Co je to IIoT, Digital Twin a Industrial Metaverse?

Svět průmyslu a technologií je zatížen mnoha novými pojmy a názvy, tak jako je Internet věcí IIoT, Digital Twin, Industrial Metaverse. Jistě jste už mnohokrát slyšeli nebo četli o “průmyslové revoluci” Průmysl 4.0. Průmysl 4.0 je téma na samostatný článek, nicméně v rámci projektů pod hlavičkou Průmysl 4.0 vzniká mnoho nových nápadů, konceptů a technologií. Mnoho průmyslových technologií vychází také z jejich mateřských IT technologií v běžném světě.

Průmyslový internet věcí (IIoT – Industrial Internet of Things)

Prvním příkladem takové technologie je Internet věcí (IoT), který pomocí Internetu (sítě) propojuje jednotlivé Věci (spotřebiče, “smart” technologie, zabezpečení atd.). průmyslový internet věcí (IIoT) funguje na stejném principu. Pomocí Internetu (průmyslové sítě na bázi průmyslových komunikačních protokolů) propojuje Věci (tj. výrobní linky a jejich stanoviště, továrny, elektrárny, roboty, systémy a jejich podsystémy, aj.). Různé firmy nabízí různá řešení, již od samotné techniky, HW / SW řešení jednotlivých dílů této technologie. Dnes už firmy nabízí komplexní IIoT jako službu i v tzv. cloudu.

IIoT služby se stejně jako jeho klasické verze v IT světě zaměřují jak na funkčnost, tak i bezpečnost a zabezpečení celého systému propojených prvků. Veškeré funkční a kvalitativní požadavky (tzv. ne-funkční – non-functional, tj. například kvalitativní cíle, dostupnost, spolehlivost, udržovatelnost, bezpečnost, zabezpečení) je nutné implementovat samostatně do jednotlivých objektů (Věcí) tak, aby byly objekty schopné vykonávat svojí funkci samostatně. Zároveň je však principem prvky propojovat, aby komplexnější propojený systém přinášel nové a nadřazené funkce anebo zvýšil celkovou efektivitu. To znamená, že se musí veškeré prvky v systému identifikovat musí být schopné vzájemné komunikace. Způsoby zabezpečení a vlastní bezpečnosti takových komplexních systémů je samostatnou a velmi rozsáhlou oblastí.

Digitální dvojče nebo-li anglicky Digital Twin

Digitální dvojče, nebo-li Digital Twin je digitálním obrazem (reprezentací) různých Věcí, tj. objektů, produktů, systémů a technologií, které mohou být například součástí nějaké IIoT. Jde tedy o digitální obraz reálného fyzického prvku. Můžeme si pod tím představit například model ve fázi návrhu produktu, který můžeme postupně v rámci životního cyklu produktu či jakéhokoliv systému rozšiřovat. Modely a přístupy k modelování je také samostatnou oblastí různých oborů. Digital Twin ovšem není pouze o modelu objektu, jde zde také o jejich propojování a hledání vazeb, jejich synergií a konfliktů.

Reálný objekt je s tím virtuálním propojen a jednotlivé fyzické parametry aktualizovány v jeho digitálním dvojčeti v čase. V digitální rovině lze se systémem experimentovat, ověřovat, provádět simulace a také aplikovat umělou inteligenci ke zkoumání různých jevů, funkcionalit a kvalitativních vlastností. Tato technologie se tedy náramně uplatní v celém životním procesu komplexních systémů, od jejich návrhu a ověřování nadřazených funkcí přes provoz, změny, až po odstavení či nahrazením jiným systémem.

Technologie implementují podobně jako v předchozím případě techniky identifikace objektů v reálném systému rozšířené o jejich digitální podobu v paralelním prostředí.

Virtuální 3D prostor aneb Industrial Metaverse

Pod pojmem Metaverse si můžeme představit virtuální 3D svět či virtuální realitu. Do digitálního světa se můžeme připojit pomocí klasického PC, nebo i chytrého mobilního telefonu. Pro reálný 3D efekt a dokonalý pocit virtuálního 3D prostředí máme už v současnosti dostupné 3D brýle, popřípadě jiné přípravky pomocí kterých podobné 3D brýle vytvoříte, i třeba z klasického chytrého telefonu. Google Play už léta ve své nabídce poskytuje aplikace podporující virtuální realitu (VR) s použitím zmíněných brýlí a VR funkcí mobilu. Virtuální 3D prostor si může každý zdarma vyzkoušet například na Decentraland, nebo VRChat a podobně.

Průmysl v této oblasti nezaspal a snaží se získané znalosti uplatnit i svoje aplikace. Cílem je vybudovat virtuální prostředí s implementací již vytvořených digitálních objektů. Vize projektů průmyslového virtuálního 3D prostoru jsou obrovské. Představte si projekt velkého technologického celku, chemičky, elektrárny, výrobní linky a jiné velké komplexní produkty. Při řešení technických problémů, ale i při obchodních a manažerských jednání, má každý přístup do virtuálního světa, kde dané fyzické řešení vidí ve své virtuální kopii. Jde o zobrazení digitálních dvojčat ve 3D virtuálním prostoru, tj. modely na které můžeme aplikovat zamýšlené změny, provádět na nich experimenty a aplikovat umělou inteligenci pro hledání požadovaných. Samozřejmostí je také hledání chybových funkcí a vlastností komplexních systémů. O tom budou více pojednávat příští články.

A jaká je a bude praxe?

Uvedené technologie mají, jak už bylo řečeno, vysoké cíle. Jako ve všem ale záleží na pojetí a lidské kreativitě. Přehnaná očekávání mohou skončit nepoužitelnými nákladným a neefektivním řešením. V horším případě při nesprávném pochopení principů modelování také k ignoraci základních fyzikálních vlastnosti reálného světa. To znamená také k nezabezpečeným stavům techniky a vazbami mezi systémy. Obory bezpečnosti se díky komplexitě a heuristické povahy umělých systémů budou muset soustředit na vyšší cíle a principy bezpečnosti, přizpůsobené této oblasti. Na druhou stranu lze stejné technologie a principy využít ve prospěch bezpečnosti.

V každém případě nové technologie tlačí průmysl dopředu, a i při mnoha slepých a nákladných cestách se najdou i šikovná a efektivní řešení. Pokud průmyslový virtuální prostor nabídne vhodné řešení pro více oborů v rámci životního cyklu systému, může se stát efektivním a velmi užitečným nástrojem, který povede k rozvoji a modernizaci průmyslu.

Současný trend ukazuje, že velké společnosti do těchto technologií investují ohromné prostředky. Ve světě IT jsou tradičními společnostmi Google, Nvidia, Meta (dříve Facebook), Unity, Qualcom (viz například These 8 Tech Giants Have Invested Big in The Metaverse (makeuseof.com)).

Ve světě průmyslu například korporace Siemens oznámila partnerství s Nvidia a zahájila akcelerační program Xcelerator pro podporu průmyslu tímto směrem.

Technologické trendy pro Vás budeme nadále v naší rubrice sledovat a informovat. Je zde mnoho prostoru k vysvětlení jednotlivých technologií jejich kvalitativních vlastností, a především jejich bezpečnosti a zabezpečení. Přesně tak, jak jsme si stanovili v naší vizi a misi.