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: 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