Digital Twins, Digital Shadows, and Simulation Models for Internal Transport

The ideas presented in this monograph are intended to stimulate imagination and willingness for further research into digital models of various types, including simulation models, numerical models, digital twins, and digital shadows. The monograph itself ought to be treated as a foundation in the fi eld of these models in relation to internal transport and logistics analysis. As such, it can bring several benefi ts and dispel doubts about the various types of digital models in both the scientific and business communities, especially given the increasing popularity of digital models (including their novel variants, i.e. digital twins and digital shadows).
Given the above brief presentation of the monograph’s contributions, it is important to point out that it is addressed to a wide audience, including managers in industry, manufacturing, transport, and academia – both scientifi c, research, and teaching, as well as Ph.D. students and undergraduates, especially at the technical universities. The book will be a resource for those wishing to expand their knowledge of the applications of innovative technologies related to digital models, particularly digital twins, digital shadow, and simulation models.

Monografia rozpoczyna się od części przeglądowej, która jest wynikiem ostatnich badań i rozważań autora w zakresie obszarów i gałęzi transportu, w tym – w porządku alfabetycznym transportu drogowego, lotniczego, morskiego, przesyłowego, szynowego, wodnego śródlądowego, ale przede wszystkim transportu wewnętrznego z nieodłącznie mu towarzyszącą logistyką wewnętrzną. Zasadniczym celem publikacji jest przedstawienie osiągnięć dotyczących modelowania procesów logistycznych z wykorzystaniem krzywych, w szczególności krzywych Béziera. Krzywe te są stosowane definiowania tras przemieszczania autonomicznych środków transportu wewnętrznego w obiektach logistycznych uwzględniając ich odzwierciedlenie w postaci modeli cyfrowych.

Niniejsza monografia w głównej mierze podejmuje tezy takie jak:
• Terminologia dotycząca cyfrowych bliźniaków może zostać usystematyzowana i wyjaśniona.
• Cyfrowe bliźniaki/cienie/modele charakteryzują się różnymi przeznaczeniami.
• Cyfrowe bliźniaki/cienie/modele charakteryzują się różną architekturą przepływu danych.
• Cyfrowy bliźniaki znacząco przyczyniają się do zużycia energii i emisji ekwiwalentu CO2.
• Krzywe Béziera mogą być stosowane do definiowania tras dla autonomicznych środków transportu wewnętrznego.
• Modelowanie z wykorzystaniem metod symulacyjnych jest metodyką wyjściową do budowania i stosowania modeli cyfrowych, w szczególności cyfrowych bliźniaków i cyfrowych cieni.

Table of Contents

List of Symbols and Abbreviations / 9
Introduction / 13

1. Nomenclature of Digital Modelling Approaches and Methods / 17
1.1. Former State-of-the-Art in Digital Modelling / 17
1.2. Modern Approaches to Digital Modelling / 25

2. The Origins of Digital Twin and Digital Shadow Technologies / 30
2.1. What is Going on with the Digital Twins’ Concept? / 30
2.2. Materials and Methods / 31
2.3. Equivalence in Terminology: Results and Discussion / 36

3. Application of Digital Models in Transport / 43
3.1. Positioning of Digital Modelling Design among Research Modelling Methods / 43
3.1.1. State-of-the-Art in Digital Modelling across Branches of Transport / 43
3.1.2. Applications of Digital Twins in Air Transport / 47
3.1.3. Applications of Digital Twins in Maritime and Inland Transport / 49
3.1.4. Applications of Digital Twins in Rail Transport / 51
3.1.5. Applications of Digital Twins in Road Transport / 54
3.1.6. Applications of Digital Shadows in Various Branches of Transport / 58
3.1.7. Applications of Simulation Models in Various Branches of Transport / 59
3.2. Applications of Digital Twins in Internal Transport / 60
3.3. Applications of Simulation Models in Internal Transport / 64
3.4. Digital Models of Different Scales / 67

4. Representations of Digital Models in Design Practice / 71
4.1. Modelling Internal Transport and Logistics Processes Using Mathematical Curve Models / 71
4.2. Mobile Platform/Robots’ Routes Expressed by the Bézier Curves / 79

5. Application of Digital Models in Autonomous Means of Internal Transport / 116
5.1. Digital Model: Preparation for Analyses and Investigation / 116
5.2. Digital Model: Alternatives and Results / 121
5.3. Digital Model: Results Discussion / 125
5.4. Comparison of Global Scores for Internal Transport Subsystem – Research Conclusion / 129
5.5. Research Limitations / 130

6. Discussion on Novel Directions of the Digital Model Concept / 132

Conclusion / 136
Appendices / 143
Appendix A. Bézier Curves / 143
Appendix B. Curve Length / 148
Appendix C. A Brief Classification of Industrial Robots / 151
Appendix D. Partial Results of the Digital Model / 155
Glossary of Terms and Concepts / 162
Bibliography / 173
List of Figures / 203
List of Tables / 205
Abstract / 207
Streszczenie (Polish Summary) / 209

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie