Vizualizace leteckého proudového motoru a jeho digitálního dvojčete.
Vizualizace leteckého proudového motoru a jeho digitálního dvojčete.
autor: Shutterstock

Ačkoli se odesílatelům zboží může zdát, že je dnes přeprava stále jednodušší, ve skutečnosti za rychlými a individualizovanými možnostmi dopravních toků mezi kontinenty i v rámci jediné továrny stojí velmi sofistikované a složité systémy. Uřídit je může být nesnadným úkolem a dále je rozvíjet podle měnících se potřeb a požadavků bude ještě náročnější. Zde přicházejí ke slovu digitální dvojčata, technologie, která umožňuje zvládat i složité systémy a obtížně předpověditelné změny situací v řadě průmyslových oborů, a to nejen ve výrobě, ale také v dopravě a logistice.

Digitální dvojče je virtuální kopie jednotlivých strojů či celých, třeba i velmi rozsáhlých výrobních nebo logistických procesů. Umožňuje modelovat jejich činnost a vytvářet varianty, jako by se jednalo o skutečný stroj či proces. S využitím digitálního dvojčete lze rovněž mnohem dokonaleji a přesněji řídit různé činnosti, porozumět i složitým vztahům mezi procesy a stroji a předvídat dopady plánovaných změn na jednotlivé součásti systému i na jeho celkový výkon.

Digitální dvojčata se ve firmách také uplatňují při simulaci, predikci a optimalizaci rozhodování ještě před tím, než dojde k reálné investici do výroby či provozu. Představují významný nástroj ke snížení míry rizika a nákladů z nesprávných rozhodnutí. S jejich využitím lze nastavit ve virtuálním světě efektivnější zbožové či materiálové toky a podle nich pak řídit pohyb věcí ve světě reálném.

75 %

Až tři čtvrtiny organizací, které už nasadily digitální dvojče nebo se k tomu chystají, nalezneme mezi firmami realizujícími projekty v oblasti internetu věcí.

50 %

Analytici Gartneru odhadují, že do roku 2021 nějaký typ digitálního dvojčete nasadí v praxi polovina velkých průmyslových podniků.

Miliardy zařízení

Poradenská společnost Gartner doporučuje jako jednu z oblastí pro využití digitálního dvojčete kompletní řízení dodavatelského či zásobovacího řetězce. "Hlavní výhodou je oddělení funkčního modelu a analytiky užívané pro plánování a řízení," vysvětluje Lukáš Erben z KPC Group, která zastupuje Gartner v ČR.

Tradiční řešení sestávají z modelu části dodavatelského řetězce, například distribuční sítě, výrobních linek a podobně a související analytiky pro předvídání a plánování. Obě tyto komponenty jsou nicméně tak těsně provázané, že se obvykle chápou jako jedno plánovací řešení. Podle Lukáše Erbena se firmy stále častěji dotazují na možnost oddělit model a analytiku. Chtějí nasazovat širší škálu pokročilých prediktivních a preskriptivních analytických nástrojů na rozsáhlejším a detailnějším modelu. Právě tento koncept začali analytici nazývat digitální dvojče dodavatelského řetězce.

Digitální dvojče lze teoreticky v budoucnu využít u miliard zařízení po celém světě, i když v současnosti je míra nasazení této technologie zatím nižší. Analytici Gartneru odhadují, že do roku 2021 nějaký typ či formu digitálního dvojčete uvede v praxi například polovina velkých průmyslových podniků. Ve stejné době bude celosvětově v provozu na 25 miliard připojených senzorů a koncových bodů, z nichž mohou digitální dvojčata získávat nejrůznější data. Nejvyšší podíl organizací, až 75 procent, které již nasadily digitální dvojče nebo se k tomu chystají, nalezneme mezi firmami uskutečňujícími projekty v oblasti internetu věcí.

Digidvojče

Digitální dvojče je jedinečným, virtuálním obrazem hmotného objektu, který sleduje a napodobuje fyzický stav i chování příslušného předmětu. Digitální kopie je nepřetržitě spojena s hmotnými předměty a její automatické aktualizace reagují na změny v reálném světě. Digitální dvojčata produktů, strojů i celých firemních "ekosystémů" mohou odhalit minulé skutečnosti, optimalizovat současný stav, a dokonce i předvídat budoucí výkony.

Zdroj: DHL

Řada přínosů ve všech oborech

Mezi hlavní potenciální přínosy digitálních dvojčat patří zlepšení a optimalizace údržby a spolehlivosti. Pouhá obyčejná údržba se nahrazuje preventivní údržbou, která umožňuje určit zvýšené riziko poruchy na základě dat získaných ze senzorů a modelováním na digitálním dvojčeti. Právě zde analytici obecně očekávají největší úspory napříč odvětvími včetně logistiky. Digitální dvojčata rovněž umožní vyšší optimalizaci procesů i využití podnikových aktiv. Tento přínos lze předpokládat zejména ve výrobní sféře, ale platí i pro logistiku, dodavatelské řetězce a podobně.

Velký význam nalézají digitální dvojčata v oblasti výzkumu a vývoje při zkoumání míry využívání produktů či služeb a hledání možností optimalizace. Výzkum využije zejména možnost simulace chování nových produktů či zařízení s využitím dat ze senzorů stávajícího vybavení.

Nová technologie umožní vznik nových obchodních modelů například s garantovaným výsledkem. Vzhledem k tomu, že digitální dvojčata se neomezují pouze na fyzické subjekty, ale mohou modelovat i chování organizací a dalších struktur, třeba distribučního řetězce či města, lze s jejich pomocí testovat změny a modifikace stávajících obchodních či provozních modelů.

Digitálními dvojčaty se zabývá také aktuální zpráva společnosti DHL. Globální logistická firma vidí velké možnosti jejich využití pro sledování, monitorování a diagnostikování stavu zásilek i dopravních prostředků. "Podle prognóz poroste trh s digitálními dvojčaty o více než 38 procent ročně a do roku 2025 jeho objem překoná hranici 26 miliard dolarů," vysvětluje Matthias Heutger z DHL. "Digitální dvojčata změní tradiční dodavatelské řetězce a nabídnou řadu možností pro rozhodování a spolupráci na základě dat, zefektivňování podnikových procesů a realizaci nových obchodních modelů."

Využití digitálních dvojčat v logistice však je podle DHL také náročným úkolem a bude vyžadovat úzkou spolupráci partnerů napříč celým zásobovacím řetězcem.

Místo simulačních studií digitální dvojče

"Digitální dvojče sehrává roli prostředníka v rámci propojení fyzického světa s digitálním prostorem," říká Jan Šlajer ze společnosti Dynamic Future. "Zásadním způsobem umožňuje ověřovat chování jednotlivých zdrojů s ohledem na výrazné změny, které se v oblasti zásobovacích řetězců, logistice a dopravě vyskytují."

Modely velkých celků

Digitální dvojčata dokážou modelovat i chování organizací a dalších struktur, třeba distribučního řetězce či města. Lze tak testovat změny a modifikace celých stávajících obchodních či provozních celků.

K benefitům tak patří schopnost sledovat operace v čase, srovnávat minulost, současnost a kvalitně predikovat budoucí vývoj. A právě celkový kontext správného nastavení procesů, výrobních i logistických, patří k nejvýznamnějším výhodám při využití digitálních dvojčat.

V současné době se podle Jana Šlajera stalo téměř standardem využívat metodiku dynamické simulace pro ověřování nových investic, nastavování procesů a rozhodování o výrazných změnách ve společnostech. Tyto projekty se zatím realizovaly jako jednorázové. Turbulentnost současného prostředí však vyžaduje rychlejší a hlavně efektivnější získání správných podkladů pro rozhodnutí. To nutí společnosti k tomu, že již nevyžadují zpracování jednorázových simulačních studií, ale chtějí vytvářet digitální dvojčata svých procesů nebo i celých výrobních či logistických provozů.

Digitální dvojčata lze využívat pro zhodnocení současné výkonnosti procesu včetně možnosti testovat a analyzovat chování tohoto procesu v různých variantách a za různých okolností. Potom lze navrhovat změny, které povedou k optimálnímu nastavení parametrů procesu bez nutnosti vyrábět a testovat fyzické prototypy. Výsledkem je výrazná úspora času i nákladů na optimalizaci stávajícího produktu nebo vývoj nového.

Lepší proces plánování v logistice

Procesní digitální dvojče dokáže zhodnotit, jak dobře budou procesy probíhat a jak je mohou různé zásahy modifikovat ještě před tím, než se cokoli reálně vybuduje a spustí. Díky simulaci je možné analyzovat důvody chování systému a vytvořit tak účinné postupy pro maximální efektivitu výkonu. Právě v této oblasti vidíme velkou možnost využití digitálních dvojčat v oblasti zásobovacích řetězců, v logistice, dopravě a skladování.

Využívání digitálních dvojčat umožňuje efektivně zpracovávat a analyzovat data a získávat tak kvalitní podklady pro rozhodování. Příkladem může být hledání optimální varianty využití skladových či manipulačních technologií, stanovení potřebných kapacit konkrétních skladů, návrh jejich alokace a atrakčních obvodů a budoucí využití digitálního dvojčete při změnách požadavků od zákazníků.

Výhody digitálních dvojčat v procesu plánování zdůrazňuje také Petr Jalůvka z Dynamic Future. "Máme velké zkušenosti s využitím digitálních dvojčat ve výrobních firmách, kde se digitální dvojče používá pro kapacitní ověřování plánu výroby, ověření dopadu požadavků obchodníků na již vytvořený výrobní plán nebo ověření správného zacílení investic. Zásadní výhoda spočívá v rychlosti získávání informací o dopadu změn vstupních parametrů na simulovaný proces a podkladů pro kvalitní rozhodnutí," vysvětluje Petr Jalůvka.

Podle jeho slov již zhruba v roce 2003 digitální dvojče řídilo přísun materiálu do papírenské firmy Wood & Paper ve Štětí. V roce 2005 připravila Dynamic Future digitální dvojče celého distribučního skladu společnosti Lego, který provozovala logistická firma DHL. Dvojčata fungují i v logistice závodů Siemens Elektromotory či Budějovický Budvar.

Prakticky nekonečné možnosti využití

Význam technologie digitálního dvojčete spočívá v jeho simultánním dvojitém nastavení jako simulačního i řídicího nástroje. Vytvoření repliky materiálových toků, celé továrny nebo dodavatelsko­-odběratelského řetězce pasivním modelem digitálního dvojčete umožňuje podnikům sledovat, simulovat a testovat zavedené i hypotetické procesy. "Digitální dvojče jako virtuální model umožňuje analýzu a interpretaci dat získaných z běhu jeho fyzického protějšku zrcadleného v kybernetické sféře, což je možné využít při vyhotovování simulací, plánování a návrhu nových procesů, optimalizace existujících procesů, ale i plánování a optimalizaci přepravních tras," říká Peter Bílik z firmy Anasoft.

Naopak v provozním prostředí s vysokou proměnlivostí a navzájem provázanými procesy nachází uplatnění digitální dvojče ve formě inteligentního informačního agenta. Právě autonomní inteligentní informační agenti představují nezbytnou technologii jak konceptu chytré továrny, tak i vyspělé logistiky.

Siemens využívá simulaci pomocí technologie digitálních dvojčat ve své továrně ve Frenštátu pod Radhoštěm při vývoji nových výrobků, ale i pro plánování interní logistiky.
Siemens využívá simulaci pomocí technologie digitálních dvojčat ve své továrně ve Frenštátu pod Radhoštěm při vývoji nových výrobků, ale i pro plánování interní logistiky.
Foto: Jiří Zerzoň

Díky svým vlastnostem interoperability, adaptabilnosti a kognitivním schopnostem umožňují při autonomním řízení výrobních a logistických procesů využívat kolektivní inteligence. Své místo nacházejí třeba při autonomním řízení zásob, vychystávání a kompletování objednávek, distribuci zboží, ale také při přepojení vnitropodnikového zásobování s procesem produkce na výrobních linkách.

V různých provozech tak lze odhalovat úzká hrdla, identifikovat anomálie nebo získávat včasná upozornění na potenciálně krizové situace a v předstihu jim předcházet. Digitální dvojče vnáší transparentnost do procesů prostřednictvím zabezpečení jednoznačnosti informací nebo umožněním jejich dosledovatelnosti. Prostřednictvím digitálního dvojčete lze vyhodnocovat efektivitu využívání materiálových i lidských zdrojů či vytížení zařízení. Navíc je nápomocné i při identifikaci plýtvání a jeho následné eliminaci.

Anasoft si pro tuto technologii vytvořil vlastní divizi Smart Industry, která se věnuje digitalizaci a automatizaci logistiky a průmyslu. Digitální dvojče spolu s ostatními technologiemi, jako jsou kyberneticko­-fyzikální systémy, internet věcí, umělá inteligence či velká data, patří do základního inventáře těchto oblastí.

Anasoft na těchto prvcích vystavěl svůj systém Emans, kterým lze propojit všechny složky vnitropodnikové i mimopodnikové činnosti − stroje a zařízení, lidi, materiál, polotovary a produkty, informační a komunikační technologie jako ERP, APS či CRM.

"Podílíme se na různých projektech digitalizace a automatizace průmyslu doma i v zahraničí a téměř všechny projekty týkající se logistiky využívají technologii digitálního dvojčete. Především se jedná o subdodavatele v automobilovém průmyslu, distribuční a obchodně­-distribuční společnosti, ale také o výrobní podniky, které automatizovaly vnitropodnikovou logistiku," dodává Peter Bílik.

Přijde doba digitálních dvojčat?

Nástup nových technologií má vedle stránky hardwarové v podobě robotických ruk, autonomních a kolaborativních robotů ve skladech a autonomních vozidel bez řidiče na silnici také podobu komplexních a vysoce sofistikovaných softwarových řídicích systémů. Digitální dvojče simulující ve virtuálním světě téměř cokoli a využívané k řízení, plánování a predikci budoucího vývoje představuje jeden ze zásadních kroků, který firmám umožní postoupit na vyšší úroveň výroby či poskytování služeb.

Ne vždy však existuje dostatečné povědomí o tom, co vše tato technologie umožňuje a jakým způsobem může přispět k efektivnějšímu provozu výroby, skladu či dopravy. Přesto je už dnes zájem o virtuální kopii třeba i celé firmy poměrně vysoký. Až budoucnost však ukáže, nakolik jsou reálné odhady analytiků očekávajících dynamický rozvoj této technologie a její rychlý nástup během několika příštích let.

Autoři: Pavel Toman