Цифровой двойник: для чего служит и как создается?

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.

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.

Цифровая версия: Как создают цифровые двойники

Процесс создания цифровых двойников зависит от физической сущности, для которой нужно создать виртуальную копию. Например, авиационный электродвигатель требует сложных математических вычислений, в то время как система автоматизации сортировочного центра тербует установки датчиков и специальной платформы. Один из основных предназначений цифрового двойника - предотвращать возможные проблемы на ранних этапах.

Для создания цифровых двойников некоей физической системы требуются:

• Сама физическая сущность с установленным комплектом датчиков и метрик;
• Специальное программное обеспечение – т.н. платформа;
• Постоянная связь между физическим и цифровым оборудованием.

Процесс создания цифровых двойников всегда начинается с обследования объекта, изучения всех его свойств и особенностей функционирования. Разработчики работают с техническими специалистами заказчика, чтобы лучше понимать предмет и избегать проблем с эксплуатацией.

На основе математического описания сущности и после сбора телеметрических данных создается модель цифрового двойника, которая может быть как линейной, так и древовидной. Как правило, модель статична и показывает, как объект устроен и как его элементы расположены.

Затем статичную модель превращают в динамическую, «оживляя» ее описаниями рабочих процессов. На этом этапе исследуются все варианты поведения объекта – как в обычных, так и экстремальных условиях. Технические специалисты пишут сценарии, составляют чек-листы для проверки работоспособности, проводят различные виды тестовых испытаний. Впоследствии, при пусконаладке реального объекта, это помогает сократить время на 90%.

Написание динамической симуляционной модели – не единственный процесс, который происходит при создании цифровой копии. Виртуальная копия существует параллельно с оригиналом и развивается вместе с ним. Изменения тестируются на двойнике, экономя таким образом время и деньги, прежде чем они вносятся в реальную систему.

Цифровые двойники находят широкое применение в различных сферах, например, в аэрокосмической индустрии, где они используются для отслеживания самолетов и определения погоды, а также для своевременного обнаружения неисправностей. В логистике помогает повысить производительность за счет мониторинга веса. Благодаря цифровым копиям, изделия, оборудование, производственные, финансовые и логистические процессы становятся более эффективными, продукты и услуги более качественными.

Фото: freepik.com