Поддержка:
8 (800) 600-44-52
Цифровой двойник — виртуальная копия объектов, систем, процессов и даже людей. Система один в один воспроизводит оригинал: его форму, действия, процессы внутри, всё до мельчайших деталей. Более того, цифровой двойник синхронизирован с оригиналом. Его главное назначение – моделирование ситуаций, которые могут происходить с реальным физическим объектом в тех или иных условиях.
Концепция цифрового двойника была впервые описана профессором Мичиганского университета Майклом Гривсом в книге «Происхождение цифровых двойников», вышедшей в 2002 году. Там он делит цифровой двойник на три части: продукт в реальном пространстве, продукт в виртуальном пространстве и данные, которые объединяют виртуальный и физический продукт. По мнению Гривса, «в идеальных условиях вся информация, которую можно получить от изделия, может быть получена от его цифрового двойника». Однако официально данный термин впервые был упомянут только в 2010 году. В отчете NASA о моделировании и симуляции, где говорилось о супер реалистичной виртуальной копии космического корабля, которая воспроизводила бы этапы строительства, испытаний и полетов.
Развитие искусственного интеллекта и интернета вещей ускорило развитие цифровых двойников. Исследование Gartner Hype Cycle, которое описывает циклы зрелости технологий, провело эту параллель в 2015 году. А уже в 2016 году сами цифровые двойники появились в исследовании, в 2017 году став чуть ли не самым главным технологическим трендом. В 2020 году Национальный институт стандартов и технологий США опубликовал концепцию цифрового двойника в производстве. А в прошлом году Gartner — американская исследовательская и консалтинговая компания, специализирующаяся на рынках информационных технологий — назвал цифрового двойника одним из 10 стратегических технологических трендов 2017, 2018 и 2019 годов.
Какие бывают цифровые двойники
DTP или прототип — цифровая копия физического объекта, в которой есть все данных, чтобы произвести оригинал.
DTI или экземпляр — включает данные обо всех характеристиках и эксплуатации физического объекта, в том числе трехмерную модель, и действует синхронно с оригиналом.
DTA или агрегированный двойник — система цифровых двойников и физических объектов, которые управляются из единого центра и обмениваются данными внутри.
Вообще, существует несколько классификаций цифровых двойников. Одна из самых популярных — по их назначению. Так, информационные позволяют синхронизироваться с прототипом и в режиме реального времени передавать оператору данные об объекте. Используются для постоянной оперативной диагностики. Предиктивные помогают понять, при каких условиях объект может перестать функционировать. А операционные — смоделировать бизнес-процессы компании и решать управленческие задачи.
Этапы создания цифрового двойника
Начнем с того, что цифровые двойники создаются разными способами. Это может быть графическая 3D-модель, модель на базе интернета вещей, модель, созданная с помощью различных технологий визуализации, например AR и VR, или интегрированная математическая модель, такая как CAE-система для инженерных расчетов.
Создание цифрового двойника начинается с исследования объекта, но только в том случае, когда он уже существует в физическом мире: допустим, реальный завод целиком и какая-то отдельная система, например, вентиляции. В этом случае разработчики составляют подробную карту прототипа, где учитывают все процессы и характеристики, а также их работа в разных условиях. Возможен вариант, когда этот этап отсутствует, так как сначала создается цифровой двойник, а затем реальный объект. Например, это часто применимо в строительстве, где первой ступенью становится проектирование цифровой 3D-модели здания.
Для построения комплексной модели используются математические методы вычисления и анализа. Затем рассчитанную ранее архитектуру цифрового двойника переносят на специальные платформы, например, Siemens или Dassault Systemes. Они превращают в единую динамическую систему управления цифровым двойником все математические модели, данные и интерфейс. Это очень похоже на преобразование программного кода в приложение с визуальным интерфейсом, который будет доступен пользователю с любым уровнем цифровой грамотности.
Далее следует тестирование, главная задача которого – предсказать поведение системы или объекта в режиме штатной работы и при форс-мажоре, чтобы исключить все погрешности, которые могут привести к поломке или перегрузке. Занимаются этим технические аналитики, которые работают с огромными массивами информации, пытаясь просчитать алгоритмы для максимального количества внештатных ситуаций.
Предпоследний этап – запуск и наладка цифрового двойника. На нем происходит итоговое отслеживание не выявленных в процессе тестирования сбоев и возможных поломок. Далее следует корректировка и развитие оригинального объекта или системы. Инженеры продолжают работать с цифровым двойником как с физическим объектом до тех пор, пока не будут отлажены все системы и процессы. По результатам этой работы в оригинальный объект вносят изменения, чтобы добиться его максимальной эффективности.
Задачи, которые решают цифровые двойники
Существует две основных задачи, которые помогает закрыть создание цифровых двойников: экономия ресурсов (финансовых, временных и т.д.) и страхование от причинения вреда окружающей среде и людям.
Если говорить подробнее, то, например, цифровой двойник может помочь осуществить тестовый запуск производственной цепочки оперативно и без колоссальных финансовых вложений. Или найти «дыры» в технологических процессах до момента запуска производства или введения объекта в эксплуатацию. Помогает технология и повысить производительность и эффективность различных систем, выявить сбои в процессах, снизить риски, связанные с форс-мажорными ситуациям и даже, при определенных обстоятельствах, увеличить конкурентоспособность, нарастить прибыльность бизнеса, планировать развитие компании в долгосрочной перспективе и повысить лояльность клиентов.
«Номикс разрабатывает и внедряет все типы цифровых двойников для крупных компаний частного и государственного сектора. Ключевые задачи, которые мы решаем для наших партнеров при внедрении цифрового двойника, чаще всего сводятся к нескольким пунктам: real-time получение данных и метрик, понимание логистических процессов, минимизация человеческого фактора и анализ большого объема полученных данных. В современном мире включение технологии цифровых двойников в работу компаний становится необходимостью. Рано или поздно экспоненциальный рост компании заканчивается, появляется потребность оптимизации бизнес-процессов, и внедрение цифровых двойников идеально встраивается в эту задачу», – менеджер проектов Номикс Александр Слепцов.
Где применяют цифровые двойники
Практически каждая отрасль, которая может прийти вам на ум, возможна для использования цифровых двойников.
Цифровые двойники помогают снизить риски при добыче и переработке нефти и газа. А это, в свою очередь, сохраняет жизни, минимизирует ущерб для планеты и экономит деньги. Также на крупном производстве технология позволяет создавать не только отдельные детали, но воссоздавать целые производственные цепочки, проводить виртуальные испытания и предупреждать сбои в работе оборудования.
Цифровые двойники оптимизируют работы электростанций, маршрутов транспорта и пассажиропотоков, с помощью их можно прогнозировать перемещения клиентов и сотрудников в торговых залах магазинов, отрабатывать тактику в командных видах спорта, построить модель будущего здания или целого квартала, предсказать, как оно впишется в среду, выдержит ли климатические условия и нагрузки на несущие конструкции. Благодаря цифровым двойникам, можно рассчитать предельные нагрузки на цифровую инфраструкту, продумать защиту от киберугроз, а, например, виртуальная система обработки багажа для крупного аэропорта позволит заранее просчитать, понадобиться ли дополнительная линия транспортировки для перераспределения потоков при внештатных ситуациях.
Также технология применима в дизайне интерьеров, образовании, медицине, фармацевтике, космической промышленности, урбанистике, сельском хозяйстве, животноводстве и даже автомобильных гонках. Так, цифровые симуляции используют для расчётов идеальных показателей болидов и технических характеристик гоночных трасс «Формулы-1».
Будущее цифровых двойников
Буйный рост цифровых двойников в течение последнего десятилетия обусловлен влиянием ряда факторов. Во-первых, инструменты для создания цифровых двойников тоже быстро развиваются. Практически нет преград для создания сложных имитационных моделей на базе реальных условий. Выполнение миллионов имитационных процессов не перегружает систему. Растет количество поставщиков, которые также увеличивают диапазон возможностей.
Появляются новые источники данных. Например, IoT-датчики, встроенные в оборудование или в цепочки поставок, могут напрямую передавать оперативные данные в моделирование.
Невероятно улучшились и возможности интеграции цифровых технологий с реальным миром, в большей степени, за счет улучшения отраслевых стандартов связи между датчиками IoT, аппаратных средств операционных технологий и благодаря усилиям поставщиков по интеграции с различными платформами. Новейшие средства визуализации данных выходят далеко за рамки базовых приборных панелей и стандартных возможностей визуализации и включают интерактивные 3D-, VR- и AR-визуализации, визуализации с использованием искусственного интеллекта и потоковую передачу данных в реальном времени. Датчики IoT, как встроенные, так и внешние, становятся все меньше, точнее, дешевле и мощнее. Расширение доступа к мощным и недорогим вычислительным технологиям, сетям и системам хранения данных являются ключевыми факторами, также способствующими созданию цифровых двойников.
Технологию, несомненно, и в следующее десятилетия ожидает взрывной рост. Всплеск внедрения 3D-печати, растущий спрос на цифровых двойников в здравоохранении и фармацевтической промышленности, внедрение решений IoT в различных отраслях, по прогнозам, приведут к увеличению объема мирового рынка цифровых двойников с 10,1 млрд. долл. в 2023 году до 110,1 млрд. долл. млрд. к 2028 году при темпах роста в 61,3%.
