Digital Twin: Khả Năng và Ứng Dụng Trong Thế Giới Ngày Nay

Digital Twin: Khả Năng và Ứng Dụng Trong Thế Giới Ngày Nay

Tìm hiểu về digital twin, công nghệ ảo hóa đang thay đổi ngành công nghiệp, với ví dụ từ Volvo và lợi ích cũng như rủi ro của nó.

Key Takeaways

Digital twin không chỉ đơn thuần là hình ảnh số của tài sản vật lý; nó hoạt động như một bản sao thực tế, phản ánh mọi khía cạnh từ vận hành máy móc đến hoạt động của cả thành phố trong thời gian thực.
Công nghệ Digital twin đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, thành phố thông minh, chăm sóc sức khỏe, và ngay cả trong khám phá không gian, giúp tối ưu hóa quy trình, cải thiện hiệu suất và giảm rủi ro.
Việc tạo ra một digital twin đòi hỏi phải thu thập khối lượng lớn dữ liệu và sử dụng cảm biến để cung cấp thông tin thời gian thực liên tục cho mô hình số, đảm bảo nó phản ánh chính xác bản sao vật lý đi kèm.
Dù không phải là một ý tưởng mới, nhưng khái niệm digital twin vẫn đang không ngừng phát triển, trở thành một phần không thể thiếu trong cách mà các ngành công nghiệp vận hành, thúc đẩy đổi mới và hiệu quả.

Digital Twin: Khái Niệm Cơ Bản

Digital twin được mô tả như một phiên bản số hoàn hảo của một đối tượng, quy trình hoặc hệ thống thực tế. Hãy tưởng tượng rằng bạn có một bản sao số của một nhà máy, một chiếc xe hơi hoặc thậm chí là một thành phố trên máy tính của mình. Những mô hình ảo này không chỉ giống bề ngoài mà còn phản ánh cả chức năng của vật thể gốc. Chúng cho phép bạn thử nghiệm các tình huống khác nhau mà không tác động đến phiên bản vật lý. Chẳng hạn, các kỹ sư có thể sử dụng digital twin của một động cơ phản lực để mô phỏng cách nó hoạt động dưới các điều kiện khác nhau mà không cần sử dụng động cơ thật.

Một digital twin hoạt động hiệu quả nhờ vào dữ liệu liên tục từ bản sao vật lý của nó. Công nghệ này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thành phố thông minh, chăm sóc sức khỏe, nghiên cứu công nghiệp, và khám phá không gian.

Digital replica of a real-world object

Cách Tạo Ra Một Digital Twin

Quá trình tạo ra digital twin bắt đầu bằng việc thu thập khối lượng lớn dữ liệu về đối tượng: hình dáng, hành vi dưới các điều kiện khác nhau, và cách nó tương tác với môi trường xung quanh. Bạn sẽ tạo ra một phiên bản số gần như hoàn hảo của tài sản đó.

Điều này không chỉ dừng lại ở bề ngoài; digital twin cũng hoạt động giống như bản gốc nhờ vào các công nghệ như thực tế tăng cường (AR), thực tế ảo (VR), mô hình 3D, trí tuệ nhân tạo, và Internet vạn vật (IoT). Bạn đặt các cảm biến trên tài sản thực để gửi dữ liệu về digital twin theo thời gian thực.

Nhờ vậy, bạn có thể liên tục theo dõi và phân tích mọi thứ thông qua nền tảng đám mây, tạo ra một digital twin phản ánh chính xác tài sản vật lý.

Bạn có biết? AI có thể tạo ra các kịch bản thực tế trong digital twin, cho phép chúng ta thử nghiệm xe tự lái hoặc các phương pháp điều trị y tế mà không có rủi ro thực tế.

Digital Twin Hoạt Động Như Thế Nào?

Một digital twin hoạt động hiệu quả phụ thuộc vào lượng dữ liệu bạn cung cấp và mục tiêu sử dụng. Bạn có muốn nó chỉ giữ vai trò giám sát một tài sản hay giúp phát hiện các vấn đề trước khi chúng xảy ra và đưa ra giải pháp?

Chủ yếu, digital twins được thiết kế để theo dõi một đối tượng vật lý, phân tích hiệu suất và điều chỉnh khi cần thiết. Các kỹ sư thường xuyên cập nhật thông tin thực tế cho digital twin để mô phỏng các sự kiện đang diễn ra và cung cấp thông tin cần thiết. Qua đó, họ có thể phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng trở thành vấn đề nghiêm trọng.

How digital twin system works

Ví Dụ Về Digital Twin: Công Ty Volvo

Để hiểu rõ hơn về khái niệm này, chúng ta hãy xem ví dụ từ Volvo, hãng xe nổi tiếng của Thụy Điển, nổi bật trong việc đảm bảo an toàn cho hành khách. Công ty này sử dụng digital twins để tạo ra các bản sao ảo của xe buýt và xe tải, cho phép thử nghiệm nhiều vật liệu và thiết kế khác nhau.

Hãy tưởng tượng cảm biến được gắn bên trong một chiếc xe nguyên mẫu theo dõi mọi thứ từ độ bền cấu trúc đến khả năng xử lý khí động học và độ an toàn trong các bài kiểm tra va chạm. Dữ liệu này được truyền liên tục vào digital twin, mô phỏng cách xe hoạt động trong các tình huống khác nhau, chẳng hạn như chạy với tốc độ cao trên đường cao tốc hoặc xử lý va chạm.

Kỹ sư của Volvo có thể điều chỉnh thiết kế, chọn vật liệu tốt nhất và tối ưu hóa hiệu suất cũng như hiệu quả nhiên liệu thông qua digital twin. Điều này giúp họ thử nghiệm tính năng an toàn mới trong không gian ảo trước khi áp dụng vào thực tế, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo sự an toàn tối đa cho hành khách.

Software-designed heavy duty vehicles

Các Loại Digital Twins

Có nhiều loại digital twins, mỗi loại giữ vai trò riêng biệt:

Component twins (hoặc parts twins): Là những thành phần nhỏ nhất nhưng thiết yếu của một hệ thống.
Asset twins: Kết hợp vài thành phần, tạo thành một tài sản. Asset twins giám sát cách những bộ phận này phối hợp với nhau và chỉ ra nơi có thể cải thiện.
System or unit twins: Giúp bạn thấy cách các tài sản khác nhau làm việc cùng nhau để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh, từ đó hiểu được sự tương tác và tìm cách nâng cao hiệu suất tổng thể.
Process twins: Ở cấp độ cao nhất, process twins cung cấp cái nhìn tổng quan về cách các hệ thống tương tác trong một quy trình lớn hơn, chẳng hạn như một nhà máy. Chúng thiết yếu để đảm bảo mọi thứ vận hành trơn tru và hiệu quả.

So Sánh Digital Twin Và Mô Phỏng

Mặc dù digital twin và mô phỏng có vẻ tương tự, nhưng chúng không phải là một. Mô phỏng cho phép thử nghiệm các kịch bản trong một môi trường kiểm soát, trong khi digital twin vượt xa khả năng đó. Nó là một bản sao kỹ thuật số trực tiếp, đồng bộ hóa với bản gốc và cung cấp thông tin cụ thể theo thời gian thực. Bạn có thể xem digital twin như một phiên bản mạnh mẽ và tức thì của các mô phỏng.

Digital twin vs. simulation

Lợi Ích Của Công Nghệ Digital Twin

Công nghệ digital twin mang lại nhiều lợi ích, bao gồm:

Tiết kiệm chi phí và quản lý rủi ro: Digital twins tạo cơ hội cho doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và quản lý rủi ro bằng cách thực hiện mô phỏng ảo và thử nghiệm thay vì phụ thuộc vào nguyên mẫu vật lý, giảm tối đa các nguy cơ trong phát triển sản phẩm.
Tăng cường hiệu suất R&D: Digital twins hỗ trợ các hoạt động nghiên cứu và phát triển hiệu quả hơn bằng cách cung cấp nền tảng để thử nghiệm sản phẩm ảo. Doanh nghiệp có thể thu thập dữ liệu chi tiết về hiệu suất sản phẩm và điều chỉnh trước khi chuyển sang sản xuất vật lý.
Tối ưu hóa sản xuất: Digital twins giúp theo dõi quy trình sản xuất trong thời gian thực, từ đó nhanh chóng phát hiện các điểm không hiệu quả và điều chỉnh kịp thời.
Quản lý vòng đời sản phẩm bền vững: Khi sản phẩm kết thúc vòng đời, digital twins giúp các nhà sản xuất tìm cách tái chế hoặc tái sử dụng vật liệu hiệu quả, giảm thiểu chất thải và hỗ trợ những nỗ lực bền vững.
Chất lượng sản phẩm cao: Digital twins góp phần vào việc nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách cho phép các công ty phát hiện và khắc phục lỗi từ sớm trong quá trình sản xuất.

Rủi Ro Của Công Nghệ Digital Twin

Giống như mọi công nghệ khác, digital twins cũng tiềm ẩn một số rủi ro, bao gồm:

Vấn đề về bảo mật dữ liệu: Khi có quá nhiều dữ liệu chuyển qua lại giữa tài sản vật lý và bản sao ảo của nó, có nguy cơ thông tin này bị rò rỉ. An ninh mạng trở nên cực kỳ quan trọng trong bối cảnh này.
Chi phí triển khai cao: Việc tạo ra một digital twin có thể rất tốn kém. Các doanh nghiệp nhỏ có thể gặp khó khăn trong việc đảm bảo vốn đầu tư ban đầu do chi phí phần mềm và cảm biến cao.
Quá tải dữ liệu: Có khả năng bị choáng ngợp bởi khối lượng dữ liệu nhận được, khiến cho việc phân tích trở nên khó khăn và gây khó khăn trong việc xác định thông tin quan trọng.
Phụ thuộc vào dữ liệu chính xác: Hiệu quả của digital twin phụ thuộc vào chất lượng dữ liệu mà nó nhận được. Quyết định dựa trên thông tin không chính xác có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.
Sự phức tạp trong tích hợp: Việc tích hợp digital twin vào các hệ thống hiện có có thể là một quá trình đầy thử thách. Nếu không thực hiện đúng cách, điều này có thể gây ra rối loạn thay vì cải thiện quy trình.

Ứng Dụng Của Digital Twins

Hãy cùng khám phá một số ứng dụng của digital twins trong các lĩnh vực khác nhau:

Sản xuất: Các nhà sản xuất sử dụng digital twins để xây dựng các bản sao ảo của dây chuyền sản xuất. Điều này giúp xác định nút thắt cổ chai, điều chỉnh quy trình, thậm chí dự báo khi nào thiết bị có thể hỏng hóc. Kết quả là giảm thiểu sự cố và tăng năng suất.
Cơ sở hạ tầng và thành phố thông minh: Bạn có thể tưởng tượng một thành phố nơi mọi thứ từ đèn giao thông đến hệ thống nước được theo dõi và tối ưu hóa trong thời gian thực? Digital twins cho phép các nhà quy hoạch thành phố thực hiện điều đó, giúp họ quản lý tài nguyên tốt hơn, mô hình hóa hiệu quả của các phát triển mới và hoạch định các tình huống khủng hoảng như lũ lụt hoặc kẹt xe.

Bạn có biết? Các thành phố như Singapore sử dụng digital twins để tối ưu hóa luồng giao thông và tiêu thụ năng lượng, tạo ra môi trường đô thị thông minh hơn.

Chăm sóc sức khỏe: Công nghệ digital twin giúp tạo ra bản sao ảo của một bộ phận cơ thể con người. Các chuyên gia y tế có thể sử dụng nó để thử nghiệm các liệu pháp mới, đo lường phản ứng của bệnh nhân đối với một loại thuốc hoặc thực hiện các ca phẫu thuật giả định trước khi tiến hành thực tế.
Ôtô: Các nhà sản xuất ôtô sử dụng digital twins để thử nghiệm những vật liệu mới, thực hiện mô phỏng tai nạn và cải thiện thiết kế mà không cần chế tạo nguyên mẫu vật lý. Điều này rút ngắn quy trình thiết kế của xe.
Năng lượng: Digital twins được áp dụng trong lĩnh vực năng lượng để quản lý và theo dõi tài sản như giàn khoan dầu, nhà máy điện và tuabin gió. Các doanh nghiệp có thể giảm thiểu thời gian ngưng hoạt động, dự đoán nhu cầu bảo trì, và tối đa hóa sản lượng năng lượng bằng cách mô hình hóa hoạt động của những tài sản này.
Quốc phòng và hàng không vũ trụ: Trong ngành hàng không, digital twins giúp duy trì hiệu suất và an toàn của máy bay. Các kỹ sư có thể đánh giá độ bền của các vật liệu, mô phỏng chuyến bay, và thậm chí dự đoán nhu cầu bảo trì bằng cách xây dựng các mô hình ảo của máy bay. Điều này không chỉ kéo dài tuổi thọ của máy bay mà còn tăng cường độ an toàn.

Lịch Sử Của Digital Twin

Lịch sử của digital twin bắt nguồn từ cuốn sách "Mirror Worlds" của David Gelernter, xuất bản năm 1991. Tuy nhiên, vào năm 2002, giáo sư Michael Grieves từ Đại học Michigan đã giới thiệu ý tưởng chính thức về phần mềm digital twin. Đến năm 2010, John Vickers từ NASA đã đặt thuật ngữ "digital twin", thuật ngữ vẫn được sử dụng đến nay.

Tuy nhiên, khái niệm xem xét một đối tượng vật lý thông qua lăng kính của digital twin thực sự đã có từ rất lâu trước đó. NASA đã phát triển ý tưởng này trong các sứ mệnh không gian vào những năm 1960. Kế hoạch của họ là mỗi tàu vũ trụ dự kiến sẽ lên quỹ đạo có một bản sao chính xác trên trái đất. Đội ngũ bay của NASA đã sử dụng phiên bản này để thực hiện các nghiên cứu và mô phỏng.

Bạn có biết? NASA đã sử dụng digital twins để sửa chữa ảo tàu Apollo 13, chứng minh tiềm năng cứu sống của chúng ngay cả trước khi thuật ngữ này xuất hiện.

Tương Lai Của Digital Twin

Sự phát triển của công nghệ digital twin đã thay đổi cách thức hoạt động của nhiều lĩnh vực khác nhau. Digital twins đã chứng minh mình là một công cụ hiệu quả cho đổi mới, có khả năng tăng cường hiệu suất sản xuất, cải cách đô thị, thay đổi ngành chăm sóc sức khỏe và nhiều hơn nữa.

Khi công nghệ càng phát triển, tầm quan trọng của digital twins cũng chỉ tăng lên, mở rộng giới hạn của những gì bạn có thể thực hiện trong thực tế thông qua phiên bản ảo. Hiểu rõ về công nghệ digital twin giúp bạn nhận biết nó sẽ ảnh hưởng đến cách thức tạo ra, quản lý và tối ưu hóa thế giới xung quanh bạn như thế nào trong tương lai.