp. Với khả năng liên tục học hỏi các kỹ năng mới, nó có lẽ dễ dàng cung cấp cho các công ty sản xuất những hiểu biết sâu sắc để tạo ra các sản phẩm và quy trình hiệu quả hơn.

Đối với các doanh nghiệp và tổ chức đã sử dụng IoT, Digital Twins được cho là bước tiếp theo trong hành trình kỹ thuật số của họ. Chúng giúp bạn nâng cao hiệu quả, tối ưu hóa quy trình, xác định các vấn đề trước khi chúng xảy ra và đổi mới cho tương lai. Nếu tổ chức của bạn không chỉ quan tâm đến việc tạo ra kết quả kinh doanh tốt hơn mà còn quan tâm đến việc mang lại kết quả tốt hơn cho mọi người, thì bản sao kỹ thuật số rất đáng để xem xét.

6. Kết luận

Hy vọng những thông tin mà BAP IT cung cấp sẽ giúp người đọc và doanh nghiệp thấu hiểu được công nghệ Digital Twins và ứng dụng của chúng trong thực tế. Việc ứng dụng công nghệ này vào hoạt động kinh doanh không hề đơn giản, nó đòi hỏi doanh nghiệp có quy trình rõ ràng, hiểu biết sâu sắc và cơ sở hạ tầng đầy đủ. Vì vậy trước khi triển khai Digital Twins, doanh nghiệp nên xem xét các yếu tố cơ sở hạ tầng đã đáp ứng tốt hay chưa.

BAP IT đã có rất nhiều kinh nghiệm trong Chuyển đổi số Doanh nghiệp. Ngoài ra, BAP IT còn cung cấp các giải pháp tư vấn và triển khai công nghệ IoT, SAP, ERP. Quý doanh nghiệp có nhu cầu vui lòng liên hệ ngay với BAP IT để được tư vấn và hỗ trợ.