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.

Цифровые двойники стали одним из самых горячих IT-трендов в последние годы, но мало кто понимает их суть. Часто этот термин путают с другим — «цифровой профиль». Чем же цифровой двойник отличается от цифрового профиля? Давайте разберемся.

Концепция цифровых двойников возникла еще в прошлом веке, когда национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) применило технологию симуляции космических кораблей для их строительства, тестирования и запуска. В последующие годы, по мере цифровизации бизнеса, интерес к этой идее возобновился. Однако, создание полноценной цифровой копии объекта в реальном времени стало возможным только с развитием искусственного интеллекта, машинного обучения и Интернета вещей.

Цифровой двойник представляет непрерывно меняющийся цифровой профиль, содержащий текущие и исторические данные об объекте или процессе. Digital twin регулярно обогащается новой информацией: документами, фото и видео, сведениями о транзакциях, данными о геолокации и тому подобным. Цифровой двойник может предсказывать будущее поведение объекта при разных изменениях благодаря свойствам искусственного интеллекта и машинного обучения.

Цифровая копия сопровождает объект или процесс на протяжении всего жизненного цикла. Информация регулярно обновляется, что позволяет цифровому двойнику наиболее точно описывать текущее состояние объекта или процесса, точно его идентифицировать и предсказывать будущее поведение объекта. Существуют различные виды цифровых двойников: прототип, экземпляр и агрегированный экземпляр, каждый со своими уникальными свойствами и возможностями.

Цифровые двойники имеют множество преимуществ, что делает их популярным решением в бизнесе:

• Цифровой двойник точно показывает, как работает объект, позволяя заметить и вовремя устранить неисправности или слабые места. С помощью цифровой копии можно увидеть ошибки еще до того, как продукт будет запущен в производство.
• 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, что предоставляет неограниченный потенциал для оптимизации.
• Цифровой двойник предсказывает будущее поведение объектов, давая возможность быть на шаг впереди времени
• Цифровой двойник дает возможность проводить эксперименты над объектом: разрушать, уничтожать, воспроизводить неограниченное количество раз, находить правильное решение в определенной ситуации.
• Цифровой двойник позволяет разобраться со всеми свойствами, особенностями и возможностями реального объекта.

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