Dijital İkiz

Dijital ikiz, bir ürünün, sürecin veya sistemin — ister faaliyetteki ister geliştirme aşamasındaki — dijital ortamda oluşturulmuş güncel bir modelidir. Kullanımdayken, varlığın mevcut durumunu yansıtır ve ilgili geçmiş verileri içerir; dijital ikizler, bir varlığın mevcut durumunu değerlendirmek ve daha da önemlisi, gelecekteki davranışları tahmin etmek, kontrol sistemlerini geliştirmek veya operasyonları optimize etmek için kullanılır. Geliştirme sürecinde ise dijital ikiz, inşa edilecek bir ürünün, sürecin veya sistemin modeli olarak görev yapar ve geliştirme, test etme ve doğrulama süreçlerini kolaylaştırır.

Dijital İkizler Neden Önemlidir?

Dijital ikizler, fiziksel muadillerinin dinamik davranışlarını simüle ederek kuruluşların ürün geliştirme, test ve doğrulama süreçlerini optimize etmelerine ve hızlandırmalarına olanak tanır. Operasyonların optimizasyonunu, arıza teşhisini ve kestirimci bakım uygulamalarını destekleyerek maliyet tasarrufu, artırılmış güvenilirlik ve daha iyi müşteri deneyimleri sağlarlar. Ayrıca, bir dijital ikiz ürün yaşam döngüsünün tamamında kullanıldığında, fikir aşamasından hizmetten çıkarılmaya kadar olan değer zincirini önemli ölçüde güçlendirerek sürekli geri bildirim ve iyileştirmeye dayalı verimli bir döngü oluşturur. Bu da inovasyonu teşvik eder, maliyetleri azaltır, kaliteyi artırır ve ürünlerin zaman içinde geçerliliğini ve değerini korumasını sağlar.

Ürün Tasarımını Kolaylaştırır:
Dijital ikizler, karmaşık sistemlerin gerçek zamanlı simülasyonlarını mümkün kılarak tasarımcıların sistemin farklı çalışma koşullarındaki davranışlarını gözlemlemesini sağlar. Bu sayede sistem tepkileri, enerji tüketimi ve operasyonel verimlilik optimize edilebilir. Ayrıca, bileşen ya da alt sistem tasarımlarını iyileştirmek ve hedef performans seviyelerine (örneğin hareket hassasiyeti, stabilite, tepki süresi) ulaşmak için kontrol stratejileri geliştirmek amacıyla da kullanılabilir.

Dijital ikizlerin oluşturduğu fiziksel ürün ve sistemlerin sanal kopyaları, tasarım konseptlerini test etmek, performansı değerlendirmek ve potansiyel sorunları daha tasarım sürecinin başında tespit etmek için kullanılabilir. Bu yaklaşım, fiziksel prototiplere olan ihtiyacı azaltır ve tasarım döngüsünü kısaltır.

Sanal Devreye Alma:
Dijital ikizler, sistemlerin sanal bir ortamda kapsamlı şekilde test edilmesi, doğrulanması ve optimize edilmesini sağlayarak sanal devreye alma süreçlerinde kritik bir rol oynar. Bu yaklaşım, riskleri ve maliyetleri azaltırken fiziksel uygulamaya geçişin daha sorunsuz olmasını sağlar.

Sanal Algılama (Virtual Sensing):
Dijital ikizler sayesinde şirketler fiziksel sensörlere olan bağımlılığı azaltabilir, kestirimci yetenekler geliştirebilir, sensör yerleşimlerini optimize edebilir ve sistem izleme ile performansını iyileştirebilir. Bu da hem maliyet tasarrufu sağlar hem de verimliliği artırır.

Operasyon ve Bakım

Operasyonların Optimizasyonu:

Dijital ikizler, fiziksel varlıkların gerçek zamanlı durumunu yansıtarak organizasyonların yalnızca izleme yapmasını değil, aynı zamanda operasyonlarını dinamik olarak optimize etmesini sağlar. Bu optimizasyon; sistem performansının artırılmasından enerji verimliliğine ve kaynak tahsisine kadar birçok unsuru kapsar. Dijital ikizler sayesinde operatörler, farklı senaryoları çalıştırarak en uygun çalışma koşullarını belirleyebilir ya da bu ortamı operasyonel eğitimlerin bir parçası olarak kullanarak doğru tepkileri öğrenebilirler.

Kestirimci Bakım:

Dijital ikiz, tekil bileşenlerin veya tüm sistemin durum farkını izleyerek potansiyel arızaları gösterebilecek incelikli kalıpları ve anormallikleri saptar. Böylece bakım ya da parça değişim zamanlaması kesin olarak öngörülür. Bu öngörü sayesinde bakım faaliyetleri optimal aralıklarda planlanır, plansız duruşlar önlenir ve bakım kaynakları en etkin biçimde kullanılır.

Dijital İkiz, Model Tabanlı Tasarımı Genişletir

Model Tabanlı Tasarım, geliştirme süreci boyunca modellerin sistematik olarak kullanılmasını ifade eder ve karmaşık sistemlerin teslimatını iyileştirir. Model Tabanlı Tasarım, dijital ikiz uygulamaları için sağlam bir temel oluşturur. Model Tabanlı Tasarım ve dijital ikiz metodolojileri, ürün geliştirme aşamasında karşılıklı destekleyici bir ilişkiye sahiptir. Dijital ikizlerden yararlanan birçok senaryo, aynı zamanda Model Tabanlı Tasarım kullanım durumlarıdır.

Dijital ikizler ve Model Tabanlı Tasarımın birlikte kullanılması, özellikle orijinal ekipman üreticileri (OEM’ler) için oldukça faydalı olabilir. Model Tabanlı Tasarım öncelikle ürün geliştirme aşamasına odaklanırken, dijital ikizler OEM’lerin kapsamını genişleterek müşterilerinin operasyon ve bakım deneyimlerini destekleyen ve zenginleştiren dijital ürünler veya hizmetler sunulmasını sağlar. OEM’ler sadece fiziksel ürün tasarlamak ve üretmekle kalmaz, aynı zamanda bu ürünlerin yaşam döngüsü boyunca değerini artıran bir dizi dijital araç da sağlayabilirler. Dijital ikiz, fiziksel ürünü dijital karşılığıyla bağlayan bir köprü görevi görür ve gerçek zamanlı izleme, kestirimci bakım ve operasyon optimizasyonu imkanı sunar.

Dijital İkiz İş Akışı

Dijital ikiz kullanım senaryoları çeşitlilik gösterse de, bu projelerde başarıyı sağlamak için benimseyebileceğiniz ortak stratejiler vardır. Bu stratejiler, net hedefler belirleme, modelleri tasarlayıp doğrulama, etkili bir şekilde dağıtım yapma ve sürekli izleme ve güncellemelerle bakım sağlama gibi tutarlı bir çerçeve etrafında şekillenir.

Adım 1: Amaç ve Kapsamı Belirleyin

Başarılı bir dijital ikiz uygulamasının yolu, neyi başarmak istediğinize dair net bir vizyonla başlar. Kendinize şu soruyu sorun: Dijital ikizin amacı nedir? Ürün geliştirmeye yardımcı olmak mı? Ekipman arızalarını teşhis etmek mi? Operasyonları optimize etmek mi? Yoksa eğitim amaçlı simülasyonlar sunmak mı?

Ardından dijital ikizin kapsamını tanımlayın. Dijital ikiziniz tek bir bileşeni mi temsil edecek? Bir alt sistem olarak çalışan bileşenler topluluğunu mu? Yoksa tüm sistemi mi? Ayrıca, sadece tek bir işlevi mi yerine getirecek, yoksa çok amaçlı mı olacak? Bu ilk kararlar, projenizin karmaşıklığını ve yönünü belirleyecektir.

Adım 2: Tasarla ve Oluştur

Dijital ikizin oluşturulması, uzmanlığınıza, tercih ettiğiniz yöntemlere ve genellikle elinizde mevcut olanlara bağlı dikkatli bir yaklaşım gerektirir. Tamamen yeni bir ürün tasarımı söz konusuysa ve test veya kullanım verileri yoksa, birçok durumda işe fizik tabanlı modelleme ile başlamak gerekir. Bu yaklaşım, fizik yasalarına dayanarak dijital ikizin çerçevesini kurar. Eğer yeterli veri mevcut ise, makine öğrenmesi veya derin öğrenme gibi teknikleri kullanan veri odaklı veya yapay zekâ temelli yöntemler uygulanabilir. Ayrıca, mevcutta bulunan model veya verilerin yeniden kullanılarak geliştirme sürecinin hızlandırılıp hızlandırılamayacağını da göz önünde bulundurun; böylece tekerleği yeniden icat etmeden ilerleyebilirsiniz.

Adım 3: Test Et ve Doğrula

Dijital ikiz oluşturulduktan sonra, onu titiz test ve doğrulama süreçlerinden geçirin. Bu aşamanın amacı, dijital ikizin fiziksel karşılığını ne kadar doğru yansıttığını değerlendirmek ve bu sayede güven oluşturmaktır. Aynı zamanda, ikizin tahminlerinin ve simülasyonlarının doğruluğunu ölçmelisiniz. Bununla birlikte, dijital ikizin sunduğu içgörülere dayanarak karar vermenin risklerini de anlamak önemlidir. Dijital ikizin yalnızca gelişmiş bir model değil, gerçek dünyada güvenle kullanılabilecek bir araç olduğundan emin olun.

Adım 4: Dağıt ve İşlet

Doğrulanmış bir dijital ikiz ile artık onu dağıtmaya hazırsınız. Dağıtım stratejiniz, dijital ikizin kullanım amacına uygun olmalıdır. Bu, fiziksel varlıkla doğrudan bağlantılı yerinde bir çözüm, düşük gecikme süresi ve yakınlık avantajı için uç bilişim (edge computing) kullanımı ya da geniş hesaplama gücü ve ölçeklenebilirlik için bulut tabanlı bir yapı olabilir.

Adım 5: İzle ve Güncelle

Dijital ikizler “bir kez kur ve unut” türünden çözümler değildir. Onların fiziksel karşılıklarını doğru bir şekilde yansıtmaya devam etmesini sağlamak için sürekli izleme gerekir. Performans metrikleri belirleyerek ve dijital ikizi gerçek dünya verileriyle düzenli olarak doğrulayarak doğruluğunu ve güvenilirliğini koruyabilirsiniz. Ayrıca, zamanla dijital ikizin evrilmesi gerekecektir; belirli eşiklerin aşılması durumunda parametre ayarlamaları ya da tamamen yeniden modelleme mekanizmaları devreye girmelidir. Bu uyarlanabilirlik, dijital ikizin uzun ömürlü ve işlevsel olması açısından kritik öneme sahiptir.

Bu Konuyu Keşfetmeye Devam Edin

Dijital İkiz Parametre Ayarlamaları (8:37)

MATLAB ve Simulink ile Dijital İkizler

MATLAB ve Simulink, dijital ikizlerin oluşturulması, simülasyonu, doğrulanması ve uygulanması için kapsamlı bir platform sunar. Fizik tabanlı modelleme, ileri düzey veri analitiği ve yapay zekâ, ayrıca PLC’ler, gömülü sistemler, web ve bulut gibi kolay dağıtım seçeneklerinin birleşimi sayesinde, karmaşık fiziksel sistemlerin anlaşılmasını, işletilmesini ve bakımını iyileştiren dijital ikizler tasarlayabilirsiniz.

Simscape, mühendislerin Simulink ortamında fiziksel sistem modellerini hızla oluşturmalarını sağlar. Elektrik motorları, köprü doğrultucu devreleri, hidrolik aktüatörler ve ısıtma-soğutma sistemleri gibi yapılandırmalar, temel bileşenlerin şematik bağlantılarıyla modellenebilir. Simscape eklenti ürünleri ile daha karmaşık bileşenleri ve sistemleri modelleyip analiz edebilirsiniz.

Doğrulama (validation) ve geçerleme (verification), dijital ikizin fiziksel karşılığını doğru bir şekilde yansıtmasını ve beklenen şekilde çalışmasını sağlamak için kritik adımlardır. Yüksek bütünlükteki doğrulama iş akışını izleyerek, mühendisler simülasyon tabanlı testler ve statik analiz yöntemlerini kullanarak hataları tespit edebilir, kalite standartlarından ödün vermeden pazara sunma süresini kısaltabilirler. 

MATLAB ve Simulink ile sunulan dağıtım (deployment) seçenekleri oldukça esnektir; PLC’ler, endüstriyel kontrolörler, gömülü sistemler, web platformları ve bulut gibi ortamlarda uygulamaları destekler. Bu esneklik, dijital ikizin mevcut iş akışlarına ve altyapıya entegre edilmesini mümkün kılar; böylece gerçek zamanlı izleme, kestirimci bakım ve operasyonel optimizasyon farklı ortamlarda uygulanabilir hale gelir. Sonuç olarak, bir dijital ikizin gerçek değeri, uygulamaya alınmasıyla ortaya çıkar; bu da paydaşların içgörü ve öngörülerden yararlanarak bilinçli kararlar almasını ve operasyonel mükemmelliğe ulaşmasını sağlar.

Daha Fazlasını Keşfedin

• B&R, Servo Sürücü Performansını Artırmak için Sanal Sensör Teknolojisi Geliştiriyor (3:46) – Video
  
  
• Petrol ve Gaz Endüstrisi için Dijital İkiz Uygulamaları: Simulink ve Simscape ile Sondaj Kulesi Optimizasyonu (27:24) – Video
  
  
• Bir Elektrikli Araç Batarya Paketi için Bulut Tabanlı Dijital İkiz Oluşturma (22:01) – Video
  
  
• ESA’nın Kontrol Laboratuvarındaki Aktif Dijital İkizler: Karmaşık Uzay Aracı Kontrol Çözümleri için Sağlayıcılar (29:01) – Video
  
  
• Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) için Dijital İkizler (22:33) – Video