Dijital ikiz (digital twin), fiziksel bir nesneyi veya sistemi aslına sadık bir şekilde modelleyerek sanal bir temsil oluşturmaktır. Yani gerçek bir varlık veya sürecin sanal kopyasıdır. Gerçek olan, sanal olana sürekli bilgi gönderir. Gerçek bir gölge gibidir. İkiz kardeştir. Dijital ikiz sürekli olarak kardeşinden gerçek zamanlı olarak bilgi almaya çalışır. Sistem, muhakeme, makine öğrenimi ve simülasyon teknikleri kullanarak gerçek varlığın durumunu benzetmeye dayalı çalışır. Dijital ikiz, algılayıcılar (sensörler) vs. kanalıyla sürekli veri akışı ile gerçek zamanlı olarak güncellenir.

Dijital ikizler; denizcilik, imalat, otomotiv, enerji ve sağlık sektörleri de dahil olmak üzere çok çeşitli sektörlerde kaçınılmaz bir şekilde kullanılmaktadır. Denetim ve simülasyon, ürün veya sistem tasarımı, üretim tesisi süreçlerinin izlenmesi ve optimize edilmesi, nesnelerin veya sistemlerin gerçek zamanlı durumunun izlenmesi, çalışan eğitimi, yeni fikirlerin hızlı ilk örneklerinin yapılması, test edilmesi, inovasyonun teşvik edilmesi ve ürün geliştirme sürecinin hızlandırılması vs. amaçlar için kullanılmaya başlandı. İstanbul Teknik Üniversitesi’nde hayata geçirilen “Akıllı Kent/Kampüs” projesi, İTÜ’lüleri sürdürülebilir, akıllı teknolojilerle uyumlu ve güvenli bir kampüs hayatıyla buluşturuyor.

Dijital İkizler Nasıl Çalışıyor?

Bir varlığın dijital modelini sağlamak için çeşitli teknolojiler ve yaklaşımlar kullanılmaktadır. Fiziksel bir varlıktan elde edilen gerçek zamanlı veriler yardımıyla, ilgili mekanızmanın işleyişi, özellikleri ve davranışı sanal bir ortamda dijital olarak kopyalanır. Nesnelerin birbirleriyle ve bulutla iletişim kurmasını sağlayan birbirine bağlı cihazlar ve teknolojiler yani nesnelerin interneti (IoT) dijital ikizin önemli bir bileşenidir. Dijital ikiz teknolojisi, büyük hacimli duyarga verilerini işler ve makine öğrenimi algoritmalarını kullanarak bu verilerdeki kalıpları bulur. Makine öğrenimi ve yapay zekâ teknolojileri kullanılarak bakım, verimlilik, emisyon çıkışı ve başarım çeşitlilikleri sağlanır. Bilgiler, bir gösterge tablosuna veya yazılım platformuna geri beslenir.

Örneğin, bir geminin motoru; ses, sıcaklık, titreşim ve görüntü gibi verileri toplamak için algılayıcılarla donatılmıştır. İlgili algılayıcılar fiziksel nesnenin titreşim, sıcaklık ve ses gibi başarım nitelikleri hakkında bilgi toplar. Gerçek motor, daha önce değiştirilen parçalar, sensörler tarafından tespit edilen potansiyel sorunlar, geçmiş servis kayıtları vb. ile ilgili hayati başarım ölçümleri motorun dijital ikizi ile takip edilir.  Dijital kopya bu veriler kullanılarak gerçek zamanlı olarak güncellenir. Nesnenin dijital modeli, sistemi iyileştirmek ve geliştirmek için çeşitli simülasyonlara, performans izlemeye, potansiyel sorunların tespitine ve devam eden araştırmalara tabi tutulur. Esas fiziksel varlıkta yapılması zor, zahmetli ve külfetli işler sanal dijital kardeş üzerinde gerçekleştirilir, takip edilir ve böylece gerçek sistem daha uygun maliyetlerle iyileştirilir ve sistemin hataları daha marifetli bir yöntemle tespit edilmiş ve uygun maliyetli olarak revize edilmiş olur.

Denizcilik Sektöründe Dijital İkiz Uygulamaları

Denizcilik sektöründe dijital ikiz, gemiler, limanlar ve konteyner terminalleri gibi gerçek dünya varlıklarının dijital olarak canlandırılması ve ardından bu dijital kopyanın sanal bir ortamda modellenmesi süreci şeklindedir. Denizcilik konusundaki Dijital İkiz çalışmalarının yoğun ve kapsamlı bir şekilde yapılmakta olduğu önde gelen ülkeler; Kore, Norveç, Japonya, Çin ve İngiltere olarak sıralanabilir. Bu konuda ülkemizde de özellikle Deniz Savunma sistemleri alanında ilgili çalışmalar başlatılmıştır.

Dijital ikizler, varlıkların en iyi hale getirilmesi, inceleme, canlandırma ve gerçek zamanlı izleme dahil olmak üzere birçok farklı bağlamda kullanılmaktadır. Denizcilik sektöründe gemilerin, limanların veya denizcilik altyapısının dijital ikizlerinin yararlı olabileceği alanlar olarak görülüyor. Otonom gemi ve gemi alt sistemleri, ve gemilerin güvenlik, lojistik yönetimi ve enerji verimliliği gibi alanlarda dijital modeller yardımıyla daha güvenli ve verimli, daha sürdürülebilir gemi veya liman işletmeleri oluşabilir. Sektörün genel verimliliğini, güvenliğini ve sürdürülebilirliğini artıracak ve bazı avantajlar sağlayacak hususlar aşağıda sunulmuştur:

Gemi ve gemicilikle ilgili sistemlerin dijital ikizler aracılığıyla gerçek zamanlı izlenmesiyle gemilerin güvenliği, verimliliği ve bakımı kolaylaşabilir.

Gemilerde ve limanlarda bulunan tesislerin gerçek zamanlı izlenmesi, sistemin  yönetimini kolaylaşır. Bakım ve onarım süreçlerinin sorunsuz ve hızlı bir şekilde yapılmasını sağlar.

Gemi güvenliği ve risk yönetimi için canlandırmalar yapılarak olası tehlikeler önceden belirlenerek önleyici tedbirler alınabilir. Potansiyel tehlikeler erken tespit edilebilir ve risk yönetimi güçlendirilebilir.

Liman işletmeciliğinde yük boşaltma ve yükleme süreçlerinin iyileştirilmesine yardımcı olabilir.

Gemi rotalarının ve liman işletmeciliğinin lojistik ve tedarik zinciri yönetiminde verimlilik artar.

Denizcilik okullarında ve kurumların personellerinin eğitiminde gerçek zamanlı canlandırmalar, acil durum müdahale eğitimleri ve operasyonel beceri geliştirme gibi uygulamalarda maliyet ve güvenlik gibi kolaylıklar sağlar.

Dijital ikizler, sistemin eksiksiz bir dijital görünümünü sunabilir. Algılayıcılardan gelen veriler sorunlar veya arızalar meydana geldiği anda işaret verir. Cihazların tamamen bozulmasını beklemek yerine, sorun oluşma ihtimali yükseldiğinde çözüme geçilebilir.

Enerji tüketimi izlenebilir. Gemilerde ve limanlarda enerji verimliliği çevresel sürdürülebilirlik açısından önemli bir avantaj sağlar.

Gemilerin bakım ihtiyaçlarını tahmin ederek ve yedek parça yönetiminin iyileştirilmesinde ve bakım süreçlerinin yönetiminde kullanılabilir.

Uzaktan erişim sayesinde izleme, hızlı müdahale gibi yönetim süreçleri kolaylaşır. Daha az insanla tehlikeli endüstriyel ekipmanlar kontrol edilebilir.

Denizcilik alanında iş geliştime sahasında özellikle otonom gemilerin ve akıllı liman uygulamalarının geliştirilmesine imkan sağlar.

Tersanelerde depoların ve lojistik sistemlerin otomasyonu alanlarında geliştirmelere imkan tanır.

Endüstri 4.0 ile birlikte dijital ikizler yardımıyla gemilerde, limanlarda ve denizcilik işletmeciliğinde büyük miktarda verinin incelenmesiyle yöneticilerin daha isabetli karar almaları kolaylaşır. Dijital ikizler denizcilik sektöründeki rekabet avantajını artırabilir ve operasyonel mükemmelliği destekleyebilir. Özetle sürdürülebilir bir denizcilik endüstrisi oluşturabilir. Burada bu uygulamaya Kore Samsung firması tarafından geliştirilen ve 200 metre üstü gemilerde kullanılaya başlayan S-Vessel[1] uygulaması örnek verilebilir. Denizcilik sahası, bilişim, elektrik-elektronik teknoloji alanları ile birlikte yarınların dijital ikizlerini oluşturacaklardır.

Prof. Dr. Hüseyin Toros / İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Öğretim Üyesi ve İTÜ MTAL Müdürü