Digitální dvojčata a jejich potenciál na IaaS
Schopnost předvídat získává na stále větším významu. Potřebujeme informace k prediktivní údržbě, aby se předešlo výpadkům strojů. Potřebujeme informace k vývoji na trzích, abychom mohli správně nakládat s našimi investicemi.
Ale v predikci se dá zajít ještě dál. Představte si, že jako konstruktér letadel připravujete prototyp nového tvaru křídla. Jeho design přispěje k úsporám na spotřebě paliva o 15 %. Křídlo letí, přináší úspory, ale najednou způsobí pád letadla. Byla tam konstrukční chyba, která ale byla skrytá za běžných podmínek.
Naštěstí jste tento scénář simulovali pomocí digitálního dvojčete křídla. Katastrofa se stala jen na obrazovce vašeho monitoru a vy máte možnost ji reálně předejít, aniž byste museli obětovat efektivitu vašeho nového vynálezu.
Právě jsme se seznámili s konceptem digitálního dvojčete. V tomto článku se blíže podíváme na to, co to vlastně je, a jak v různých odvětvích pomáhá předpovídat provoz, někdy klidně i celých měst.
Digitální dvojčata jednoduše
Digitální dvojče si můžeme představit jako živý přizpůsobitelný model reálného objektu nebo systému. Tento model je fyzikálně věrný svému reálnému protějšku a stejný princip kopírují i podmínky, které v rámci prostředí můžeme simulovat.
Rozdílem od běžného modelování je právě ta část o simulaci podmínek. Zatímco u standardního modelování jde o přesné zachycení nějakého objektu, v rámci digitálního dvojčete jde o to, jak se takový přesný model chová za přesně daných podmínek.
Proč o nich slyšíme čím dál víc?
Digitální dvojčata přináší jednu obrovskou výhodu, o které byla zmínka na začátku tohoto článku. Je možné odzkoušet chování za různých podmínek, aniž by se musela vyrobit jediná součástka nebo zprovoznit reálný systém.
Díky tomu je možné provést reálné testování ve virtuálním prostředí a zakomponovat tak zpětnou vazbu z provozu, než se do něj objekt nebo systém kdy dostanou.
Průmysl tento přístup již dlouhodobě využívá k lepší architektuře a fungování výrobních linek (například Foxconn). Pro výrobu a provoz větrných farem je možné použít chytrou turbínu. Tento model napomáhá efektivně provozovat větrné elektrárny a také provádět prediktivní údržbu, která snižuje náklady na nutné opravy a odstávky.
Zajímavým příkladem je také digitální srdce v gesci nemocnice Johns Hopkins a Cleveland Clinic. Díky němu je možné simulovat následky léčby u konkrétních kardiologických problémů.
Ve světě digitálních dvojčat ale nejde jen o práci s jedním objektem. V Singapuru nebo Hong Kongu modelují fungování celého města. Mohou tak lépe plánovat nové projekty v rámci Smart Cities a optimalizovat například vodní nebo odpadové hospodářství či plánování výstavby infrastruktury.
Proč potřebují digitální dvojčata silnou infrastrukturu?
Digitální dvojče je model něčeho reálného zasazený do simulace reálných podmínek. To znamená, že k jeho správnému fungování jsou potřeba data – hodně dat. Datové toky slouží ke správným výpočtům, následným predikcím a vytváření automatizací.
Takový proces je výpočetně extrémně náročný. Zatímco je tedy možné vytvářet 3D modely na počítači, digitální dvojčata potřebují infrastrukturu pro ty nejnáročnější. Objem dat není konstantní, takže je pro dvojčata potřeba nejen infrastruktura robustní, ale také optimálně škálovatelná.
Kde je možné digitální dvojčata provozovat?
To vždy bude záležet na konkrétním případu. Je možné je provozovat na libovolném druhu infrastruktury, který výpočetně pokrývá jejich potřeby. Může se jednat o fyzické servery, privátní cloud, hybridní cloud, virtuální servery, IaaS nebo různé kombinace.
Mnohem lepší otázkou ale je, kde je digitální dvojčata vhodné provozovat. Možností už potom tolik není.
Kdy nejít cestou hyperscalerů?
AWS, Azure a Google jsou dost častou první volbou většiny firem. Jejich velký brand a široká škála služeb z nich dělá očividné adepty. Jenže zrovna s ohledem na velké množství dat a velké datové toky to tato velká trojka nemusí úplně dobře zvládnout.
Jejich cenové modely jsou totiž postavené zčásti na poplatcích za přenesená data. Nešlo by tedy pouze o výpočetní zdroje, ale také o náklady na přenos dat, které u digitálních dvojčat nemusí být vůbec zanedbatelné.
U některých digitálních dvojčat také závisí na latenci, se kterou jsou data v cloudovém prostředí zpracovávána. V takovém případě hraje roli umístění infrastruktury co nejblíže bodům, které data zasílají.
Pak je tu ještě jeden ohled, který poslední dobou děsí kde koho. Jde o legislativní požadavky na zabezpečení a zachování soukromí dat. GDPR a NIS2 kladou vysoké nároky na správné zacházení se svěřenými daty a v některých případech může být využití amerického poskytovatele nejen kontraproduktivní, ale přímo v nesouladu s těmito nařízeními.
IaaS jako základ pro digitální dvojčata
Digitální dvojčata vyžadují velký výpočetní výkon, vysokou flexibilitu, izolaci prostředí jednotlivých systémů a možnost škálovat na počkání. Tyto podmínky musí být splnitelné bez zásahu poskytovatele, v zabezpečeném prostředí a se zachováním plné kontroly nad celým prostředím v rukou uživatele.
Takové požadavky mohou ale v podobě fyzické infrastruktury přijít pěkně draho. Jak tedy zkombinovat vysoké nároky na prostředí s optimalizovanými náklady? Odpovědí je právě Infrastruktura jako Služba (IaaS).
Tento druh prostředí dostává náklady na pořízení fyzického IT vybavení na nulu, zatímco neobírá digitální dvojčata o žádnou z vlastností, které jsou zmíněné v předminulém odstavci. Ne každá IaaS platforma však tyto podmínky splňuje.
Vlastnosti takové služby jsou dané virtualizační platformou, na které běží. Pro robustní a náročné prostředí, které vyžadují například právě digitální dvojčata, se velmi dobře hodí IaaS provozovaný na OpenStacku. Hned si vysvětlíme proč.
Segmentace podle oborů využití
Digitální dvojčata ve výrobě, kde je třeba vysoké přizpůsobení a síťová kontrola
Digitální dvojčata ve výrobě se dnes běžně používají pro simulaci výrobních linek, řízení spotřeby energií nebo prediktivní údržbu strojů. Aby takové modely mohly fungovat spolehlivě a v reálném čase, potřebují infrastrukturu, která zvládne zpracovávat provozní data v nízké latenci.
IaaS postavená na OpenStacku v tomto směru nabízí přesně to, co výrobní provozy potřebují – možnost správy vlastních sítí, přidělování veřejných IP adres, izolaci jednotlivých prostředí nebo práci s vlastními image.
Zároveň je možné do tohoto prostředí snadno připojit edge zařízení nebo OT systémy pomocí VPN či SD-WAN, což je zásadní pro propojení digitálního dvojčete s reálnou výrobou.
Takový přístup je ideální ve chvíli, kdy potřebujete kombinaci vysoké flexibility, síťové kontroly a bezpečnosti – a přitom nechcete nést náklady a odpovědnost za vlastní fyzickou infrastrukturu.
Digitální dvojčata využívající AI/ML modely
Digitální dvojčata využívající umělou inteligenci nacházejí uplatnění všude tam, kde je potřeba rozpoznávat vzorce, predikovat poruchy nebo vizualizovat komplexní provozní data.
Aby tyto scénáře fungovaly spolehlivě a efektivně, potřebují výpočetně silné a flexibilní prostředí. IaaS postavená na OpenStacku tuto potřebu naplňuje – dokáže nabízet GPU instance s akcelerátory. Díky tomu lze náročné výpočty škálovat podle aktuální potřeby.
Stále častěji je oblíbenějším způsobem pro provoz aplikací prostředí Kubernetes kontejnerů. Tak přebírají uživatelé plnou kontrolu nad nasazením AI modelů a jejich celocyklovým provozem.
Kubernetes je velmi dobře kompatibilní s OpenStack virtualizací a ani jeden z těchto nástrojů neskrývá nástrahy spojené s vendor lock-inem. Pro jednoduché nasazení je možné použít automatizační platformu (více informací najdete zde).
Urbanistická digitální dvojčata a geografické simulace
Urbanistická digitální dvojčata se využívají při simulacích dopravních toků, modelování zátopových oblastí nebo sledování energetických toků v budovách. Tyto scénáře pracují s obrovským množstvím prostorových dat – od 3D modelů přes point-cloudy až po historické záznamy.
OpenStack IaaS nabízí pro takové případy ideální prostředí díky podpoře object storage technologií jako Swift nebo S3-compatible úložišť, které zvládnou uchovávat a obsluhovat rozsáhlé datové sady.
Zároveň umožňuje snadné napojení na GIS systémy a vizualizační nástroje přes REST API, takže data z digitálního dvojčete mohou být okamžitě dostupná analytickým a plánovacím týmům.
Pro města, developerské firmy nebo správce infrastruktury je OpenStack IaaS ideální volbou, pokud chtějí provozovat pokročilé simulace ve škálovatelném, flexibilním a plně kontrolovatelném prostředí.
Scénáře s vysokými nároky na bezpečnost nebo compliance
V oblastech, jako je zdravotnictví, energetika nebo veřejná správa, představují digitální dvojčata citlivou komponentu provozu. Může jít o model nemocničního systému nebo léčebného postupu, síťového řízení elektrárenské soustavy nebo simulaci dopadů zásahů do městské infrastruktury.
V takových případech je zásadní nejen výkon a dostupnost, ale také právní jistota a kontrola nad daty. OpenStack IaaS, provozovaná v rámci EU odpovídá těmto požadavkům – podporuje GDPR, běží v datovém centru umístěném v EU a často splňuje i normy jako ISO 27001.
Zároveň poskytuje možnost provozovat systémy v oddělených uživatelských prostředích, což zajišťuje vysoký stupeň izolace a bezpečnosti – bez nutnosti sdílet výpočetní prostředky s jinými zákazníky.
Díky tomu je OpenStack IaaS ideální volbou pro organizace, které musí dodržovat přísné regulatorní rámce a nemohou (nebo nesmí) využívat hyperscalery jako AWS nebo Azure, například kvůli datové suverenitě. Umožňuje provoz kritických digitálních dvojčat bezpečně, lokálně a pod plnou smluvní i technickou kontrolou.
Simulace s nízkým rozpočtem / vysokou frekvencí, kde hyperscalery nejsou nákladově efektivní
V některých případech jsou digitální dvojčata nasazována ve velkém měřítku pro opakované výpočty – například při optimalizaci designu, šaržovém spouštění simulačních scénářů nebo jako součást CI/CD pipeliny pro vývoj a testování modelů.
Tyto situace kladou důraz na efektivní škálování výkonu a transparentní náklady, protože výpočetní zátěž bývá nárazová, ale intenzivní.
OpenStack IaaS v tomto kontextu nabízí atraktivní alternativu ke klasickým hyperscalerům, protože umožňuje využívat přesně takový typ instancí, jaký daný úkol vyžaduje.
Díky tomu lze výrazně optimalizovat náklady a zároveň se vyhnout složitým licenčním modelům nebo nepředvídatelnému billingu. Právě v případech, kdy potřebujete pravidelně spouštět velké množství simulací a platit pouze za skutečné využití, je OpenStack IaaS jedno z nejefektivnějších řešení.
Shrnutí – kdy je OpenStack IaaS od poskytovatele nejlepší volba
Scénář
- Průmyslové / výrobní twiny
- AI/ML digitální dvojčata
- Městské / geografické twiny
- Regulované odvětví
- Cena a kontrola
Důvod výhody
- Vlastní síťová topologie, izolace projektů
- GPU instance, vlastní orchestrace bez lock-inu
- Objektové úložiště, datová flexibilita
- GDPR, ISO, provoz v EU, suverenita
- Levnější než hyperscalery, transparentní billing
Proč má smysl stavět digitální dvojčata právě na OpenStack IaaS?
Pokud je IaaS provozovaná na OpenStacku tou vhodnou volbou pro vaše digitální dvojče, pak vám takové prostředí přinese
- Plnou kontrolu nad architekturou prostředí
- Výpočetní zdroje dedikované pro vaše potřeby
- Transparentní vyúčtování
- Škálování přesně podle potřeby
a spoustu dalších výhod, které budou specifické pro váš use case nebo POC.
Zvažujete, kde provozovat digitální dvojče vašeho systému nebo zařízení?
Naše infrastruktura postavená na OpenStacku běží výhradně v EU, nabízí výkon, škálovatelnost a plnou kontrolu nad daty – bez vendor lock-inu.
Ozvěte se nám – rádi navrhneme optimální prostředí právě pro váš případ použití.
