bluesyemre

Pandemiyle beraber hızlanan dijitalleşme trendinin belkide en çok konuşulan konularından birisi de “Dijital Twin” yani türkçesiyle “Dijital İkiz” kavramı. Endüstri 4.0 ve İnşaat 4.0 kavramlarıyla duymaya başladığımız ve Endüstri 5.0’ ın ise olmazsa olmazlarından olan bu teknolojinin birçok sektör ve iş kolunda büyük değişimlere neden olacağı artık tahminlerin çok daha ötesinde. Bu makalede “Dijital Twin” kavramının ortaya çıkışını, günümüz dünyasında kullanım alanları ve kullanım örnekleri, gelecekte de nasıl değişimlere neden olacağına dair bilgiler yer alıyor.

Dijital Twin Nedir?

İlk defa Dr. Michael Grieves’ in “Ürün Yaşam Döngüsü Yönetimi” kitabında karşımıza çıkan Dijital Twin (Dijital İkiz) kavramının NASA ve havacılık sistemleri üzerine yapılmış olan çalışmaların bir sonucu olarak hayatımıza girdiğini ve yakın gelecekte de gerek iş hayatımızda gerek günlük hayatımızda son derece önemli bir yere sahip olacağını tahmin etmek güç değil.

Uluslararası literatürde “Digital Twin” olarak adlandırılan, “Dijital İkiz” olarak türkçeleştirilen bu kavramı basit şekilde açıklamak istediğimizde fiziksel olarak gerçekte var olan bir nesnenin, cihazın ya da hizmetin dijital bir ortamda birebir aynısının bir kopyasının oluşturulması olarak düşünmek yanlış olmayacaktır. Aynı zamanda “Nesnelerin İnterneti” olarak adlandırılan Internet of Things (IoT) la alınan veriler sayesinde sensörlerle fiziksel ortamdan alınan anlık verileri dijital ikizlere aktarabiliyoruz.

Genellikle akıllı sensörlerle kayıt altına alınan bilgiler ve dijital ikizlere aktarılan verilerin işlenerek analiz edilebilme imkanı dijital ikiz teknolojisiyle mümkün.  Yapılan analizler sayesinde elde edilen bilgilerin kullanılmasıyla beraber istenildiği takdirde süreç sonunda erişilebilecek bilgiler de alınabilmekte ve alınan bu bilgiler sayesinde ilerleyen süreçte sorun olarak karşımıza çıkan tüm durumlar engellenebilmektedir. Elde edilen dijital ikizin çıkış bilgilerinin gerçek zamanlı olarak izlenebildiği ve anlık olarak verilerin alınabildiği bilinmektedir.

Dijital twin teknolojisine baktığımızda günümüzde, tüm gerçek zamanlı performans verileri, sensör verileri, muayene verileri, yapılan bakımların tarihçesi, konfigürasyon değişiklikleri, para değişimi ve garanti süreçlerinin tamamının izlenmesini sağlayabilecek kadar üst düzey bir alt yapıya sahip olduğunu görüyoruz.

Dijital İkiz Kavramının Ortaya Çıkışı

Digital Twin (Dijital İkiz) kavramının ortaya çıkışını araştırdığımızda NASA’ nın Apollo programıyla karşılaşmaktayız. Bu programda uzaya gönderilmesi planlanan uzay aracının içinde bulunacağı koşulların detaylı olarak incelenebilmesi amacıyla uzay aracının birebir aynısı üretilmiştir. Literatürü araştırdığımızda “Twin(İkiz)” adı verilen bu uzay aracı dünyada tutulurken, diğer aracın uzaya gönderilmiş ve ikizinin özellikle de uçuş öncesinde eğitim aracı olarak kullanıldığı görülüyor. Twin(İkiz) isimli uzay aracıyla başlayan bu denemeler daha sonra uçak sistemleri için kullanılmış ve bu uçaklara demir kuş adı verilmiş. Uçak sistemlerinin incelenmesi amacıyla kullanılmaya başlanan demir kuşların yerini sanal modellere bıraktığı görülmekte. Başlangıçta sadece uçakların bazı parçaları için uygulanan dijital modeller günümüzde mevcuttaki uçağın birebir dijital modelinin oluşturulması seviyesine kadar gelmiş ve oluşturulan bu dijital model de tam olarak dijital ikizi temsil ediyor.

Dijital Twin Teknolojisi Nasıl Çalışmaktadır?

Dijital Twin teknolojisinin hem 4. Sanayi Devrimi hem de 4. İnşaat Devrimi ve sonrasındaki gelişmeler için de büyük önem arz ettiğini biliyoruz. Dijital Twin teknolojisi sayesinde üretim hattı ve üretim sürecinin tüm yönleriyle ilgili olarak daha önce görülmemiş bir bilgi akışı sağlanabiliyor.

Bernard Marr’ ın 2017 yılında “Dijital İkizleri” ele aldığı makalesinde, dijital ikizlerle ilgili olarak gerçek ve dijital sistemleri arasında bulunan bir bağlantı olarak düşünmüş ortaya üç bileşen çıkarmış. İlk olarak gerçek dünyadaki bir sisteme ihtiyaç duymuşlar. İkincisi, bu sistemdeki veriler gerçek zamanlı eş olarak dijital ortama aktarılabilmekte, güncelleyebilecek ve uyarı verebilecek sensörlerin gerekliliği. Üçüncüsü ise, bu verilerin düzenli olarak aktarılacağı dijital bir ortamın gerekliliği. Akıllı bileşenlerden oluşan bu sensörler, gerçek bir sistemle bütünleştirilmiş halde bulunmakta. Bileşenler, sensörlerin izlediği tüm verileri alan ve dijital sisteme işleyen bulut tabanlı bir sisteme bağlı ve gerçek sistemlerden alınan bu veriler dijital sisteme düzenli olarak aktarılıp güncelleştirildiği takdirde ancak “Dijital İkiz” oluşturulabiliyor.

Bir dijital ikize veriler bakımından bakıldığında ise üç ana veri unsuruyla karşılaşıyoruz:

• Geçmiş Veriler: Makinelerin, genel işlemlerin ve belirli sistemlerin daha önceden alınan sistemlerin performans verilerine geçmiş veriler.
• Mevcut Veriler: Ekipmanlardan sensörler aracılığıyla gelen gerçek zamanlı veriler, üretim sistemlerinin verileri, dağıtım zinciri boyunca oluşan sistem verileri, müşteri hizmetleri, satın alma dahil olmak üzere diğer iş birimlerindeki sistem verileri.
• Gelecekteki Veriler: Makine öğrenmesinin yanı sıra ilgili sektörlerde çalışan mühendislerden gelecek için verilen öngürü verileri.

Dijital Twin Teknolojisi Hangi Sektörlerde Kullanılmaktadır?

Dijital Twin teknolojisi birçok insan tarafından henüz duyulmamış olsa da birçok sektörde bu teknolojinin kullanımı ve geliştirilmesiyle ilgili yoğun çalışmalar yapıldığı biliniyor. Mühendisliğin ve yönetimin en önemli gereksinimlerinden olan proaktif kavramının tam olarak karşılanması için bu “Dijital Twin” teknolojisinin önemini anlayabilmek zor olmuyor.

1. Akıllı Ev Yönetimi

Günümüzdeki konut sektöründeki yönelimle beraber eskiden beri alışılagelmiş evlerden ziyade akıllı ev tipi dediğimiz uzaktan kontrol ve izleme olanaklarının olduğu yüksek teknolojiye sahip evler dünyanın yeni trendi olmuş durumda.

Internet of Things (IoT) yani nesnelerin internetinin yaygın kullanımıyla beraber, günlük hayatta kullandığımız birçok varlığın uzaktan izlenmesi ve yönetilmesini artık sıradan şeyler olarak görüyoruz.

Akıllı ev dediğimiz konsepte genel olarak baktığımızda ise artık evlerimizde kamera, yangın algılama ve alarm sistemi, TV, güneş panelleri, su tesisatı, ısıtma ve soğutma sistemleri evde kullanılan elektrik enerjisine ait birçok veri anlık olarak izlenmesine imkan verir. Bahsi geçen bu izleme sistemlerinin gerek tamamı gerek ayrı ayrı gerekse de bina yönetim sistemine entegre edilerek yönetim ekibi tarafından izlenemebilmekte ve gerekli görüldüğünde cihaza müdahale edilebiliyor. Son teknolojik gelişmelerle beraber günlük hayatta evlerimizde kullanılan küçük ev aletlerinin de dahil olduğu aletlerin hemen hemen hepsi internet üzerinden kontrol edilebilir duruma gelmiş durumda. Ve kolaylığın sağlanması sürecinde de “Digital Twin”lerin avantajı sayılamayacak kadar büyük.

1. Ekipman (Cihaz) Takibi

Dijital ikizler düşünülenin aksine her bir ürün için tek bir model olarak üretilmesinden ziyade her ürün için özel olarak üretildiğini düşünmek daha doğru bir yaklaşım olacaktır. Özellikle elektromekanik sistemlerde ürünler dışarıdan aynı görünse de çalışma prosesinin genellikle farklılıklar gösterdiğini bilmekteyiz (Senkronizayon gibi…).

Dijital ikizlerin gerçeğine uygun şekilde modellenmesi ve daha önceden cihazın çalışma karakteristikleriyle ilgili verilen sisteme entegre edilmesiyle beraber fiziksel dünyanın sanal eşleşmesinin üretilebilmesi durumunda tüm veri akışları izlenebilmekte ve kontrol edilebilmektedir. Bir çok firma günümüzde bir çok ekipmanı dijital ikizleri sayesinde uzaktan izlediğini ve gerekli olması durumunda müdahale edebildiğini biliyoruz.

1. Uzaktan Kumandalı Robot Teknolojisi

Robotları bir ekipman ve cihaz olarak düşündüğümüz takdirde önceki bölümde anlatılan tüm durumların gerçekleşebileceğini düşünmek yanlış olmaz. Bunun yanında gelişen GPS ekipmanlar ve sensörler yardımıyla yıllardır konuşulan; “Kamyon konvoylama”, “Uzaktan destek”, “Uzaktan start-stop” ve “acil durumların uzaktan yönetimi” gibi kavramlar uzaktan kumandalı robot teknolojisinin ideal ve yaygın şekilde kullanımıyla beraber; yakın gelecekte günlük hayattaki bir çok işin robotlar tarafından yapılabileceğini düşünmek artık zor değil.

1. Akıllı Şehirlerin Yönetimi

Son yıllarda sıkça duymaya başladığımız kavramlardan birisi de akıllı şehirlerdir. Akıllı şehirler, nesnelerin interneti (IoT) üzerinden farklı türlerden verilerin toplandığı, bu veriler sayesinde kentsel alanlardaki trafik, ulaşım sistemleri, enerji santralleri, kamu hizmetleri, su şebekeleri, atık yönetimi, suç tespiti, bilgi sistemleri, okullar, kütüphaneler, hastaneler gibi toplum hizmetlerinin düzgün ve sorunsuz şekilde yönetilmesini sağlayan kentsel yerleşimleri temsil eder.

Günümüzde özellikle metropollerde yaşanan birçok sorunun çözümü akıllı şehir yönetimiyle mümkün olabilmekte. Akıllı şehir kavramının en önemli kavramlarından olan dijital ikizlerin önemi  ideal yönetiminin sağlanabilmesi için azımsanamayacak kadar yüksek seviyede. Örnek vermek gerekirse araç yoğunluğunun yaşandığı tüm yolların modellenmesi, araçların dijital twinlerinin modellenen yolda hareketlerinin sağlanmasıyla gerek güvenlik açısından gerekse de trafik sıkışıklığının önüne geçilmesi açısından çok büyük avantajlar sağlıyor.

Aynı zamanda günlük hayatımızda artık sıkça görmeye alıştığımız dronelar ve Boston Dynamics’ in üretmiş olduğu “Spot” robotunun birçok sektör ve alanda aktif şekilde kullanılmaya başlanabilmesiyle beraber anlık olarak bir çok veri daha önceden oluşturulmuş yazılımlar üzerinden kolayca izlenebilmekte. Robotlar, dronelar, sensörler ve kameralar üzerinden alınan hızlı ve anlık bilgiler sayesinde dijital ikizine sahip olunan bir şehrin altyapı sorunları da dahil olmak üzere bir çok sorun hızlı şekilde çözüme kavuşturulabiliyor.

1. Arama Motorları

Hemen hemen her gün aklımıza takılan birçok şeyi arattığımız arama motorlarında da ciddi bir dönüşüm bekleniyor. Yakın gelecekte dijital ikiz teknolojisinin arama motorlarında kullanılmaya başlanacağı da öngörüler arasında. Arama motorlarında karşımıza çıkan tek boyutlu görsellerin yerini dijital ikiz teknolojisinin yaygınlaşmasıyla beraber gerek üç boyutlu gerekse de diğer dört duyuya hitap edecek şekilde koku, tat, ses, dokunma duyularına yönelik çalışmaların yapıldığını son günlerde sıklıkla duymaya başladık.

1. Sağlık ve Fiziki Perofrmasın Takibi

Günümüzün trendlerinden olan giyilebilir teknolojilerin ana kullanım amaçlarından birisi de sağlıklı yaşam. Giyilebilir teknolojiler sayesinde kandaki oksijen oranı, nabız ve EKG gibi sağlık ölçümleri hızlı şekilde alınabiliyor.

Şu an için bir hayalmiş gibi görünse de insanların dijital ikizlerinin oluşturulması üzerine yoğun çalışmaların yapıldığını bilmekteyiz. Ekografi, radyografi, MRI gibi sağlık teknolojilerinden alınan verilerde vücudun dijital haritasının çıkarılması artık günümüzde mümkün olabilmekle beraber vücudun içerisine yerleştirilen sensörlerle birlikte çok sayıda analizin(kan akışı, nabız, şeker, kolestrol…) anlık olarak alınması da mümkün olabilmektedir. Son yıllardaki teknolojik gelişmeleri dikkate aldığımızda da yakın gelecekte insanların dijital ikizlerinin oluşturulması fikrinin artık bir hayalin çok ötesi noktaya geldiğini düşünmek yanlış değil.

1. Beyin/Akıl Performansının Takibi ve İyileştirilmesi

İnsan beyni yıllardan beri olduğu gibi hala karmaşıklığını ve anlaşılamazlığını sürdürmektedir. Ancak üzerinde yıllardır çalışmalar yapılan insan beynine ait algoritmaların oluşturulması ve bu algoritmaların kullanılarak insan gibi düşünmeyi sağlama yönündeki çalışmalar hızlanarak devam etmekte.

Modern sinirbiliminin babası ve Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülünün sahibi Santiago Ramon’ un beyin konusundaki “Beynimiz bir bilinmez olarak kaldığı sürece, evren, yani yapısal olarak beynin bir yansıması olan evren de bir bilinmez olarak kalmaya devam edecektir.”  söylemi birçok otorite tarafından kabul görmüştür. Ve bu görüşün hala güncelliğini sürdürdüğü bilinmesine rağmen bu söylemi çürütmek için çalışmaların yoğın şekilde devam ettiği bilinmekte.

Beynin gizemini çözmek üzere École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)’ nin 2005 yılından beridir üzerinde çalıştığı “Mavi Beyin(Blue Brain) Projesi” nde memeliler familyasındaki canlıların beyninin dijital bir modelini çıkarmayı hedeflemektedir. Model olarak alınan bir farenin beyninin küçük bir bölümünün yapısı, işleyişi üzerine bir modelin oluşturulması üzerine çalışmalar sürmekte ve bu çalışmanın insan beyni için yapılacak çalışmalara ilham olmaktadır.

1. İnşaat Sektöründe Dijital İkiz

İnşaat sektöründe de birçok sektörde olduğu gibi dijital ikiz kavramı üzerine çalışmaların yüksek ivmeli şekilde devam ettiğini bilmekteyiz. Bir yapıyı genel olarak düşündüğümüzde, yapının yaşam döngüsü boyunca tasarım, uygulama, kullanım, onarım ve nadiren de olsa yıkım gibi çeşitli evreleri bulunmakta. Bu evrelerin tamamında ya da kısmi olarak yapının dijital ikizinin oluşturulması konusunda bu süreçlerin yönetilmesi için sağlayacağı faydayı tahmin etmek süreç içinde yer alan birçok kişi için güç değil.

İnşaat sektöründe dijital ikiz oluşturmak için kullanılan metodolojiyi, Building Information Modeling (BIM) olarak adlandırılır. BIM modeli yapıya ait ne kadar fazla bilgiye sahipse o kadar fazla gerçeğe yakındır mantığıyla düşünmek  asla yanlış değildir. Ancak BIM modelini tam olarak “Dijital İkiz” olarak düşünmek bizi yanıltacaktır. BIM modeli sadece sanal dünyada var olurken, Dijital İkiz kavramını fiziksel dünyadaki oluşumla birlikte düşünülmesi daha doğru olur.

Dünya’ dan Dijital Twin Örnekleri

Dijital Twin üzerine farklı sektörlerdeki lider firmalarının ciddi ve yoğun Ar-Ge çalışmaları yaptığını bilmekteyiz. Yapılan çalışmaların bir sonucunu olarak da geliştirilen tüm yeniliklerin bir dijital twin uygulaması olarak düşünülmesi de yanlış olmayacaktır.

Bu konudaki öncü firmalardan birisi de  otomotiv dünyasında gerek araç teknolojisi konusunda gerekse de araçların dijital özellikleri konusunda ciddi çalışmalar yapan Elon Musk’ ın sahibi olduğu Tesla Şirketi. Üretmiş olduğu elektrikli araçlarla dünyada çığır açan Tesla’nın ürettiği tüm araçların bir dijital ikizinin bulunduğunu bilmekteyiz. Tesla satışını yaptığı araçların dijital ikizleri sayesinde birçok konuda uzaktan destek sağladığını aynı zamanda da müşteri memnuniyetini artırıcı bir çok uygulamanın da bu sayede rahatlıkla kullanılabildiğini bildirebiliriz.

Bir araba fabrikası olan Maserati’nin Ghibli fabrikasındaki üretim bandın da dijital twine geçiş yapıldığını bilmekteyiz. Fabrikada bu üretim modeliyle beraber ürün geliştirme süresi yüzde 30 kısaldığını ve ürünlerin ortalama pazara çıkış süresi 30 aydan 16 aya düştü.

General Electric’ in de dijital twin üzerine ciddi yatırımlar yapmakta ve aldığı sonuçları da sürekli olarak paylaşıyor. GE’ nin bir yazılım platformu olan Predix üzerinden yapılan çalışmalar sonucunda ürettiği türbinlerin hepsinin birer dijital ikizini de ürettiğini bilmekteyiz aynı zamanda bu uygulamadaki tirbünün dönmesi, kanatların gelen rüzgara göre pozisyonlandırılması gibi bir çok farklı durum kolaylıkla simüle edilebildiği bir sisteme sahip.

2023 yılında hangardan çıkması beklenen TUSAŞ’ ın çalışmalarını yürüttüğü Milli Muharip Uçak projesinde de üretilecek uçağın dijital ikizinin oluşturulması yönündeki çalışmaların HAVELSAN tarafından PLM(Project Lifecycle Management) sistemi adı altında yürütüldüğünü bilmekteyiz. Bu sayede MMU’ nun hem üretimi, hem test hem de üretim sonrası süreçlerde kolaylık sağlanması amaçlanmaktadır.

Dijital Twin kavramının çıkış kaynağının NASA ve Havacılık alanı olduğu için bu sektörlerde yapılan çalışmalar diğer çalışmalara öncülük etmektedir. Özellikle NASA ve ABD Hava Kuvvetlerinin yapmış olduğu çalışmaların ana amacı uzay ve hava araçlarının dijital ikizlerini kullanarak, uçağın ömrünü gözlemlemek, daha önceden mümkün görülmeyen güvenlik seviyelerine getirmek, araçların anlık olarak sağlık yönetim sistemi, bakım geçmişi ve mevcut tüm tarihsel ve filo verilerini oluşturulan simülasyonla kontrol altında tutmak olduğunu bilmekteyiz.

Dijital Twin Teknolojisinin sağlayacağı yararlar nelerdir?

Dijital Twin kavramına genel olarak baktığımızda ilgili ürünün dünü, bugünü ve yarını hakkında en doğru bilgiyi verdiğini görüyoruz. Genel olarak bu durumun sağlayacağı avantajlara baktığımızda ise; maliyetlerin düştüğünü, verimin arttığını, proaktif yaklaşımın sağlanması konularında ciddi avantajlara sahip olduğunu belirtebiliriz.

Yenilikçi Ürün Tasarımı: Dijital ikiz sayesinde yenilikçi ürün tasarımı hızlanmakta ve sanal modelin kolaylıkla test edilmesi büyük bir avantaj olarak karşımıza çıkmaktadır. sağlamakta aynı zamanda optimizasyonu da sağlamakta.

Ürün Takibi: Dijital ikiz sayesinde ürünü tüm yaşam döngüsü boyunca takip edilebiliyor. Sistemde yer alan IoT sensörleri sayesinde de anlık olarak veri transferi, veri analizi ve geri bildirim konusunda çok avantajlı.

Kestirimci Bakım: Sadece ürün üretim sürecinde değil aynı zamanda ürün yaşam süreci boyunca da kestirimci bakım çalışmaları konusunda da büyük avantaj sağladığı biliniyor. Ürünün ne zaman servise ihtiyacı olduğunun tahmin edilmesiyle beraber kontrol verilerinin anlık olarak bulut depolamaya aktarılması, herhangi bir düzensizliğin hızlı ve kolay şekilde tespiti mümkün kılmaktadır. Aynı kestirimci bakım mantığı dahilinde olan ve zamanda kullanım, aşınma ve yıpranmaya göre bakımın ne zaman gerekli olduğunu da belirleyebilirler. Bu, pahalı ve beklenmedik onarımlardan kaçınmaya yardımcı olur.

Ürün hakkında detaylı bilgi: Fiziksel ürün tarafından dijital ikizlere sağlanan bilgiler, üreticilere ürünleri hakkında daha fazla bilgi sağlıyor ve daha önce hiç olmadığı kadar fazla tahminde bulunmalarını mümkün kılıyor.

Dijital İkiz Teknolojisinin Deazavantajları

Dijital ikiz geliştirmenin ilk adımı 3D çizimlerin oluşturulmasıdır. 2D modelleriyle dijital ikiz oluşturmak mümkün değildir.

Dijital ikizlerin arkasındaki en büyük başarı dijitalleşme olacaktır. Dijitalleşmeyi benimsemesi gereken birçok endüstrinin dijital ikizi vardır. Başarılı bir uygulama için, küçük ölçekli tedarikçilerin çoğunun, dijitalleşmeyi benimseme konusunda bilinçlenmesi ve yardımcısı olması gerekir.

Dijital ikiz teorisinde ciddi bir veri ve veri trafiği bulunmaktadır. Bu verilerin gerek yönetilmesi gerek depolanması gerekse de işlenmesi bu konunun en önemli unsurlarından.

Sonuç olarak; dijital twin kavramının mevcutta var olan bir nesnenin dijital dünyaya taşınmış bir versiyonu olduğu düşünmek tam olarak doğru değil. Dijital dünyaya taşınmış nesneye gerekli veri girişleri yapıldığı takdirde dijital twin olarak nitelendirilebilir ve istenen simülasyon çalışmaları yapılabilir. Gerek ürünün üretiminden satışa kadar ki geçen süreci gerekse müşteri memnuniyeti gerekse de ürün yaşam döngüsünün sağladığı faydalar nedeniyle yakın gelecekte hayatımızın olmazsa olmazlarından olacağını günler çok uzakta değildir.

https://hbrturkiye.com/blog/dijital-twin-yolculugu-bizi-nereye-goturecek