CÔNG NGHỆ GIẢ LẬP KỸ THUẬT SỐ
Công nghệ giả lập kỹ thuật số là gì?
Một giả lập kỹ thuật số có thể là một bản sao kỹ thuật số của một vật thể trong thế giới vật chất, chẳng hạn như động cơ phản lực hoặc các trang trại gió, hoặc thậm chí các vật phẩm lớn hơn như các tòa nhà hoặc thậm chí toàn bộ thành phố.
Cũng như các tài sản vật lý, công nghệ giả lập kỹ thuật số có thể được sử dụng để tái tạo các quy trình nhằm thu thập dữ liệu để dự đoán chúng sẽ hoạt động như thế nào.
Về bản chất, một giả lập kỹ thuật số là một chương trình máy tính sử dụng dữ liệu thế giới thực để tạo ra các mô phỏng có thể dự đoán cách một sản phẩm hoặc quy trình sẽ hoạt động như thế nào trong đời thực. Các chương trình này có thể tích hợp IoT (Công nghiệp 4.0), trí tuệ nhân tạo và phân tích phần mềm để nâng cao kết quả đầu ra.
Với sự tiến bộ của máy học và các yếu tố như dữ liệu lớn, các mô hình ảo này đã trở thành một yếu tố quan trọng trong kỹ thuật hiện đại để thúc đẩy sự đổi mới và cải thiện hiệu suất.
Công nghệ giả lập hoạt động như thế nào?
Giả lập kỹ thuật số bắt đầu với các chuyên gia về toán học ứng dụng hoặc khoa học dữ liệu nghiên cứu vật lý sử dụng dữ liệu hoạt động của một đối tượng hoặc hệ thống vật lý để phát triển một mô hình toán học mô phỏng nguyên bản.
Các nhà phát triển tạo ra giả lập kỹ thuật số đảm bảo rằng mô hình máy tính ảo có thể nhận phản hồi từ các cảm biến thu thập dữ liệu từ phiên bản thế giới thực. Điều này cho phép phiên bản kỹ thuật số bắt chước và mô phỏng những gì đang xảy ra với phiên bản gốc trong thời gian thực, nhằm thu thập thông tin chi tiết về hiệu suất và mọi vấn đề tiềm ẩn.
Một cặp giả lập kỹ thuật số có thể phức tạp hoặc đơn giản, với lượng dữ liệu khác nhau xác định mức độ chính xác của mô hình mô phỏng phiên bản vật lý trong thế giới thực.
Giả lập có thể được sử dụng với một nguyên mẫu để đưa ra những xem xét về sản phẩm khi nó được phát triển hoặc thậm chí có thể hoạt động như một nguyên mẫu để mô hình hóa những gì có thể xảy ra với một phiên bản vật lý khi được chế tạo.
Giả lập kỹ thuật số giải quyết những thách thức gì?
Vì nó có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ ô tô đến chăm sóc sức khỏe và sản xuất điện, công nghệ giả lập đã được sử dụng để giải quyết một số lượng lớn các thách thức. Những thách thức này bao gồm kiểm tra độ bền mỏi và khả năng chống ăn mòn cho các tuabin gió ngoài khơi hay cải thiện hiệu suất trong các xe đua. Các ứng dụng khác đã bao gồm việc lập mô hình bệnh viện để xác định quy trình làm việc và bố trí nhân sự để tìm ra các cải tiến về thủ tục.
Một giả lập kỹ thuật số cho phép người dùng điều tra các giải pháp để mở rộng vòng đời sản phẩm, cải tiến quy trình và sản xuất cũng như phát triển sản phẩm và thử nghiệm nguyên mẫu.
Người phát minh ra công nghệ giả lập
Khái niệm về giả lập kỹ thuật số được đề cập đến lần đầu tiên trong cuốn sách "Mirror Worlds" (Tạm dịch: Thế giới gương) năm 1991 của David Gelernter, với Michael Grieves thuộc Viện Công nghệ Florida áp dụng khái niệm này vào sản xuất.
Đến năm 2002, Grieves chuyển đến Đại học Michigan khi ông chính thức giới thiệu khái niệm giả lập kỹ thuật số tại hội nghị của Hiệp hội Kỹ sư Sản xuất ở Troy, Michigan.
NASA là đơn vị đầu tiên chấp nhận khái niệm giả lập kỹ thuật số và trong một Báo cáo Lộ trình năm 2010, bởi John Vickers, của NASA đã đặt tên cho khái niệm này. Ý tưởng này được sử dụng để tạo ra các mô phỏng kỹ thuật số của các tàu vũ trụ không gian và chế tạo thử nghiệm.
Năm 2017, Gartner gọi nó là một trong 10 xu hướng công nghệ chiến lược hàng đầu. Kể từ đó, khái niệm này đã được sử dụng trong một loạt các ứng dụng và quy trình công nghiệp ngày càng phát triển.
Cách để tạo ra Công nghệ giả lập kỹ thuật số
Như đã đề cập ở trên, giả lập kỹ thuật số có thể được tạo ra cho một loạt các ứng dụng, chẳng hạn như để kiểm tra một nguyên mẫu hoặc thiết kế, đánh giá cách một sản phẩm hoặc quy trình sẽ hoạt động trong các điều kiện khác nhau, đồng thời xác định và giám sát vòng đời sản phẩm.
Một thiết kế giả lập kỹ thuật số được thực hiện bằng cách thu thập dữ liệu và tạo ra các mô hình tính toán để kiểm tra nó.
Dữ liệu
Một giả lập kỹ thuật số yêu cầu dữ liệu về một đối tượng hoặc quy trình để tạo ra một mô hình ảo có thể đại diện cho các hành vi hoặc trạng thái của vật phẩm hoặc quy trình trong thế giới thực. Dữ liệu này có thể liên quan đến vòng đời của sản phẩm và bao gồm thông số kỹ thuật thiết kế, quy trình sản xuất hoặc thông tin kỹ thuật. Nó cũng có thể bao gồm thông tin sản xuất bao gồm thiết bị, vật liệu, bộ phận, phương pháp và kiểm soát chất lượng. Dữ liệu cũng có thể liên quan đến hoạt động, chẳng hạn như phản hồi theo thời gian thực, phân tích lịch sử và hồ sơ bảo trì.
Mô hình hóa
Khi dữ liệu đã được thu thập, nó có thể được sử dụng để tạo ra các mô hình phân tích tính toán nhằm hiển thị các hiệu ứng vận hành, dự đoán các trạng thái và xác định hành vi. Các mô hình này có thể chỉ định các hành động dựa trên mô phỏng kỹ thuật, vật lý, hóa học, thống kê, học máy, trí tuệ nhân tạo, logic kinh doanh hoặc mục tiêu. Ngoài ra, chúng còn có thể được hiển thị thông qua các đại diện 3D và mô hình thực tế để hỗ trợ con người hiểu được gì sẽ xảy ra.
Liên kết
Những phát hiện từ giả lập kỹ thuật số có thể được liên kết để tạo ra một cái nhìn tổng quan, chẳng hạn như bằng cách lấy những phát hiện của giả lập thiết bị và đưa chúng vào một giả lập trong dây chuyền sản xuất, sau đó nó có thể đưa giả lập kỹ thuật số quy mô nhà máy. Bằng cách sử dụng các công nghệ giả lập được liên kết theo cách này, có thể tạo ra các ứng dụng công nghiệp thông minh để phát triển và cải tiến hoạt động trong thế giới thực.
Những ảnh hưởng đến ngành công nghiệp
Bằng cách mô phỏng các tài sản vật lý, quy trình và cách hoạt động để tạo ra dữ liệu liên tục, giả lập kỹ thuật số cho phép dự đoán thời gian ngừng hoạt động, phản ứng của hệ thống với những thay đổi, kiểm tra cải tiến thiết kế và hơn thế nữa.
Giả lập kỹ thuật số là chìa khóa cho sự phát triển của Công nghiệp 4.0 nhằm cung cấp quá trình tự động hóa, trao đổi dữ liệu và giảm thiểu rủi ro. Con người có thể giám sát hoạt động theo thời gian thực, cung cấp các cảnh báo trước về các lỗi có thể xảy ra và cho phép tối ưu hóa cũng như đánh giá hiệu suất theo thời gian thực nhằm tăng năng suất lao động.
Ứng dụng của Công nghệ giả lập kỹ thuật số
Giả lập kỹ thuật số được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp với nhiều ứng dụng và mục đích khác nhau. Một số ví dụ đáng chú ý bao gồm:
Sản xuất
Công nghệ giả lập kỹ thuật số làm cho sản xuất hiệu quả hơn và được sắp xếp hợp lý đồng thời tiết kiệm thời gian.
Ô tô
Giả lập kỹ thuật số được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô nhằm thu thập và phân tích dữ liệu hoạt động từ một chiếc xe để đánh giá trạng thái của nó trong thời gian thực và thông báo về các cải tiến sản phẩm.
Bán lẻ
Ngoài lĩnh vực sản xuất và công nghiệp, giả lập kỹ thuật số được sử dụng trong lĩnh vực bán lẻ khi mô hình hóa và nâng cao trải nghiệm của khách hàng, từ các trung tâm mua sắm cho đến các cửa hàng riêng lẻ.
Chăm sóc sức khỏe
Ngành y tế đã được hưởng lợi từ công nghệ giả lập trong các lĩnh vực như hiến tạng, đào tạo phẫu thuật và giảm thiểu rủi ro trong các thủ thuật. Các hệ thống cũng đã mô hình hóa dòng người trong các bệnh viện và theo dõi những nơi có thể có nguy cơ lây nhiễm và xác định những ai có thể gặp nguy hiểm khi tiếp xúc.
Quản lý thiên tai
Biến đổi khí hậu toàn cầu đã có tác động trên toàn thế giới trong những năm gần đây, nhưng với giả lập kỹ thuật số có thể giúp chống lại điều này bằng cách tạo ra các cơ sở hạ tầng thông minh hơn, kế hoạch ứng phó khẩn cấp và giám sát biến đổi khí hậu.
Giả lập kỹ thuật số cũng có thể được sử dụng để giúp các thành phố trở nên bền vững hơn về mặt kinh tế, môi trường và xã hội. Các mô hình ảo có thể hướng dẫn các quyết định quy hoạch và đưa ra giải pháp cho nhiều thách thức phức tạp mà các thành phố hiện đại phải đối mặt.
Lược dịch từ TWI Ltd