Thế giới phẳng cùng thời đại công nghệ 4.0 đã tạo nên những thay đổi sâu rộng trong mọi ngành nghề, đặc biệt lĩnh vực công nghiệp. Một trong những công nghệ quan trọng góp phần làm nên bước đột phá mới mẻ của công nghiệp hiện đại là Digital Twin. Digital twin là một phát minh vĩ đại được khởi phát trong thời đại công nghệ số. Chúng có khả năng tạo ra bản sao sinh đôi của một quy trình, sản phẩm hoặc dịch vụ. Biết được những ứng dụng của cặp song sinh kỹ thuật số có thể giúp các doanh nghiệp triển khai chúng vào quy trình của họ.
Digital Twin là gì?
Digital Twin (bản sao số) được định nghĩa là bản sao kỹ thuật số hoặc mô hình ảo của một thực thể vật lý. Những thực thể vật lý này có thể rất đa dạng, bao gồm thiết bị, con người, quy trình, hệ thống, vật thể, tòa nhà, thậm chí là toàn bộ thành phố hoặc các cài đặt phức tạp như tuabin gió.
Về bản chất, Digital Twin là một chương trình máy tính hoặc một môi trường ảo phức tạp. Chúng lấy dữ liệu từ thế giới thực về một đối tượng hoặc hệ thống vật lý làm đầu vào. Dữ liệu này thường được thu thập thông qua hệ thống cảm biến gắn trên đối tượng vật lý. Các cảm biến này theo dõi các thông số hoạt động, tình trạng vận hành, vị trí và các yếu tố quan trọng khác.
Sau khi dữ liệu được thu thập, lưu trữ, xử lý và phân tích trên nền tảng đám mây, Digital Twin sẽ sử dụng dữ liệu này để tạo ra các mô phỏng và dự đoán về cách đối tượng hoặc hệ thống vật lý đó sẽ hoạt động hoặc bị ảnh hưởng bởi những đầu vào đó. Điều này cho phép Digital Twin mô phỏng đối tượng vật lý trong thời gian thực hoặc cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất và các vấn đề quan tâm.
Điểm khác biệt quan trọng giữa Digital Twin và mô phỏng kỹ thuật số (Digital Simulation) là Digital Twin luôn cập nhật dữ liệu theo thời gian thực. Điều này giúp Digital Twin tạo ra kết quả chính xác và giá trị hơn so với mô phỏng truyền thống, vốn đòi hỏi người dùng phải thay đổi thông số thủ công khi quy trình hoạt động thay đổi. Digital Twin có thể tích hợp với các công nghệ khác như IoT (Internet vạn vật), trí tuệ nhân tạo (AI) và phần mềm phân tích (Analytics) để tăng cao hiệu quả.
Digital Twin theo dõi toàn bộ vòng đời của đối tượng vật lý, từ giai đoạn thiết kế ban đầu đến vận hành và thậm chí cả ngừng hoạt động. Trong một số trường hợp, Digital Twin có thể đóng vai trò là một nguyên mẫu trước khi phiên bản vật lý được chế tạo. Công nghệ này cho phép giám sát hiệu suất của tài sản, xác định các lỗi tiềm ẩn và đưa ra các quyết định sáng suốt hơn về bảo trì và vòng đời sản phẩm.
Thuật ngữ “Digital twin” lần đầu tiên được đưa ra vào năm 2002 bởi tiến sĩ Michael Grieves, nhưng nó chỉ thực sự phát triển mạnh mẽ từ khoảng năm 2010 nhờ sự bùng nổ của các công nghệ như IoT, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo. Ngày nay, tầm quan trọng của Digital Twin trong nhiều ngành công nghiệp được thừa nhận, và chúng đang thay đổi cách thức thực hiện công việc.
Có những loại Digital Twin?
Có một số loại Digital Twin khác nhau, thường có thể hoạt động song song trong cùng một hệ thống. Các loại phổ biến nhất của Digital Twin bao gồm:
- Component twins (Bản sao bộ phận): Đây là biểu diễn kỹ thuật số của một bộ phận đơn lẻ trong toàn bộ hệ thống. Chúng là những phần thiết yếu trong hoạt động của một tài sản, chẳng hạn như động cơ trong tua bin gió.
- Asset twins (Bản sao tài sản): Trong thuật ngữ Digital Twin, tài sản là hai hoặc nhiều bộ phận làm việc cùng nhau như một phần của hệ thống toàn diện hơn. Bản sao tài sản biểu diễn ảo cách các bộ phận tương tác và tạo ra dữ liệu hiệu suất mà bạn có thể phân tích để đưa ra quyết định sáng suốt.
- System twins (Bản sao hệ thống): Một cấp độ trừu tượng cao hơn so với bản sao tài sản là bản sao hệ thống. Bản sao hệ thống cho thấy các tài sản khác nhau hoạt động cùng nhau như một phần của một hệ thống lớn hơn. Khả năng hiển thị do công nghệ bản sao hệ thống cung cấp cho phép bạn đưa ra quyết định về cải tiến hiệu suất hoặc hiệu quả.
- Process twins (Bản sao quy trình): Bản sao quy trình cho bạn thấy môi trường kỹ thuật số của toàn bộ một đối tượng và cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách các bộ phận, tài sản và đơn vị khác nhau của nó hoạt động cùng nhau. Ví dụ, bản sao quy trình kỹ thuật số có thể tái tạo kỹ thuật số cách toàn bộ cơ sở sản xuất của bạn đang hoạt động, tập hợp tất cả các bộ phận trong đó.
Ưu điểm của Digital Twin
Digital Twin mang đến nhiều lợi ích vượt trội cho doanh nghiệp và các ngành công nghiệp:
- Thúc đẩy thiết kế và giảm rủi ro: Công nghệ Digital Twin cho phép mô phỏng và thực thi toàn bộ các chức năng mà không cần xây dựng hệ thống thực. Điều này được thực hiện nhờ khả năng liên kết gần như thời gian thực giữa thực thể vật lý và thế giới số. Sự thay thế này mang lại các mô hình mạnh mẽ hơn, thực tế hơn, và các đo lường toàn diện về các rủi ro không dự đoán được. Các kiến trúc sư có thể khai thác mọi tiềm năng, giả lập các ngữ cảnh, thử nghiệm nhiều phương án khác nhau trước khi quyết định đầu tư. Từ đó, rủi ro của toàn bộ dự án được giảm thiểu, và thời gian triển khai dự án cũng sẽ nhanh hơn đáng kể. Bản sao kỹ thuật số làm giảm thiểu rủi ro đối với hoạt động sản xuất thực tế. Chúng cho phép người dùng thực hành và mô phỏng quy trình trong môi trường ảo, thường dễ dàng, nhanh chóng và tiết kiệm hơn.
- Tăng cường khả năng vận hành và tối ưu hóa: Digital Twin giúp người quản lý vận hành thử nghiệm nhiều phương án sắp xếp dây chuyền sản xuất khác nhau để giải quyết các điểm nghẽn trong quy trình, tối ưu việc sắp xếp, bố trí thiết bị. Nó cho phép mô phỏng quá trình tương tác của nhân viên với toàn bộ dây chuyền. Điều này giúp thử nghiệm các phương án giải quyết điểm nghẽn khác nhau cũng như triển khai các phương án cải tiến quy trình, mà không cần thực hiện trong môi trường thực tế. Tất cả các khâu từ thiết kế, vận hành, sản xuất đều được thể hiện trực quan, giúp việc cải thiện hay thay đổi diễn ra dễ dàng, liền mạch và hạn chế rủi ro. Thông tin và hiểu biết thời gian thực do digital twins cung cấp cho phép bạn tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị, nhà máy hoặc cơ sở của mình. Các vấn đề có thể được giải quyết ngay khi chúng xảy ra, đảm bảo hệ thống hoạt động ở mức cao nhất và giảm thời gian ngừng hoạt động.
- Khả năng dự đoán và bảo trì phòng ngừa: Digital Twin cho phép bạn giám sát hiệu suất của tài sản, xác định các lỗi tiềm ẩn và đưa ra quyết định tốt hơn về bảo trì và vòng đời. Digital twin là một hệ thống kép dựa trên cảm biến IoT giúp doanh nghiệp phân tích dữ liệu một cách dễ dàng. Người dùng sẽ chủ động hơn trong việc xác định rủi ro trong hệ thống. Việc này giúp doanh nghiệp lên kế hoạch bảo trì chính xác hơn. Đồng thời, bạn còn thúc đẩy hiệu quả sản xuất và giảm bớt chi phí bảo trì. Chúng có thể cung cấp cái nhìn trực quan và kỹ thuật số đầy đủ về nhà máy sản xuất, tòa nhà thương mại hoặc cơ sở của bạn. Cảm biến thông minh giám sát đầu ra của mọi bộ phận, báo hiệu các vấn đề hoặc lỗi ngay khi chúng xảy ra. Bạn có thể hành động ngay khi có dấu hiệu đầu tiên của vấn đề thay vì chờ đợi cho đến khi thiết bị hoàn toàn bị hỏng.
- Giám sát từ xa: Bản chất ảo của digital twin cho phép bạn theo dõi và điều khiển cơ sở vật chất từ xa. Giám sát từ xa cũng có nghĩa là ít người phải kiểm tra thiết bị công nghiệp tiềm ẩn nguy hiểm. Ngoài ra, bạn còn có thể truy cập chương trình này ở bất cứ đâu.
- Tăng cường khả năng làm việc nhóm: Digital twin giúp tự động hóa quy trình sản xuất và cho phép người dùng truy cập vào hệ thống 24/7. Điều này giúp các chuyên viên kỹ thuật tập trung cộng tác với nhau. Nhờ đó, năng suất và hiệu quả hoạt động được cải thiện đáng kể.
- Thúc đẩy chuỗi cung ứng và trải nghiệm khách hàng: Công nghệ Digital Twin còn cho phép các doanh nghiệp xây dựng hệ thống cửa hàng, phát triển chuỗi showroom, tổ chức các buổi triển lãm hay sự kiện ra mắt sản phẩm mới ngay trên không gian số. Từ đó, sản phẩm, dịch vụ tiếp cận đến các nhóm khách hàng mục tiêu không chỉ tại Việt Nam mà trên toàn thế giới một cách trực quan và sinh động nhất. Các doanh nghiệp có thể tăng cường nhận diện thương hiệu, đa dạng hóa khả năng tiếp cận khách hàng, mở rộng quy mô hoạt động và nâng cao năng lực cạnh tranh. Digital twin còn giúp khách hàng tận hưởng những trải nghiệm tuyệt vời bằng cách cung cấp các dịch vụ trực tiếp, điển hình như mô phỏng hóa thời trang dựa trên sự cảm nhận của khách hàng.
- Tăng tốc thời gian sản xuất: Bạn có thể tăng tốc thời gian sản xuất trên các sản phẩm và cơ sở vật chất trước khi chúng tồn tại bằng cách xây dựng các bản sao kỹ thuật số. Bằng cách chạy các kịch bản, bạn có thể thấy sản phẩm hoặc cơ sở của mình phản ứng như thế nào với các lỗi và thực hiện các thay đổi cần thiết trước khi sản xuất thực tế.
- Kéo dài tuổi thọ của sản phẩm và thiết bị.
- Phản hồi nhanh chóng các khoảng thời gian chết.
- Thúc đẩy nhận thức tình huống.
Ứng dụng của Digital Twin trong đời sống và công nghiệp
Digital Twin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống và công nghiệp nhờ khả năng tạo ra bản sao kỹ thuật số của các thực thể vật lý và mô phỏng hoạt động của chúng. Dưới đây là một số ứng dụng chính được đề cập trong các nguồn:
- Sản xuất (Manufacturing): Digital Twin được sử dụng xuyên suốt toàn bộ vòng đời của sản phẩm, từ thiết kế, sản xuất đến hoàn thiện thành phẩm. Các nhà máy ứng dụng công nghệ này để mô phỏng quy trình sản xuất, giúp giải quyết nhanh chóng các tình huống bất ngờ và nâng cao chất lượng sản phẩm đưa ra thị trường. Digital Twin cho phép theo dõi thiết bị mọi lúc và phân tích dữ liệu hiệu suất, cung cấp cái nhìn toàn diện về hoạt động và tài sản sản xuất. AWS cũng hỗ trợ các công ty tạo ra Digital Twin cho hoạt động sản xuất của họ, mang lại cái nhìn kỹ thuật số hoàn chỉnh về tài sản và dữ liệu.
- Năng lượng và Thiết bị phát điện (Energy and Power Generation): Các động cơ lớn như động cơ phản lực, đầu máy, và tuabin phát điện được hưởng lợi từ Digital Twin, ví dụ như trong việc thiết lập khung thời gian bảo trì thường xuyên. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực năng lượng để hỗ trợ lập kế hoạch dự án chiến lược và tối ưu hóa hiệu suất cũng như vòng đời của các tài sản hiện có, như các giàn khoan ngoài khơi, nhà máy lọc dầu, trang trại gió và dự án năng lượng mặt trời. Các công ty như Chevron đã ứng dụng Digital Twin trong các mỏ dầu và máy lọc dầu để tiết kiệm chi phí bảo trì.
- Công nghiệp ô tô (Automotive Industry): Digital Twin được sử dụng rộng rãi trong thiết kế ô tô, cả để cải thiện hiệu suất của xe và tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Chúng giúp tạo ra các mô hình kỹ thuật số của phương tiện, cung cấp thông tin chi tiết về hành vi vật lý cũng như các mô hình phần mềm, cơ khí và điện. Khả năng bảo trì dự đoán cũng rất giá trị, khi Digital Twin có thể cảnh báo trung tâm dịch vụ hoặc người dùng khi phát hiện vấn đề về hiệu suất bộ phận.
- Quy hoạch đô thị và Thành phố thông minh (Urban Planning and Smart City): Các kỹ sư xây dựng dân dụng và những người tham gia quy hoạch đô thị được hỗ trợ đáng kể bởi Digital Twin, có thể hiển thị dữ liệu không gian 3D và 4D theo thời gian thực và tích hợp hệ thống thực tế tăng cường. Digital Twin là một phần quan trọng trong việc triển khai các dự án “thành phố thông minh”, kết hợp với IoT để thúc đẩy phát triển kinh tế, quản lý tài nguyên hiệu quả, nâng cao chất lượng cuộc sống và giảm tác động môi trường. Chúng thu thập thông tin chi tiết từ mạng cảm biến để hỗ trợ hoạch định chính sách và quy hoạch thành phố hiệu quả. Singapore là một ví dụ thực tế sử dụng Digital Twin để triển khai thành phố thông minh và nâng cao hiệu quả tiêu thụ năng lượng.
- Không gian vũ trụ (Aerospace): Digital Twin đã được sử dụng trong kỹ thuật hàng không vũ trụ. Một ví dụ điển hình là chương trình Apollo 13, nơi các nhà khoa học NASA mô phỏng tình trạng con tàu để tìm giải pháp khi gặp vấn đề. Ngày nay, Digital Twin được công nhận tầm quan trọng trong ngành này, cho phép các kỹ sư sử dụng phân tích dự đoán để nhận biết trước các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến khung máy bay, động cơ hoặc bộ phận khác nhằm đảm bảo an toàn.
- Chăm sóc sức khỏe (Healthcare): Các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe và công ty dược phẩm sử dụng Digital Twin để lập mô hình mã bộ gen, đặc điểm sinh lý và lối sống của bệnh nhân nhằm cung cấp dịch vụ chăm sóc cá nhân hóa, như các loại thuốc duy nhất cho từng bệnh nhân. Digital Twin cung cấp một “bệnh viện ảo”, tạo môi trường an toàn để kiểm soát những thay đổi đối với hiệu suất hệ thống. Công nghệ này giúp nâng cao chất lượng dịch vụ y tế và được bác sĩ sử dụng để mô phỏng dữ liệu tim trước phẫu thuật.
- Thiết kế và Xây dựng (Design and Construction): Digital Twin giúp thúc đẩy công nghệ CAD, cho phép mô phỏng và thực thi toàn bộ các chức năng mà không cần xây dựng hệ thống thực tế. Các kiến trúc sư có thể khai thác tiềm năng, giả lập các ngữ cảnh, thử nghiệm nhiều phương án trước khi quyết định đầu tư, giúp giảm thiểu rủi ro và tăng tốc độ triển khai dự án. Các nhóm xây dựng cũng sử dụng Digital Twin để lập kế hoạch dự án và cung cấp cái nhìn theo thời gian thực về tiến độ.
- Vận hành (Operations): Digital Twin giúp người quản lý vận hành thử nghiệm các phương án sắp xếp dây chuyền sản xuất, giải quyết điểm nghẽn và tối ưu bố trí thiết bị. Công nghệ này cho phép mô phỏng tương tác của nhân viên với dây chuyền, giúp thử nghiệm các phương án cải tiến quy trình mà không cần triển khai trong môi trường thực tế. AWS IoT TwinMaker giúp tối ưu hóa hoạt động tòa nhà, tăng tốc đầu ra sản xuất, cải thiện hiệu suất thiết bị, tìm và khắc phục các bất thường trong quy trình, cũng như giám sát và nâng cao điều kiện tòa nhà.
- Chuỗi cung ứng (Supply Chain): Digital Twin cho phép doanh nghiệp xây dựng các hệ thống cửa hàng, showroom, triển lãm ảo trên không gian số, giúp sản phẩm/dịch vụ tiếp cận khách hàng mục tiêu trên toàn thế giới một cách trực quan. Điều này giúp tăng cường nhận diện thương hiệu, đa dạng hóa khả năng tiếp cận khách hàng và nâng cao năng lực cạnh tranh.
- Tăng trải nghiệm khách hàng (Customer Experience): Digital Twin cung cấp các dịch vụ trực tiếp cho khách hàng, ví dụ như mô phỏng thời trang dựa trên cảm nhận của khách hàng.
- Quản lý tài sản (Asset Management): Digital Twin theo dõi toàn bộ vòng đời của đối tượng vật lý, cho phép giám sát hiệu suất tài sản, xác định các lỗi tiềm ẩn và đưa ra quyết định sáng suốt hơn về bảo trì và vòng đời sản phẩm. Một công ty như TWI đã sử dụng Digital Twin làm nền tảng để quản lý vòng đời tài sản.
- Khả năng dự đoán (Predictive Capabilities): Digital Twin tạo ra các dự đoán hoặc mô phỏng về cách đối tượng vật lý sẽ hoạt động hoặc bị ảnh hưởng bởi các đầu vào. Chúng giúp phân tích dữ liệu dễ dàng hơn và chủ động xác định rủi ro trong hệ thống, hỗ trợ lên kế hoạch bảo trì chính xác hơn.
- Giám sát từ xa (Remote Monitoring): Với bản chất ảo, Digital Twin cho phép theo dõi và kiểm soát hệ thống từ xa, giúp người dùng truy cập chương trình ở bất cứ đâu và giảm số lượng người cần kiểm tra các thiết bị công nghiệp nguy hiểm.
Viettel AI đã ứng dụng Digital Twin hiệu quả như thế nào?
Nắm bắt xu hướng công nghệ toàn cầu, Viettel AI đã thể hiện năng lực nghiên cứu và phát triển vượt trội qua việc ứng dụng thành công công nghệ Digital Twin vào lĩnh vực viễn thông. Sản phẩm đột phá mang tên “Viettel BTS Digital Twin” chính là minh chứng rõ nét nhất.
Đây là một hệ thống tạo ra bản sao số hoàn chỉnh của các trạm phát sóng (BTS), cho phép giám sát, phân tích và tối ưu hóa hoạt động từ xa một cách hiệu quả. Thay vì chỉ là ý tưởng, Viettel đã trực tiếp thử nghiệm và triển khai giải pháp này tại nhiều tỉnh thành, thu về những kết quả ấn tượng trong việc số hóa hạ tầng và giải quyết các thách thức cấp bách của ngành.
Việc mang sản phẩm đến Triển lãm Di động Thế giới MWC 2025 không chỉ khẳng định vị thế tiên phong của Viettel mà còn cho thấy tiềm năng to lớn của Digital Twin trong việc vận hành và quản lý thông minh.
Về quy mô triển khai trong tương lai theo anh Nguyễn Ngọc Anh VTNet sẽ sử dụng Viettel BTS Digital Twin của Viettel AI để số hóa toàn bộ hạ tầng mạng lưới với hơn 60.000 trạm BTS. Kế hoạch này nhằm tự động hóa hoàn toàn công tác khảo sát, giải phóng nhân sự và tối ưu hóa việc vận hành, thiết kế mạng lưới, đặc biệt cho 5G.
Việc triển khai và áp dụng công nghệ Digital twin vào quy trình hoạt động là điều cấp thiết đối với các doanh nghiệp nếu không muốn bị thời đại bỏ quên. Trong vài năm tới, Digital Twin sẽ dễ dàng được sử dụng khi các khung phần mềm, giải pháp và nền tảng được tiêu chuẩn hóa. Khi những ý tưởng digital twin dễ tiếp cận hơn, các doanh nghiệp có thể có được những phân tích chuyên sâu và mô hình dự đoán để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số. Digital Twin sẽ là yếu tố chính của Chuyển đổi số 4.0.