W przypadku każdej nowej technologii, słowa te mogą wprowadzać zamęt, ale Przemysł 4.0 i metaverse przemysłowy to terminy, które odnoszą się do różnych koncepcji. Podczas gdy metaverse przemysłowy to wciągające środowisko cyfrowe, które ma szeroki zasięg i rozwija się, Przemysł 4.0 jest terminem nadrzędnym, który opisuje nadchodzącą erę przemysłową lub „czwartą rewolucję przemysłową”. Tak więc metaverse przemysłowy jest cechą ery Przemysłu 4.0. Znajduje się ono obok powiązanych trendów Przemysłu 4.0, takich jak big data i analityka, sztuczna inteligencja, automatyzacja robotów, urządzenia Internetu rzeczy (IoT) oraz cyberbezpieczeństwo.
Metaverse przemysłowy nie jest nowością
Komputerowo wspomagane projektowanie (CAD) istnieje od lat 50. ubiegłego wieku, a wkrótce potem pojawiło się CAM (Computer-aided manufacture), czyli komputerowo wspomagana produkcja. W 1982 roku autor William Gibson stworzył „cyberprzestrzeń” jako ogólne określenie środowiska internetowego, w którym metaverse jest przewidywany jako następna generacja cyberprzestrzeni, którą mamy dzisiaj. Nie można więc powiedzieć, że ta technologia jest bez precedensu. Nowością jest jednak łączenie naszego cyfrowego i fizycznego świata. Na przykład, zamiast projektować produkt cyfrowo, a następnie przechodzić do fizycznego prototypu, informacje mogą obecnie przepływać w obie strony. Prototypy mogą być testowane wirtualnie za pomocą zestawów słuchawkowych VR lub okularów AR, natomiast obiekty fizyczne mogą być skanowane i manipulowane na ekranie komputera, przenosząc dane w czasie rzeczywistym ze środowiska fizycznego do wirtualnego.
Może zdarzyło Ci się już korzystać z innych elementów przemysłowego metaverse w swoim miejscu pracy, nawet nie zdając sobie z tego sprawy. Urządzenia IoT monitorujące warunki środowiskowe, samojezdne pojazdy, robotyka i symulacje 3D wykorzystujące dane ze świata rzeczywistego istnieją już od jakiegoś czasu. Jednak dopiero teraz zaczynamy odkrywać korzyści płynące z ich połączenia.
Cyfrowy bliźniak i jego potencjalne przypadki zastosowania
W sercu przemysłowego metaverse leży koncepcja cyfrowego bliźniaka. Cyfrowy bliźniak to wirtualny model, który odzwierciedla obiekt ze świata rzeczywistego i przechwytuje dane o zdarzeniach oraz inne dane wejściowe z tego obiektu. Wykorzystując moc tych danych za pomocą sztucznej inteligencji i innego oprogramowania, umożliwiamy szereg zastosowań związanych z planowaniem, reagowaniem w czasie rzeczywistym, konserwacją, optymalizacją, dynamicznym rozwojem produktu, poprawą jakości i innymi.
Dla przykładu, morska farma wiatrowa umieszcza na swoich turbinach czujniki, które przekazują do dyspozytorni aktualną prędkość wiatru, wysokość fali, wibracje i inne dane. Dane te są następnie wprowadzane do modelu 3D, który wyświetla zachowanie turbiny w czasie rzeczywistym. Poza uchwyceniem pełnego obrazu w jednym miejscu i ułatwieniem wizualizacji, cyfrowy bliźniak pozwala inżynierom przeprowadzać symulacje i odpowiadać na złożone pytania; na przykład, które elementy będą wymagały wymiany wcześniej niż planowano, jeśli częstotliwość sztormów wzrośnie w ciągu następnej dekady. Zamiast eksportować dane i wykonywać rozległe obliczenia ręczne, na pytania takie jak te można odpowiedzieć po prostu zmieniając zmienną i przeprowadzając symulację. Umożliwia to zastosowanie konserwacji zapobiegawczej w celu wydłużenia okresu eksploatacji i zwiększenia wydajności całego obiektu.
Poza udzielaniem odpowiedzi na pytania, cyfrowe bliźniaki mogą także dostarczać informacji, które ułatwiają podejmowanie proaktywnych działań. W naszym scenariuszu dotyczącym farmy wiatrowej, algorytm uczenia maszynowego mógłby przeanalizować dane dotyczące pogody i energii z poprzednich lat i z wielu obiektów w celu znalezienia nowych korelacji pomiędzy wzorcami pogodowymi, a zapotrzebowaniem na energię. Te spostrzeżenia mogą być automatycznie zastosowane do dostrojenia ustawień elektrowni w czasie rzeczywistym.
Cyfrowe bliźniaki jako narzędzie szkoleniowe: kolejny potencjalny przypadek użycia dla przemysłu
Scenariusze takie jak te powyżej mogą brzmieć jak argument za przekazaniem naszej autonomii i zdolności rozumowania maszynom. Jednak nie jest to celem. Chodzi raczej o to, by zlecić im żmudne lub powtarzalne zadania, co pozwoli nam skupić się na bardziej wymagających problemach, a także uniknąć ryzyka fizycznego. Jednym z potencjalnych zastosowań tego rozwiązania są szkolenia. Cyfrowe bliźniaki mogą być wykorzystywane do szkolenia pracowników w zakresie obsługi ciężkiej maszynerii. Boeing, na przykład, wykorzystuje cyfrowe bliźniaki swoich komponentów lotniczych do szkolenia pracowników linii montażowej. Oprócz możliwości popełniania błędów bez konsekwencji, pozwala to na skrócenie czasu przyjęcia do pracy i poprawę utrzymania pracowników. Potencjalni pracownicy mogą również łatwiej wyobrazić sobie i doświadczyć pracę, zanim zaakceptują ofertę. Cyfrowe bliźniaki mogą być również wykorzystywane do symulowania awarii sprzętu i wypadków: przewidywanie, którą drogę pracownicy zakładu wybiorą, aby uciec przed pożarem, może być znacznie łatwiejsze dzięki symulacji VR.
Bardziej efektywne projektowanie i prototypowanie: jak metaverse przemysłowy może zmienić globalną produkcję
Kiedy powstaje nowa fabryka, nierzadko zdarza się, że pracownicy korzystają z niej w sposób inny, niż zamierzony przez projektantów. Pracownicy mogą wybrać skrót pomiędzy dwoma maszynami zamiast podążać wyznaczoną ścieżką, ryzykując obrażenia i uszkodzenie sprzętu. Testowanie cyfrowego bliźniaka proponowanego układu z udziałem szerokiej grupy pracowników może pomóc w ograniczeniu tego ryzyka, a także w określeniu idealnego układu, który zminimalizuje konieczność chodzenia i ręcznego przenoszenia. Oprócz oczywistych korzyści dla bezpieczeństwa, może to przełożyć się na znaczny wzrost wydajności. Firma Siemens oszacowała, że używając prototypów cyfrowych bliźniaków była w stanie zwiększyć wydajność zakładu w Nanjing o 200%.
Na poziomie projektowania produktu, wirtualne prototypy mogą być testowane bez czasochłonnego i kosztownego drukowania 3D, a informacje zwrotne mogą być łatwiej zbierane od osób znajdujących się w różnych miejscach. Wszystko to prowadzi do zmniejszenia marginesu błędu w produkcji, skrócenia czasu realizacji i mniejszej liczby zwrotów od użytkowników końcowych.
Inne istotne przykłady zastosowania cyfrowych bliźniaków w projektowaniu to wykorzystanie VR przez Boeinga do testowania nowych układów siedzeń w samolotach i projektów schowków nad głowami oraz w cyfrowych bliźniaczych miastach firmy Ericsson, które zostały wykorzystane do podjęcia decyzji o lokalizacji ich wież 5G. Cyfrowe bliźniaki prawdziwych miast są również wykorzystywane przez producentów pojazdów autonomicznych do testowania swoich samochodów.
