Nov 12, 2022
Yolların Kesişimi: Dijital İkiz
“Hayal dünyası ile gerçek dünya arasındaki farkı nasıl bilebilirsin?” — Morpheus, The Matrix
Makineler, internet ağı ve veri…
Dijital teknolojilerle yollarımızın kesiştiği yerde beklentiler de zirvede ve bunun adı “dijital ikiz”.
Yapay zekâ (YZ) uygulamalarına daha bütüncül bir perspektiften bakabilmek için geçtiğimiz beş yıl içinde popülerliğini artırmakla kalmayıp farklı sektörlerde uygulama alanı bulan dijital ikiz (digital twin) teknolojisini mercek altına alalım.
Nedir?
Dijital ikiz, benzersiz bir veya bir grup fiziksel nesnenin, canlının, sürecin organizasyonun yapısını, bağlamını ve davranışını temsil eder. Yaşam dögüsü süresince fiziksel ikizinden gelen veriler ile dinamik olarak güncellenmesine, işlenmesine ve içgörüler çıkarmasına izin veren bir yazılım modelidir.
Kısaca “gerçek” dünyada olan her şeyin sanal bir temsilidir.*
Ne değildir?
Dijital ikiz bir simülasyon/benzetim değildir. Simülasyon yalnızca bir başlangıç noktasıdır. Bu başlangıç aşaması statiktir ve parametre güncellemeyi ihtiyaç kılar. Gerçek fiziksel koşullarla uyum sağlayabilmesi için bu güncellemeler şarttır.
Ancak dijital ikiz dış dünyadan bağımsız değildir. Dijital ikizi simülasyondan ayıran en önemli özelliği gerçek zamanlı ve sürekli bir dinamiğe sahip olmasıdır.
Ne zaman?
Dijital ikiz kavramı yaklaşık 20 yıllardır literatürde yer almış olmasına rağmen farklı itici teknolojilerin gelişmesi ile hayatlarımızda yer bulabilmiştir. Her şeyin interneti (Internet of Everything — IoE) teknolojisinin yaygınlaşmasıyla daha hızlı ve kaliteli veri toplayabilme becerisi kazanıldı. Bunun bir sonucu olarak dijital ikiz, son 5 yıldır daha çok karşımıza çıkıyor.
Neden şimdi?
Dijital ikiz; YZ, makine öğrenmesi, IoE, blokzincir, bulut bilişim, artırılmış gerçeklik (AR) ve haberleşme teknolojilerinin gelişimine ihtiyaç duyması sebebiyle 20 yıl önce bugün olduğu kadar popüler olmamıştır.
Buna ek olarak; teknoloji ekosistemi de artık daha olgun ve hazırdır. Sağlık dahil pek çok sektörde uyumlu, verimli, gerçek zamanlı, dinamik ve riski azaltmaya yönelik ekonomik etkisi yüksek bir yaklaşımdır. Günümüz dünyası bu kadar veri odaklıyken bu veriye yeni bir boyut kazandırarak tasarım, özelleştirme/kişiselleştirme, üretim ve operasyon aşamalarındaki fırsatı değerlendirmek isteyen bir ekosistem mevcuttur.
Nasıl çalışır?
Tanım ve tarif biraz bilim kurgu romanlarını anımsatsa da biraz temele inersek uygulamalı matematiğin bir parçasıdır. Gerçek dünyadaki varlığı ve bu varlığın bileşenlerini bütün olarak ve ayrı ayrı temsilini oluşturabilmek için önemli bir veri toplama süreci gerekir. Veri bir kez toplanmaz gerçek zamanlı ve sürekli olarak sanal ortama taşınır. Sanal ortamdaki temsil tıpkı gerçek dünyadaki gibi yaşamını sürdürürken gerçek dünyadaki süreçlere yönelik kestirimler yapabilir.
İşin heyecan verici yanı bu senaryo her şey için olabilir. Bir canlının bedeni, bir makinanın tasarımı, bir uçağın motorunun ömrü, bir şehrin operasyonları, bir devletin hizmetleri veya tedarik süreçleri için benzer senaryo işleyebilir.
Dijital ikiz geri bildirim alarak geliştirilen ve test edilen bir süreçtir. Bu yüzden geliştirme sürrecinde fiziksel sürümde neler olacağını görmek için bir prototiple birlikte çalışmayı gerektirir.
Türleri nelerdir?
Temelde dijital ikiz konsepti aynı olsa da gerçek dünyadaki karşılığına göre amacı ve kapsamı değişebilir. Bu bağlamda daha dardan geniş kapsama göre sıralarsak, dört tür dijital ikiz vardır.
- Bileşen ikizleri: Bir sistemin bir parçasını temsil eder. Örneğin; bir roket motorun dişlisi özel stres parametleri için tasarım gerektirir. Tasarımcılar ve mühendisler bu iş için dijital ikiz kullanabilirler.
- Varlık ikizleri: Fiziksel ürünün parçalarından biri değil ürünün kendisinin sanal temsili olarak düşünülebilir. Bileşen ikizdeki örnekte yer alan dişlinin bulunduğu roket motoru örnek olabilir. Bir başka örnek; bir rüzgar türbini, bu varlığın çalışmasının izlenebildiği bir ikizdir.
- Sistem ikizleri: Birlikte çalışan varlıkları/ürünleri temsil eder. Bileşenlerden ve varlıklardan oluşan bütün bir yapıdır. Örneğin; motorun bulunduğu roketin kendisi gibi ya da üretim yapan bir robot gibi düşünülebilir.
- Süreç ikizleri: Birlikte çalışan sistemlerin dijital olarak temsil edilmesidir. Örneğin; roketin üretilmesi için kullanılan üretim hattının modellenmesi bir süreç ikiziyle gerçekleştirilir.
Sektörleri dikey yelpazesindeki yöneticilerin %42'den fazlası dijital ikiz teknolojisinin faydalarını anlıyor ve %59'u 2028 yılına kadar operasyonlarına dahil etmeyi planlıyor. — BusinessWire
Dijital ikiz yaklaşımı, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, farklı seviyelerde veri entegrasyonu için temel oluşturur.
- Akıllı çözümler dikeyinde mimarinin ana bileşenlerine nasıl entegre olacağının çözülmesi;
- Sistemlerden oluşan bir sistem (system of systems) yaklaşımıyla farklı sistemlerin akıllı bir organizasyon içinde entegrasyonuna destek verilmesi;
- Organizasyonlar arasında güvenli veri paylaşımına olanak tanıyan Veri Alanı konsepti için organizasyonlara bağlı sistemlerin konuştuğu ve anladığı temel “ortak dilin” oluşturulması.
Bu üç düzeyde etkili bir veri entegrasyonunu desteklemek için veri türleri ve veri sağlayıcıları öğelerinin standartlaştırılması gerektiği ortaya çıkıyor.
Ne işimize yarar?
Dijital ikizin kullanım alanlarından bahsedildiğinde ilk sırada üretim gelecektir. Bunun en önemli sebebi uzun süredir sensörler yoluyla düzenli ve kaliteli verinin toplandığı ve süreçlerin belli prosedürlerle standardize edildiği ortamlar/fabrikalar olmasıdır. Tahmin edileceği gibi; gerekliliklerin çoğunu sağlamış olan sektörler dijital ikiz teknolojine daha hızlı adapte olacaktır. Günümüzde dijital ikizin önemli uygulamaları havacılıktan, sağlığa farklı ve dinamik ortamlarda görülebilmektedir.
- ÜRETİM
Üretim her zaman maliyeti düşürmeye ve süreçleri optimize etmeye ihtiyaç duyan bir sektördür. Ar-Ge sürecinden lojistiğe kadar pek çok aşamada performansı iyileşmek için dijital ikiz kullanılması mümkündür. Bir ürünün tasarlanmasından testine kadar hatta ürünü kişiselleştirme gibi tüm aşamalarında mühendislere ve tasarımcılara yardımcı olur. Üretime hazır ürünün mukavemetini ve yaşam süresini analiz etmek için de dijital ikizden faydalanılabilir.
Unilever, teknolojileri tek bir tesiste test etti ve enerji tüketimini azaltıp, üretkenlikte bir artış sağlayarak 2,8 milyon dolarlık tasarruf sağladı.
- OTOMOTİV VE HAVACILIK
Air Force yöneticilerinin %75'i dijital ikizlerin kullanımına güvendiklerini ifade etmiştir. — BusinessWire
Bu sektörde hataya yer yok. Bu yüzden en hassas hesaplama tekniklerini seçmek gerekir. Dijital ikizler, otomotiv endüstrisinde sanal makine modelleri oluşturmak için de kullanılıyor.
Örneğin, otomobil geliştirmek kil bir modelle başlar, ancak daha sonra otomotiv mühendisleri onu gerçek bir ürüne dönüştürmek için Siemens NX CAD’i kullanıyorlar. Bu ürün ile dijital ikiz ortamı sağlanmaktadır.
Otomobilin parçalarını geliştirmeye başlamadan önce sanal tasarım yapmaya olanak tanır. Bu aracın diğer tasarım araçlarından farkı; üretim aşamalarını ve otomobil yola çıktığında oluşabilecek sorunları modelleyip analiz etmeye de yaramasıdır. Dijital ikizler tabi ki otonom aaraç endüstrisinin de önemli bir test aracı haline gelmiştir.
- TEDARİK ZİNCİRİ ve PERAKNEDE
Tedarik zincirlerinde ve lojistik dijital ikiz teknolojisinin ikinci yaygın kullanım alanıdır. Ürün ambalajını sanallaştırarak ve süreci hatalara karşı kontrol ederek ambalaj malzemelerinin performansını tahmin edebilirler. Tedarik zincirinde yapılabilecek optimizasyonlarla karbon ayakizi minimize edilebilir.
Tedarik süreçlerinde işlemleri optimize etmek ve geçmiş verilere dayalı hataları tahmin etmek mümkündür. Bunun yanı sıra depo tasarımlarının optimize edilmesiyle envanter, lojistik ağı, yol koşulları gibi pek çok parametreyi aynı anda değerlendirerek verimlilik artırılabilir.
Bu bakış açısıyla DHL depo tasarımına yönelik bir dijital ikiz projesini hayata geçirmiştir.
Dijital ikiz teknolojisi perakendecilerin sermaye harcamalarını %10 en aza indirmelerine, fazla stokları %5 azaltmalarına ve FAVÖK’ü (Faiz, Vergiler, Amortisman ve Amortisman Öncesi Kazanç) %1–3 oranında iyileştirmelerine yardımcı olmaktadır. — Boston Consulting Group
Fransız süpermarket zinciri Intermarché, IoT teknolojisinden faydalanarak raflardan alınan verileri kullanarak mağazalarının dijital kopyalarını oluşturmuştur. Dijital ikizler, mağaza yöneticilerinin envanter yönetimine ve farklı mağaza stratejileirni geliştirmesine olanak tanıyor.
- AKILLI ŞEHİRLER
Akıllı şehirlerde dijital ikiz destekli çözümler 2027 yılına kadar 4,8 milyar dolara ulaşacak. — BusinessWire
Dijital ikiz ve YZ teknolojilerinin birlikte kullanılması güçlü ve sürdürülebilir akıllı şehirlerin tasarlanmasında önemli rol oynamaktadır. Bu vizyonla yeniden tasarlanan şehirlerde; enerji ihtiyaçlarının belirlenmesi, atık yönetimi, acil durum yönetimini, park ve şarj sorunları çözülemez olmaktan çıkar. Singapur ve Şangay, tam dijital ikizlere sahip olan iki önemli örnek olarak görülmektedir. Enerji tüketimi, trafik akışı ve şehir planlama konularında iyileştirmeler hayata geçmiştir. Akıllı şehirler, kirliliği azaltmak ve vatandaşların refahını artırmak için dijital ikiz Türkiye’de de çalışılan bir konudur.
- AKILLI BİNALAR ve İŞLETMELER
Dijital ikiz teknolojileri kullanılarak binalardaki enerji tüketiminin %30 ila %80 oranında azaltılabileceği tahmin ediliyor. — Accenture
Dijital ikizin günümüz amaçlarından biri de yeşil ve sürdürülebilir binaların ve buna bağlı işletmelerin tasarlanmasına yardımcı olmaktır. Altyapı kaynaklarının ve insan ihtiyaçlarının yaşam alanlarında daha etkin şekilde planlandığı önemli örnekler mevcuttur. Otellerdeki iş akışları ve misafir sirkülasyonlarının simüle edilmesi ve her misafire kişisel hizmetler sunulmasına olanak tanır.
- SAĞLIK HİZMETLERİ
Veriye dayalı her teknoloji sağlık sektöründe köklü dönüşümler gerçekleştiriyor. Sadece sağlık hizmeti süreçlerinde değil, biyomühendislik, ilaç keşifleri gibi sayısız alanda maliyet ve zaman kazancı sağlayarak insanlara ve çevreye fayda sağlamaktadır.
Dijital ikizler de kişiselleştirilmiş hasta bakımı ve genom koduna uygun ilaçlar/tedaviler geliştirmek için kullanılmaya başlanmıştır.
Çoğu verinin hassas ve kişisel olması dijital ikizde de tıpkı diğer yıkıcı teknolojilerde olduğu gibi etik tartışmaları ortaya çıkarmaktadır. Bu alanda da YZ alanında gördüğümüz gibi etik kodları takip etmek önemlidir.
Dijital İkiz ve Yapay zekâ
Dijital ikiz teknolojisi ile YZ’yi birlikte düşünmek hiç zor değil. Veri gibi bir materyal kusursuzca bir ikiz oluşturabiiliyorsa gerçek dünyada yaptığımız gibi öngörücü bakım, sınıflama, yeniden üretme gibi YZ ile yapılabilen her uygulama sanal uzayda da yapılabilirdir. Üstelik bu ortam YZ yöntemlerinin de gelişimine katkı sağlayacaktır.
Bunun için 2018 yılında Microsoft kullanıcıların IoT cihazlarından topladıkları çeşitli veriler ile dijital ikizler oluşturmasına ve bu modelleri YZ algoritmaları kullanarak analiz etmesine olanak tanıyan bir ürün olan Microsoft Azure Digital Twin’i piyasaya sürmüştür.
Bazı dijital ikiz ve YZ çözümü ürün ve uygulamalar (üstelik bazıları açık kaynak):
- General Electric Company (GE)
- IBM Digital Twin Exchange
- Oracle IoT Digital Twin Implementation
- Bosch — Eclipse Ditto
- Siemens — MinsSphere
YZ ve Dijital İkiz Projesi Geliştirmek için Nereden Başlamalı?
Peki bir dijital ikiz projesi başarılı şekilde geliştirmek istersek:
- Kapsamlı, çeşitli, sistematik ve kaliteli veri
- İyi düşünülmüş bir kullanım senaryosu ve hedefi
- Kabul edilebilir bir kural seti
- YZ’nin etik, insan ve çevre odaklı entegrasyonu
- Yeni teknolojilere yatkın insan kaynağı
- Teknoloji yatırımları
- Mevzuat ve ekosistemin hazır olma durumu
Bizi neler bekliyor?
2023'te, IoT’ye bağlı Orijinal Ekipman Üreticileri (OEM) için dijital ikizlerin yaklaşık %75'i beş farklı türde entegrasyon uç noktası kullanılması geklenmektedir. — Gartner
- Uç noktalarda toplanan veri büyük ölçüde artacaktır. Bu durum da bazı güvenlik protokollerinin güncellenmesi ihtiyacını doğuracaktır.
- Veri yönetişimi her zamankinden daha önemli hale gelecektir.
- Veri bilimi ve mühendislik alanındaki uzman insan kaynağının sağlanmasına yönelik uygulamalı eğitim ihtiyacının artması kaçınılmazdır.
- Tasarım itibariyle etik değer ve ilkelerine hakim proje yöneticileri aranacaktır.
Yalnızca dijital ikiz değil idari, teknik ve hukuki düzenlemeleri gelişmekte olan tüm teknolojilerde bizi benzer bir gelecek bekliyor. Sağduyulu bir yaklaşımla daha etkin bir gelecek tasarlayabiliriz.
