DIGI2-hankkeen digitaalisia kaksosia käsitteleviä julkaisuja
Digitaaliseen kaksosen ja laajojen kielimallien määritelmät
Pehmeä lasku digitaalisten kaksosten maailmaan. Ota haltuun avaintermit hankkeen sivuilla. Samalla voit tutustua DIGI2-hankkeeseen ja siihen liittyviin uutisiin.
Katsaus digitaalisten kaksosten teknologiohin
Hankkeen julkaisemia tieteellisiä artikkeleita
Artikkeli ”Digital Twin Coffee Room Application – Kahvibotti” tutki digitaalisten kaksosten ja tekoälyn (AI) hyödyntämistä kotitalouslaitteiden energiatehokkuuden parantamiseksi, erityisesti ei-älykkäiden laitteiden osalta. Tutkimus esittelee IoT-ominaisuuksilla varustetun kotitalouslaitteen prototyypin, joka käyttää digitaalista kaksosta ja tekoälyä analysoimaan laitteen toimintaa ja käyttäjän käyttäytymistä. Tämän avulla pyritään vaikuttamaan käyttäjän päätöksiin ja edistämään energiatehokasta toimintaa.
Digitaalisista kaksosista julkaistuja tieteellisiä tutkimuksia
Tässä osiossa esitellään hankkeen ulkopuolisten tutkijoiden julkaisemia tieteellisiä artikkeleita, joita hyödynnettiin teknologiakatsausta luodessa.
Digitaalinen kaksonen – määritelmiä ja malleja
Artikkelissa ”Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems” Michael Grieves ja John Vickers käsittelevät digitaalisten kaksosten (Digital Twin) roolia monimutkaisten järjestelmien ennakoimattomien ja ei-toivottujen käyttäytymismallien hallinnassa.
Oheisessa kuvassa on artikkelin digitaalisen kaksosen toteutusmalli.Siinä kehitettävän digitaalisen kaksosen merkittävimmät ominaisuudet ovat helppo valmistus, suorituskyky ja ylläpidetttävyys.
Artikkelissa ”Dimensions of Digital Twin Applications – A Literature Review” tarkastellaan digitaalisten kaksosten (Digital Twin) sovelluksia eri toimialoilla. Tekoäly (AI) integroituu digitaalisiin kaksosiin analysoimalla kerättyä dataa, ennakoimalla mahdollisia ongelmia ja optimoimalla järjestelmien toimintaa.
Tutkimus analysoi 87 digitaalisen kaksosen sovellusta ja esittää kuusi ulottuvuutta niiden luokittelemiseksi. Ne on esitetty oheisessea taulukossa.
Digitaalisen kaksosen elinkaari
Artikkeli ”Digital Twin in the IoT Context: A Survey on Technical Features, Scenarios, and Architectural Models” käsittelee digitaalisten kaksosten (Digital Twin, DT) konseptia ja sen roolia IoT-ympäristössä. Digitaalisten kaksosten (DT) keskeisiä teemoja ovat tekoäly (AI), IoT-integraatio, monipuoliset sovelluskohteet ja järjestelmien arkkitehtuurit. Tekoäly analysoi sensoreista kerättyä dataa, ennustaa ongelmia ja optimoi järjestelmien toimintaa, mikä parantaa tehokkuutta ja auttaa ehkäisemään häiriöitä. IoT-sensorit puolestaan keräävät dataa fyysisistä objekteista ja välittävät sen digitaalisiin kaksosiin, mahdollistaen reaaliaikaisen tiedonvaihdon ja järjestelmien simuloinnin. DT-teknologiaa hyödynnetään laajasti esimerkiksi teollisuusprosesseissa, älykaupunkien hallinnassa, energiatehokkuuden parantamisessa ja terveydenhuollon seurannassa. Artikkeli kuvaa myös DT-järjestelmien arkkitehtuuria, mukaan lukien tiedonkeruun, analyysin ja synkronoinnin ratkaisuja pilvipalveluissa.
Kuvassa on esitetty artikkelin pohjalta digitaalisen kaksosen elinkaari. Elinkaaren eri vaiheisiin on liitetty niihin soveltuvat työkalukategoriat.
Artikkeli ”Digital Twin Perspective of Fourth Industrial and Healthcare Revolution” tarkastelee digitaalisten kaksosten (Digital Twin, DT) merkitystä neljännessä teollisessa ja terveydenhuollon vallankumouksessa. DT:t yhdistävät fyysisen ja digitaalisen maailman, mahdollistaen järjestelmien reaaliaikaisen seurannan, simuloinnin ja optimoinnin. Niiden kehitys perustuu teknologioihin, kuten IoT, tekoäly (AI), koneoppiminen (ML), reunalaskenta ja suuri data.
Taulukossa on esitetty artikkelin kirjoittajien valikoimien työkalujen soveltuvuutta digitaalisen kaksosen eri vaiheisiin. Digitaalisen kaksosen laajat sovellusmahdollisuudet eri aloille ilmenevät käyttäjien valikoitaville työkaluille kohdistuvissa vaatimuksissa.
Digitaalinen kaksonen (DT) on olennainen osa Teollisuus 4.0 -kehitystä, joka edistää teollisuuden digitalisaatiota parantamalla tehokkuutta, resurssienhallintaa ja tuotannon optimointia reaaliaikaisen datan avulla. Tekoälyn (AI) ja koneoppimisen (ML) avulla DT:t pystyvät ennakoimaan ongelmia, optimoimaan toimintoja ja tekemään päätöksiä analysoimalla suuria tietomääriä. Terveydenhuollossa DT-teknologia mahdollistaa potilaiden monitoroinnin, diagnostiikan ja hoitomenetelmien simuloinnin, mikä tukee myös personoitujen terveydenhuollon ratkaisujen kehittämistä. Sovelluskohteita löytyy erityisesti älykkäistä tehtaista, joissa DT:t tehostavat tuotannon automatisointia ja prosessien hallintaa, vähentävät seisokkiaikoja ja parantavat tuottavuutta. Terveydenhuollossa DT:t simuloivat ihmiskehon toimintaa, mikä edistää diagnostiikkaa, hoidon suunnittelua ja lääketieteellistä koulutusta.
Haasteina ja avainkysymyksinä DT-teknologian kehityksessä artikkelissa nostetaan esiin dataturvallisuus, synkronointi fyysisten ja digitaalisten mallien välillä sekä standardien puute.
Käsitteitä ja sovelluskohteita
Artikkelissa ”Digital Twin: A Survey on Enabling Technologies, Challenges, Trends and Future Prospects” käsitellään laajasti digitaalisten kaksosten merkitystä, erityisesti teollisuuden sovelluskohteissa ja teknologisissa mahdollistajissa. Digital Twin -teknologia tarjoaa kyvyn reaaliaikaisesti seurata, analysoida ja optimoida monimutkaisia järjestelmiä, mikä tuo merkittäviä etuja erityisesti valmistusteollisuudessa. Artikkelissa esitetään, että digitaalisten kaksosten ja tekoälyn yhdistelmä mahdollistaa muun muassa ennakoivan kunnossapidon, jossa järjestelmät tunnistavat potentiaaliset ongelmat ennen niiden ilmenemistä, sekä prosessien optimoinnin reaaliaikaisesti tuotantokustannusten ja seisokkien vähentämiseksi.
Teollisuudessa digitaalisten kaksosten käyttö on erityisen hyödyllistä älykkäiden tuotantolinjojen suunnittelussa ja hallinnassa. Ne mahdollistavat valmistusprosessien simuloinnin ja optimoinnin ilman fyysisten prototyyppien rakentamista, mikä vähentää kustannuksia ja nopeuttaa innovaatioiden käyttöönottoa. Artikkelissa korostetaan myös koneoppimisen roolia, erityisesti tuotannon laadunvalvonnassa ja prosessien parantamisessa kerätyn datan pohjalta. Tekoälyn avulla digitaaliset kaksoset voivat mukautua ympäristömuutoksiin ja tarjota tarkkaa analytiikkaa esimerkiksi tuotantolinjojen kapasiteetista tai tuotteiden elinkaaren hallinnasta. Tämä tekee teknologiasta keskeisen tekijän teollisuuden neljännen vallankumouksen (Industry 4.0) edistämisessä.
Artikkeli ”Digital Twins in Industrial IoT: A Survey of the State of the Art and of Relevant Standards” käsittelee digitaalisten kaksosten merkitystä teollisessa IoT:ssa (Industrial Internet of Things, I-IoT) sekä niiden roolia Industry 4.0:n periaatteiden edistämisessä. Digitaaliset kaksoset yhdistävät teollisuuslaitteiden operatiivisen teknologian (OT) ja tietoteknologian (IT), mahdollistavat reaaliaikaisen tiedonkeruun ja tarjoavat välineen analysointiin, optimointiin ja päätöksentekoon. Artikkelissa korostetaan digitaalisten kaksosten kykyä parantaa tuotannon tehokkuutta esimerkiksi ennakoivan kunnossapidon ja resurssien käytön optimoinnin avulla. IoT-sensoreiden tarjoama reaaliaikainen data on keskeisessä roolissa kaksosten toiminnassa, mutta vanhojen, niin sanottujen ”mykkien” koneiden integrointi on edelleen haaste.
Teollisuuden näkökulmasta digitaalisten kaksosten käyttö mahdollistaa vanhempien koneiden liittämisen moderniin IoT-ekosysteemiin esimerkiksi uusien rajapintateknologioiden ja avoimien standardien avulla. Tämä lisää laitteiden käyttöikää ja alentaa modernisoinnin kustannuksia. Artikkeli esittää myös, että skaalautuvuus, kyberturvallisuus ja yhteentoimivuus ovat avainasemassa digitaalisten kaksosten kehittämisessä ja käyttöönotossa. Näiden ominaisuuksien avulla voidaan varmistaa, että järjestelmät ovat paitsi tehokkaita myös turvallisia ja mukautuvia muuttuvissa teollisuusympäristöissä. Näin digitaaliset kaksoset toimivat teollisuuden neljännen vallankumouksen keskeisenä teknologisena mahdollistajana.
Case-esimerkit ja käyttötapaukset
Muita digitaaliseen kaksoseen liittyviä tietoja
Pelimaailma näkyy rakentamisessa – Käyttäjä pääsee kokemaan, miltä kohde näyttää täysin valmiina
Lehtiartikkeli, julkaistu Satakunnan Viikon paino- ja verkkojulkaisuissa 26.9.2024
”Digi2-hankkeen pilotti osoittaa, että digitaalinen kaksonen sopii hyvin uudisrakennusten ennakkomarkkinointiin. Tämä virtuaalinen kopio näyttää, millainen kohde on valmiina.”