Цифровой двойник: для чего служит и как создается?
Цифровой двойник, или digital twin - это виртуальная реплика какого-либо материального (или даже абстрактного) объекта, процесса или события. Зачастую это технология, которая относится к четвертой промышленной революции, которая происходит в наши дни. Digital twin помогает выявлять потенциальные проблемы, прогнозировать изменения и в конечном счете, повышает эффективность бизнеса. Рассмотрим более подробно, как это работает и какие преимущества приносит.
Что такое цифровой двойник и как он отличается от цифрового профиля? Несмотря на то, что технология цифровых двойников вызывает много обсуждений, многим не до конца ясно, в чем заключается ее суть. Более того, определение этого понятия очень похоже на определение другого термина - «цифровой профиль», что вносит дополнительную путаницу. Давайте разберемся, чем цифровые двойники отличаются от цифровых профилей.
Исходя из истории
Идея использования цифровых двойников возникла еще в прошлом веке, когда в НАСА стали применять симуляцию космического корабля при его постройке, тестировании и запуске. Позже, в связи с цифровым развитием бизнеса, возник интерес к этой концепции. Однако создание полноценной цифровой копии объекта в реальном времени стало возможным только после развития искусственного интеллекта, машинного обучения и интернета вещей, так как между этими технологиями существуют тесные связи.
Определение цифровых двойников
Точного определения цифровых двойников не существует - на различных ресурсах понимание этого термина может отличаться. В принципе, цифровой двойник является постоянно изменяющимся цифровым профилем, содержащим информацию о текущих и исторических данных объекта или процесса. Это изменяемое объясняется тем, что он регулярно обновляется новой информацией: документами, фото и видео материалами, сведениями о транзакциях, данными о геолокации и т. д. Таким образом, цифровой двойник представляет наиболее точное описание текущего состояния объекта или процесса, однозначно идентифицируя его. Кроме того, он может предсказывать будущее поведение объекта в различных ситуациях благодаря возможностям искусственного интеллекта и машинного обучения.
За жизненным циклом объекта (процесса) следует цифровая копия. В случае со строительством здания, скажем, цикл начинается с финансирования и заканчивается эксплуатацией. На каждом этапе процесса постоянно появляется новая информация: договоры, счета, фотографии, схемы, отчеты, камеры и т. д. Информация постоянно обновляется: устаревшая информация заменяется новой, более актуальной. Цифровой двойник представляет всю эту информацию: структурированную, лишенную ошибок и дублирования. Он предоставляет точную характеристику объекта в текущий момент и замечает любые изменения, которые происходят.
Помимо реальных объектов (людей, зданий, продуктов и техники), можно создать цифровой двойник виртуальной системы или процесса, например, в случае распространения коронавируса.
Цифровой двойник связан с физическим объектом (процессом) через "интернет вещей" (IoT). На основании информации, поступающей с
Создание цифровой копии: как это происходит
Процесс создания цифрового двойника зависит от физической сущности, для которой он создается. Авиационный электродвигатель, например, является отдельным, но достаточно сложным объектом, для описания работы которого требуются непростые математические вычисления. В случае, если нужно создать модель системы автоматизации сортировочного центра, подход к созданию будет совсем другим. Здесь каждый элемент (транспортная линия) сам по себе не представляет сложности, но важно их бесперебойное слаженное взаимодействие в нормальных и экстремальных условиях. Поэтому при разработке цифрового двойника необходимо учитывать этот аспект, так как одна из его главных задач - предупреждать проблемы еще до начала эксплуатации.
Для создания цифровой копии объекта или системы необходимы следующие компоненты:
- физическая сущность с установленным комплектом датчиков, метрик;
- специальное программное обеспечение - платформа;
- постоянная связь между физическим и цифровым оборудованием.
Процесс создания цифровой копии всегда начинается с обследования объекта или системы для изучения всех его свойств и функционирования. Разработчики действуют совместно с техническими специалистами на стороне заказчика, так как последние хорошо разбираются в предмете и знают, какие проблемы могут возникнуть в процессе эксплуатации.
На основе математического описания объекта, после сбора данных телеметрии с датчиков, создается линейная или древовидная модель будущего цифрового двойника. На этом этапе модель еще статична и показывает, как устроен объект и как расположены его элементы в пространстве.
Затем статичную модель превращают в динамическую, «оживляя» ее описаниями рабочих процессов. На этом этапе исследуются все возможные варианты поведения объекта как в обычной, так и в нештатной или аварийной ситуации. Технические специалисты разрабатывают сценарии и составляют чек-листы для проверки работоспособности, проводятся различные виды тестовых испытаний. В дальнейшем, во время пуско-наладочных работ на реальном объекте (если речь идет об оборудовании), это позволит экономить до 90% времени.
Создание динамической симуляционной модели - это только начало процесса. Цифровой двойник продолжает жить параллельно со своим прототипом и развиваться вместе с ним. Прежде чем вносить изменения в реальную систему, они тестируются на цифровом двойнике, что позволяет экономить время и деньги.
Одним из примеров использования цифровых двойников в аэрокосмической отрасли является отслеживание самолетов, точное определение погоды и своевременное обнаружение (и прогнозирование) неисправностей. Это позволяет свести к минимуму простои оборудования. Например, голландской авиакомпании KLM удалось сократить случаи задержки и отмены рейсов вдвое. Технология также помогает повысить производительность в логистике за счет мониторинга веса, что дает возможность точно знать, какая максимальная нагрузка допустима в том или ином случае, что избавляет транспортные компании от необходимости ограничивать вес грузов ради перестраховки.
Цифровые двойники физических объектов уже не являются фантастикой, а стали реальностью. Технология будущего активно используется в производстве, банковском деле и других сферах. Благодаря цифровым копиям изделий, оборудования, производственных, финансовых, логистических процессов бизнес становится более эффективным, а продукты и услуги - качественными.
Фото: freepik.com