Tänapäeva laevaehitus ja merendussektor seisavad silmitsi üha suuremate tehnoloogiliste väljakutsetega, mille lahendamiseks on vaja nutikaid ja andmepõhiseid lahendusi. Üks selline uuenduslik kontseptsioon on digitaalne kaksik (digital twin, DT), mis võimaldab laevade ja teiste merekonstruktsioonide optimeeritud projekteerimist, kasutamist ning hooldamist. 

“Digitaalne kaksik on andmetega varustatud simulatsioonimudel, mis võimaldab reaalajas jälgida ning ennustada laeva käitumist erinevates tingimustes,” selgitab Mihkel Kõrgesaar, TalTechi Kuressaare kolledži laevaehituse ja hüdrodünaamika uurimisrühma kaasprofessor tenuuris.

Mis on digitaalne kaksik ja kuidas see töötab?

Traditsiooniliselt on laevaehituses kasutatud simulatsioonimudeleid, mis koosnevad kahest põhikomponendist: mudelist ja simulatsioonist. Mudel esindab füüsilist konstruktsiooni, näiteks laeva või meretuulikut, ja simulatsioon toob selle mudeli ellu, asetades selle keskkonnast tulenevate koormuste mõju alla. “Simulatsioon annab meile teavet laeva jõudude, vastupidavuse ning eeldatava eluea kohta. Kuid see traditsiooniline meetod on olnud suhteliselt staatiline ega võimalda laeva opereerimise käigus vajalikku reaalajas jälgimist,” ütleb Kõrgesaar.

Digitaalne kaksik viib simulatsioonimudeli uuele tasemele, kasutades reaalajas sensorite andmeid, mis monitoorivad nii keskkonnatingimusi (laine omadused, jää paksus, temperatuur) kui ka tehnilisi näitajaid (kiirus, kiirendused, konstruktsiooni koormused, masinate töö, kütusekulu jne). “Selle tulemusena loome digitaalselt peegeldatud reaalsuse, mis aitab täpsemalt ennustada laeva käitumist ja hooldusvajadusi, optimeerida opereerimist ning tuvastada anomaaliaid varakult,” lisab ta.

Digitaalse kaksiku kasutuselevõtu väljakutsed

Digitaalse kaksiku rakendamine laevaehituses nõuab keerukaid tehnilisi ja organisatsioonilisi samme. Kõige olulisem eeldus on kvaliteetsete ja standardiseeritud andmete olemasolu. “Hetkel puuduvad merenduses ühtsed standardid andmete kogumise, töötlemise ja integreerimise kohta, mis muudab info ristkasutatavuse keeruliseks,” märgib Kõrgesaar. 

“Erinevad süsteemitarnijad kaitsevad oma andmeid intellektuaalomandi tõttu, mistõttu ei ole lihtne luua platvormi, mis ühendaks kõik laeva süsteemidest tulevad andmed ühtsesse digitaalsesse kaksikusse.”

Teine väljakutse on simulatsioonide arvutuskiirus. “Tavapärased keerukamad simulatsioonid võivad võtta tunde või isegi päevi, mis muudab nende kasutamise reaalajas otsuste tegemisel keeruliseks. Seetõttu peame välja töötama kiiremad ja tõhusamad arvutusmudelid, mis suudaksid anda tulemusi minutite või sekundite jooksul,” selgitab ta.

Uurimisgrupi roll ja panus digitaalse kaksiku arendamisse

Meretehnoloogia Kompetentsikeskus (MARTE) Kuressaares töötab aktiivselt digitaalse kaksiku tehnoloogia arendamise ja juurutamise kallal. “Meie uurimisgrupi põhifookus on andmetega rikastatud simulatsioonimudelite loomine ja nende reaalajas rakendatavuse suurendamine,” ütleb Kõrgesaar. 

Selleks töötavad nad välja lahendusi, mis võimaldavad olukorrateadlikkust – laevalt kogutavate kaamera- ja sensoriandmete abil saadakse pidev ülevaade laeva seisundist ning ümbritsevast keskkonnast.

Üks võtmetehnoloogiaid, millele uurimisgrupp keskendub, on masinõppe ja tehisintellekti integreerimine arvutusmudelitesse. “Need meetodid võivad aidata vähendada simulatsiooniaega ja muuta digitaalse kaksiku lahendused laiemalt kasutatavaks,” märgib ta. Lisaks panustatakse Euroopa Liidu tasandil erinevatesse projektidesse, mis otsivad lahendusi merendussektori andmestandardite ühtlustamisele ja digikaksikute rakendamise lihtsustamisele.

Kuidas teadmisi tööstuses rakendada?

Digitaalsete kaksikute laialdasem rakendamine aitab muuta laevaehitust ja merendust efektiivsemaks, ohutumaks ning keskkonnasäästlikumaks. “Digitaalne kaksik võimaldab meil täpsemalt planeerida laevade hooldust ja remonti, vähendades ootamatuid rikkeid,” ütleb Kõrgesaar. 

“Lisaks optimeerime kütusekulu, vähendades laevade ökoloogilist jalajälge, ning parandame laevade ohutust, kuna simulatsioonid võimaldavad paremini ette näha kriitilisi olukordi.”

Tulevikus on eesmärk arendada välja standardiseeritud andmeplatvormid ja kiired simulatsioonimudelid, mis võimaldaksid digitaalsete kaksikute kasutamist kogu merendussektoris. “See looks uued võimalused laevaehituses, laevade opereerimises ja meretehnika arenduses, muutes kogu valdkonna konkurentsivõimelisemaks ning innovaatilisemaks,” sõnab Kõrgesaar.

Artikkel ilmus esmakordselt 20.02.2025 Geeniuses.