Akıllı fabrika (smart factory); veri paylaşımı, ileri otomasyon ve üretim esnekliği bağlamında birbiriyle haberleşebilen makineleri, otonom sistemleri, entegre uygulamaları, büyük veriyi, robotik ve yapay zekâyı birlikte kullanan bir Endüstri 4.0 teknolojisidir. Farklı koşullara uyum sağlayan esnek bir yapıda ve gerçek zamanlı bir işleyiş içinde, üretim faaliyetlerinde otonom süreçler kullanırken dijital ikiz uygulamalarından faydalanır.
Dijital ikiz kavramı (digital twin), fiziksel nesnelerin, süreçlerin veya sistemlerin; sanal bir simülasyon uygulamasıyla hazırlanan dijital bir modelidir. Nesnenin bütün yaşam döngüsüyle ilgilenirken sensörlerin yardımıyla gerçek zamanlı verileri kullanarak işlemlerini takip ve simüle eder. Oluşturulan model, nesnenin gerçek dünyadaki davranışını, performansını ve özelliklerini kopyalarken; önermeler, optimizasyonlar ve analizler yapar. Sürecin veya cihazın performansının kontrol edilmesi; muhtemel sorunların önceden belirlenmesi, yaşam döngüsüyle ilgili olarak tasarım sürecinden itibaren veri toplanması, bakım ve onarım sorunlarının önceden çözülmesi gibi kolaylıklar sağlar. Dijital ikiz başlığı altında bu yazımızda; sistemin tanımı, işleyişi ve avantajları anlatılıp; türleri ve kullanım alanları belirtilirken simülasyonla arasındaki fark açıklanacaktır.
Dijital İkizlerin Avantajları Nelerdir?
Digital twin; ürünün, servisin, sistemin veya sürecin sanal modelini oluşturarak mühendislik çözümleri geliştirir. Kullanımıyla ilgili faydalar; performansın geliştirilmesi, öngörü temelli çözümler, sürecin uzaktan takibi ve üretim süresinin hızlandırılması olarak özetlenebilir. Test yapma şansının gerçek hayatta zor ve maliyetli olduğu karmaşık ürünlerin verileriyle oluşturulan bu düzenekte çalışmak maliyeti azaltırken; sistemlerin, cihazların ve varlıkların ömrünü uzatır.
Fiziksel nesnenin ömrünü uzatan bu uygulama çalışma performansını da optimize etmeye yardımcı olduğundan bakım/onarım masraflarını azaltır. Elde edilen gerçek zamanlı bilgiler ve öngörüler; sürecin, cihazın veya tesisin performansını optimize ederken bakım ve arıza zamanını kısaltır. Çok sayıdaki parçadan oluşsa bile dijital ikiz, istenen resmi ve dijital görüntüyü çıkarır. Sistem ve tesisler uzaktan izlenebildiğinden kontrol ve karar mekanizmaları sürekli devrede kalır. Üretim süresi, imalat başlamadan önce senaryolar oluşturularak kısaltılabilir ve üretim değişikliği yapılabilir.
Dijital İkiz Türleri
Dijital ikiz fiziksel dünya ile dijital dünya arasındaki haberleşme teknolojisidir. Uygulamada çok kullanılan türleri şöyledir:
– Bileşen İkizleri
– Varlık İkizleri
– Süreç İkizleri
– Sistem İkizleri
1. Bileşen İkizleri
Parça ikizleri de denilen bileşen ikizleri, sürecin bir parçasının dijital resmidir. Genelde rüzgâr türbininde bulunan motor gibi bir varlığın çalışması için ihtiyaç duyduğu ana parçadır.
2. Varlık İkizleri
Varlık ikizleri komplike bir sistemin bir parçası olarak beraber çalışan iki veya daha fazla bileşenden oluşan bir terimdir. Bileşenlerin etkileşime girme şeklini ve yerinde kararlar almak üzere analiz edilecek performans verilerinin imalat biçimini sanal olarak simgeleyen bir dijital ikiz türüdür.
3. Süreç İkizleri
Bir nesnenin dijital ortamını görüntüleyen süreç ikizleri; sistem bileşenlerinin, birimlerinin ve varlıkların çalışma şeklini açıklar. Cadem Digital, dijital üretim ve mühendislik çözümlerinde DELMIA sayesinde üretim süreçlerini sanal olarak tanımlar, planlar, takip ve kontrol eder.
4. Sistem İkizleri
Birim ikizleri de denen sistem ikizleri, varlık ikizlerinden daha ileri düzeyde soyutlama yapar. Karmaşık sistemlerin parçası olan farklı varlıkların çalışma şeklini açıklar. Analiz ettiği görünürlük, performans düzeltmeleri veya verimlilik konusundaki kararları kolaylaştırır.
Dijital İkiz Teknolojisinin Kullanım Alanları
Teknolojik çalışmaları 2000’li yıllarda başlar ve ilk olarak uzay araçlarının bakımı ve onarımı amacıyla NASA tarafından kullanılır. Uygulama alanları savunma sanayi, sağlık, uzay ve havacılık, inşaat, enerji, imalat, otomotiv ve ulaştırma sektörleridir.
İnşaat sektöründe proje aşamalarıyla ilgili gerçek zamanlı görüntünün sağlanması, üretim sektöründe tesisteki sistemlerin çalışma performans verilerinin analizi, enerji sektöründe mevcut varlıkların performansının ve yaşam döngülerinin optimize edilmesi, otomotiv sektöründe dijital araç modellerinin oluşturulması, sağlık sektöründe ise organların modellenmesi gibi uygulama alanları bulunur. Dijital ikiz kullanım alanları şöyle özetlenebilir:
- – Simülatör Uygulamaları ve Eğitim: Daha az kaynak kullanarak personele daha pratik yöntemlerle, kalite seviyesi yüksek ve riski az eğitimlerle deneyim kazandırır.
- – Ürün Tasarımı, Ürün İyileştirme ve Geliştirme: Ürünün tasarım aşamasında, duyarlılık ve performans gibi özellikleri ile kalite kontrol süreçlerinde dayanıklılık testleri yapar.
- – Müşteri Deneyimi: Firmaların potansiyel sorunlarını engelleyerek kullanıcıya eksiksiz hizmet ve hatasız ürün ulaştırır.
- – Üretim Süreci: Üretimle ilgili süreçlerin en uygun şartlarda yapılması ve bakım/onarım gereksinimlerindeki sorunları öngörmek amaçlı uygulamalar sunar.
- – Bakım ve Onarım: İşletim, bakım ve onarımlarla ilgili süreçlerin enerji verimliliğini artırmak ve bakım/onarım maliyetlerini azaltmak amacıyla en uygun çözümlerin getirilmesini sağlar.
Dijital İkiz Teknolojisi Nasıl Çalışır?
Dijitalde ikiz oluşturma teknolojisi üç temel unsur kapsamında çalışır; geçmiş, mevcut ve gelecek veriler. Fiziksel nesnenin özellikleriyle ilgili gerçek zamanlı bilgi sağlamak üzere yapay zekâ ve makine öğrenimi algoritmalarını kullanarak veri analizi yapar. Bu veriler ise nesnelerin interneti sistemindeki cihazlar ve sensörlerin entegre çalışmasıyla elde edilir. Algoritmalar kullanılarak veriler analiz edilir ve gerçek zamanlı olarak fiziksel nesnenin durumu hakkında bilgi sağlanır.
Nesnelerin İnterneti (IoT)
Nesnelerin interneti (internet of things (IoT)), akıllı cihazların koordineli çalışması amacıyla fiziksel nesnelerin kendi aralarında haberleşmesidir. Bulut ve cihazlar ile cihazların kendi arasındaki iletişim ağını oluşturan bir teknolojidir. Sensörler ve yazılımlarla, nesnelerin birbirleriyle iletişimde bulunması sonucu toplanan ve paylaşılan büyük verinin (big data) yönetilmesi gerekir. Dijital ikizler veriyi dijital dünyaya aktarmak için nesnelerin internetinin sensörlerinin gerçek dünya nesnelerinden taşıdığı bilgiyi kullanır.
Yapay Zekâ
Dijital sistemlerin insan zekâsına uygun sonuçlar elde etmek amacıyla belirli algoritmalar kullanarak problem çözme yeteneği kazanması yapay zekâ olarak özetlenebilir. Öğrenmeye, sorun bulmaya ve çözüm yolları geliştirmeye yönelik özellikleriyle insan zekasıyla bilişsel mantığı birleştirir. Makine öğrenimi, dijital sistemlerin çıkarıma ve düzene uyarlanmış algoritmalarını ve istatistiksel modellerini oluşturan bir yapay zekâ uygulamasıdır.
Dijital ikiz, büyük ve karmaşık sensör verilerini tanımlamak ve işlemek için makine öğrenimi algoritmalarından faydalanır. Yapay zekâ, makine öğrenimi ile birlikte; bakım/onarım işlemleri, etkinlik ve verimlilik ile performans optimizasyonu gibi konularda kullanılır.
Simülasyonlar ve Dijital İkizler Arasındaki Farklar
İki teknoloji de sanal model mantığıyla çalışan simülasyon teknolojileridir. Simülasyonlar tasarım ya da çevrimdışı optimizasyon uygulamalarında farklı ortamların/şartların denemesini yapar. Dijital ikiz ise fiziksel bir nesnenin dijital bir sureti olarak, gerçek zamanlı ve güncellenebilen karmaşık bir sanal uygulamadır. Uygulama alanı ve kullandığı ölçekler daha büyük ve komplikedir, ayrıca bir simülasyon uygulamasıyla başlayabilir.
Temel fark digital twin kavramında fiziksel nesnenin gerçek zamanlı güncellemelerinin yapılmasıdır. Cadem Digital, tasarımı yapılan ürünün gerçek dünyadaki özelliklerini ve davranışlarını ortaya çıkarmak için SIMULIA 3DEXPERIENCE R2018X ile gerçekçi simülasyon uygulamaları sunar. Örneğin bir geminin köprü üstü simülasyonu seyir eğitimi veren bir deneyim imkânı tanır. Farklı deniz şartlarında senaryolar oluştururken gerçek gemi ile bir bağlantısı yoktur. Oysa geminin dijital olarak oluşturulmuş ikizi deniz taşıtıyla bağlantılıdır. Gerçek gemiyle ilişkili olarak geminin donanımını, sistemlerini, cihazlarını, performansını ve bakım/onarım faaliyetlerini takip eder.
Dijital İkiz Teknolojisinin Geleceği
Endüstri dallarındaki dijitalleşme yaygınlaştıkça, yapay zekâ ve makine öğrenimi gibi alanlardaki teknolojik gelişmeler hızlandıkça, dijital ikiz uygulamaları daha karmaşık sorulara cevap vererek daha kolay ve doğru çözümler sunacaktır. İletişime dayalı 5G teknolojilerinin sektörlerdeki kullanımı, gerçek zamanlı verilerin toplanmasını kolaylaştıracak ve hızlandıracaktır. Analiz kabiliyetlerinin de artmasıyla, enerjinin verimli kullanılması ve sürdürülebilir teknolojik uygulamaları ilgili sistemlerinin faydalarını ortaya çıkaracaktır.
Önceki yazımıza https://cademdigital.com.tr/akilli-fabrika-nedir-bilesenleri-nelerdir/ linkinden ulaşabilirsiniz.