Цифровой двойник — это виртуальная реплика какого-либо материального или нематериального объекта, процесса или явления. Эта технология часто ассоциируется с четвертой промышленной революцией, которая находится в разгаре. Использование цифрового двойника (digital twin) позволяет обнаружить проблемы на ранней стадии, предсказать изменения и повысить эффективность бизнеса. Давайте рассмотрим, как это работает и какие выгоды это приносит.

Для многих цифровые двойники до сих пор остаются непонятным понятием, а схожесть определения с цифровым профилем только усложняет вопрос.

Чтобы разобраться в этом вопросе, давайте рассмотрим, в чем же разница между цифровыми двойниками и цифровыми профилями.

Общая история

Концепция использования цифровых двойников возникла еще в прошлом веке, когда в НАСА стали применять симуляцию космического корабля при строительстве, испытаниях и запуске. Впоследствии, по мере цифровизации бизнеса, интерес к этой идее возобновился. Однако создание полноценной цифровой копии объекта в реальном времени стало возможно только с развитием искусственного интеллекта, машинного обучения и интернета вещей, поскольку эти технологии тесно взаимосвязаны.

Определение цифрового двойника

Точного определения цифрового двойника не существует — толкования термина в разных источниках отличаются. Можно сказать, что это непрерывно меняющийся цифровой профиль, который содержит текущие и исторические данные об объекте или процессе. Изменяемость объясняется тем, что цифровой двойник регулярно обогащается вновь поступающей информацией. Он характеризует точное состояние объекта в текущий момент и фиксирует любые изменения. Кроме того, он может предсказывать будущее поведение объекта при различных изменениях.

Виды цифровых двойников

Существуют разные виды цифровых двойников. Прототип представляет свойства и параметры будущего, еще не существующего объекта. Экземпляр служит копией конкретного реального объекта и сопровождает его в течение всего жизненного цикла, меняясь вместе с ним. Наконец, агрегированные экземпляры позволяют моделировать групповое поведение, которое далеко не всегда равно простой сумме индивидуальных закономерностей.

Преимущества цифровых двойников

Цифровой двойник точно показывает, как работает объект. Это позволяет заметить и вовремя устранить неисправности или слабые места. С помощью цифровой копии можно увидеть ошибки еще до того, как продукт будет запущен в производство. Благодаря этому предприятие экономит ресурсы и увеличивает эффективность производственных процессов. Различие между результатами физических и виртуальных испытаний, осуществляемых посредством цифрового двойника, составляет, как правило, около 5%.

С помощью электронной копии можно удаленно управлять объектом, менять его свойства, даже находясь физически в другой точке мира.

Digital twin продукта или изделия позволяет отслеживать процесс его использования клиентами. Это предоставляет неограниченный потенциал для оптимизации.

Создание цифровой копии: технология и применение

Для создания цифровой копии объекта или системы нужно учитывать свойства физической сущности, которую необходимо воспроизвести в виртуальном пространстве. Функциональность может быть разной: например, авиационный электродвигатель требует сложных математических вычислений, а для создания модели сортировочного центра необходимо учитывать слаженное взаимодействие элементов. Цифровой двойник должен предупреждать возможные проблемы еще до начала эксплуатации.

Для создания цифровой копии объекта нужно иметь:

• физическую сущность с установленными датчиками и метриками;
• специальное программное обеспечение - платформу;
• связь между физическим и цифровым оборудованием.

Процесс создания цифровой копии всегда начинается с обследования объекта, изучения всех его свойств и особенностей работы. Разработчики и технические специалисты работают вместе, т.к. последние хорошо разбираются в предмете и знают, какие проблемы могут возникнуть при эксплуатации.

На основе математического описания сущности и после сбора данных телеметрии с датчиков, создается статичная модель будущего цифрового двойника. Она показывает то, как устроен объект, как расположены в пространстве его элементы. Затем статичную модель превращают в динамическую, "оживляя" ее описаниями рабочих процессов. Исследуются все возможные варианты поведения объекта как в обычной, так и в нештатной или аварийной ситуации. Технические специалисты пишут сценарии и составляют чек-листы для проверки работоспособности, проводятся различные виды тестовых испытаний.

Создание динамической симуляционной модели - это не единственный этап процесса создания цифрового двойника. Виртуальная копия развивается параллельно со своим прототипом и используется для тестирования перед внесением изменений в реальную систему. Например, в аэрокосмической отрасли технология используется для отслеживания самолетов, точного определения погоды, обнаружения неисправностей и их прогнозирования. Это позволяет значительно сократить простои оборудования. Логистические компании используют цифровые двойники для повышения производительности за счет мониторинга веса.

Цифровые двойники физических объектов уже не фантастика, а реальность. Технология будущего активно используется в производстве, банковском деле и других сферах. Благодаря цифровым копиям изделий, оборудования, производственных, финансовых, логистических процессов бизнес становится эффективнее, а продукты и услуги - качественнее.

Фото: freepik.com