Przemysław Kurylas

Cyfrowe bliźniaki należą dziś do najistotniejszych innowacji technologicznych w przemyśle. Ich rosnąca popularność wynika z możliwości przenoszenia fizycznych procesów i obiektów do środowiska cyfrowego, co pozwala analizować ich zachowanie w różnych warunkach pracy. Poprzez integrację danych z czujników, systemów automatyki i narzędzi analityki predykcyjnej, cyfrowy bliźniak dostarcza precyzyjnych informacji o funkcjonowaniu przedsiębiorstwa, umożliwiając jego ciągłą optymalizację. W efekcie technologia ta staje się wsparciem w obszarach efektywności energetycznej, zarządzania utrzymaniem ruchu oraz doskonalenia procesów produkcyjnych.

Czym jest cyfrowy bliźniak (Digital Twin) w automatyce?

Cyfrowy bliźniak (ang. digital twin) to dynamiczny, wirtualny model rzeczywistego obiektu, systemu bądź procesu, który wiernie odwzorowuje jego aktualne działanie. Model ten jest zasilany bieżącymi danymi pochodzącymi z czujników IoT, a także z systemów takich jak SCADA, ERP czy MES. Dzięki temu umożliwia śledzenie kluczowych parametrów – m.in. zużycia energii, temperatur, przepływów mediów, obciążeń czy stanu technicznego urządzeń.

W przeciwieństwie do klasycznych symulacji, cyfrowy bliźniak stanowi system „uczący się” w czasie rzeczywistym, który ewoluuje wraz z obiektem fizycznym. Dzięki integracji z narzędziami sztucznej inteligencji i zaawansowanej analizy danych, umożliwia przewidywanie awarii, testowanie różnych wariantów działania oraz podejmowanie decyzji opartych na rzeczywistych informacjach, a nie wyłącznie na założeniach projektowych.

– Z naszej perspektywy jednym z najważniejszych zastosowań cyfrowych bliźniaków jest analiza i optymalizacja zużycia energii. Model pozwala porównać dane rzeczywiste z wartościami referencyjnymi, identyfikować obszary nadmiernego poboru mocy i testować różne scenariusze pracy instalacji. Na tej podstawie można również planować i wdrażać działania poprawiające efektywność energetyczną, upewniając się, że proponowane zmiany nie wpłyną negatywnie na obszary, które na pierwszy rzut oka wydają się niepowiązane z modernizowaną instalacją. Takie cyfrowe modele świetnie radzą sobie w wykrywaniu nieoczywistych zależności – mówi Przemysław Kurylas, Dyrektor Operacyjny w DB Energy.

Obszary zastosowania technologii cyfrowych bliźniaków

Cyfrowe bliźniaki można stosować na wszystkich etapach funkcjonowania zakładu – od projektowania, przez eksploatację, aż po modernizację lub demontaż instalacji. W sektorach o wysokim zużyciu energii, takich jak przemysł chemiczny, hutniczy, papierniczy czy spożywczy, wdrożenie tej technologii przynosi szczególnie wymierne rezultaty.

1. Projektowanie i wirtualny rozruch instalacji

Na etapie projektowym cyfrowy bliźniak pozwala przeprowadzić wirtualne testy konfiguracji i koncepcji urządzeń. Inżynierowie mogą analizować przepływy mediów, bilanse cieplne czy prognozowane zużycie energii, zanim powstanie fizyczna instalacja. Takie podejście znacząco redukuje ryzyko błędów projektowych oraz skraca czas uruchomienia obiektu.

2. Monitorowanie i diagnostyka maszyn

W fazie eksploatacji cyfrowy bliźniak zbiera dane z sensorów i analizuje ich odchylenia od normy. Dzięki temu możliwe jest wczesne wykrywanie nieprawidłowości, diagnozowanie przyczyn spadku wydajności oraz prognozowanie awarii. Umożliwia to planowanie przeglądów i prac serwisowych w sposób, który ogranicza przestoje produkcyjne i straty finansowe.

3. Optymalizacja procesów produkcyjnych

Cyfrowe bliźniaki pozwalają symulować zmiany w parametrach procesu – takie jak temperatura, skład surowców czy tryb pracy urządzeń – i oceniać ich wpływ na efektywność. Dzięki temu kierownictwo zakładu może podejmować decyzje w oparciu o wiarygodne dane, eliminując ryzyko działań nieprzynoszących oczekiwanych efektów.

Kluczowe korzyści z wdrożenia cyfrowego bliźniaka

Zastosowanie cyfrowego bliźniaka przynosi przedsiębiorstwom szereg wymiernych korzyści – od poprawy efektywności operacyjnej po wsparcie w strategicznym planowaniu inwestycji. Do najważniejszych należą:

• Zwiększenie efektywności energetycznej – dokładna analiza danych z urządzeń pozwala lepiej zarządzać zużyciem energii elektrycznej i innych mediów. System wskazuje miejsca podwyższonych strat energii i podpowiada, jak je zminimalizować.
• Redukcja kosztów eksploatacyjnych – dzięki predykcyjnemu utrzymaniu ruchu (predictive maintenance) można uniknąć kosztownych awarii i przestojów produkcji oraz profilaktycznej wymiany maszyn na nowe, bazując jedynie na ich czasie pracy.
• Wyższa jakość danych i transparentność procesów – cyfrowy bliźniak gromadzi dane z różnych systemów, tworząc jedno źródło informacji o stanie zakładu.
• Bezpieczne testowanie zmian – wirtualne środowisko umożliwia symulowanie skutków różnych scenariuszy bez ryzyka zakłócenia pracy rzeczywistych instalacji.
• Wsparcie dla decyzji inwestycyjnych – analizy oparte na modelu cyfrowym pomagają ocenić opłacalność planowanych modernizacji i inwestycji w nowe technologie.

Cyfrowe bliźniaki a efektywność i gospodarka energetyczna

Integracja cyfrowych bliźniaków z systemami EMS i automatyką budynkową pozwala na dogłębną analizę przepływów energii w obrębie przedsiębiorstwa. System umożliwia identyfikację nieefektywnych procesów, a także ocenę skutków wprowadzanych modernizacji – np. wymiany silników, montażu falowników czy wdrożenia kogeneracji.

Cyfrowe bliźniaki pozwalają tworzyć tzw. mapy energetyczne zakładu, które wizualizują przepływy energii między źródłami energii a liniami technologicznymi. Dzięki temu łatwiej jest określić, które procesy generują największe straty, a które można zoptymalizować poprzez zmianę harmonogramu pracy urządzeń lub lepsze wykorzystanie energii odpadowej. Co istotne, cyfrowy bliźniak może być połączony z algorytmami sztucznej inteligencji, które zarekomendują optymalne ustawienia pracy urządzeń.

Integracja z systemami automatyki przemysłowej (PLC, SCADA)

Skuteczne działanie cyfrowego bliźniaka wymaga jego pełnej integracji z infrastrukturą informatyczną przedsiębiorstwa – od poziomu czujników i sterowników PLC po systemy MES, ERP czy SCADA. Dzięki temu możliwe jest wierne odwzorowanie rzeczywistych procesów, generowanie raportów i analiz wspierających codzienne decyzje operacyjne. Menedżerowie mogą monitorować bieżące wskaźniki zużycia energii, efektywność poszczególnych urządzeń oraz wyniki produkcyjne, reagując natychmiast na wszelkie odchylenia.

Cyfrowe bliźniaki jako fundament Przemysłu 4.0

Technologia cyfrowych bliźniaków stanowi fundament transformacji w kierunku Przemysłu 4.0, który opiera się na synergii automatyzacji, cyfryzacji i analityki danych. W połączeniu z Internetem Rzeczy (IoT), sztuczną inteligencją oraz chmurą obliczeniową umożliwia przejście z modelu reaktywnego na proaktywny – oparty na predykcji i analizie w czasie rzeczywistym.

Dzięki wykorzystaniu uczenia maszynowego, cyfrowe bliźniaki potrafią prognozować wpływ zmian parametrów pracy na zużycie energii i wydajność linii produkcyjnych. AI analizuje dane historyczne i wskazuje optymalne ustawienia, minimalizując jednocześnie koszty operacyjne i emisję dwutlenku węgla.

Podsumowanie – przyszłość cyfryzacji przemysłu

Cyfrowe bliźniaki wprowadzają nową jakość w zarządzaniu przedsiębiorstwami przemysłowymi – pozwalają przewidywać zdarzenia zamiast jedynie na nie reagować. Dzięki precyzyjnemu odwzorowaniu rzeczywistych procesów i stałemu dostępowi do danych, decyzje podejmowane są w oparciu o wiedzę, a nie intuicję. W efekcie cyfrowy bliźniak staje się nie tylko narzędziem inżynierskim, lecz także strategicznym elementem rozwoju organizacji, integrującym obszary produkcji, utrzymania ruchu i zarządzania energią w jeden spójny ekosystem.

Wraz z dalszą cyfryzacją przemysłu rola cyfrowych bliźniaków będzie systematycznie rosła. W niedalekiej przyszłości mogą one stać się podstawą autonomicznych zakładów produkcyjnych, w których systemy samodzielnie analizują dane, podejmują decyzje i optymalizują procesy w czasie rzeczywistym.

Przemysław Kurylas
DB Energy