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.
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
Технология создания цифровых двойников зависит от свойств физических объектов, для которых необходимо сделать виртуальную копию. Объект может представлять собой сложную конструкцию, как, например, авиационный электродвигатель, для описания работы которого требуются сложные математические вычисления. А если ставится задача представить модель системы автоматизации сортировочного центра, то подход будет совершенно иным: каждый элемент здесь не представляет особой сложности сам по себе, но огромное значение имеет их слаженное взаимодействие в различных ситуациях, в том числе экстремальных. При создании цифрового двойника необходимо учитывать этот момент, так как важнейшей задачей является предупреждение возможных проблем еще до начала эксплуатации.
Для создания цифровых двойников необходимо:
- физический объект с датчиками и метриками;
- специальное программное обеспечение;
- постоянная связь между физическим и цифровым оборудованием.
Процесс создания цифровой копии всегда начинается с тщательного обследования объекта или системы, изучения всех свойств и особенностей функционирования. В разработке участвуют не только разработчики, но и технические специалисты со стороны заказчика, которые хорошо знакомы с предметом и возможными проблемами.
С помощью математического описания сущности и данных, собранных с датчиков, создается модель будущего цифрового двойника. На этапе создания статичной модели показывается, как объект устроен и как расположены его элементы в пространстве.
Затем модель превращается в динамическую, описывающую рабочие процессы. Исследуются все возможные варианты поведения объекта, как в обычном, так и в непредвиденных ситуациях. Технические специалисты составляют чек-листы для проверки его работоспособности и проводят различные виды тестов. Благодаря такому подходу во время пусконаладки реального объекта экономится до 90% времени.
Но создание динамической симуляционной модели – не последний этап в создании цифровых двойников. Виртуальная копия продолжает жить параллельно с прототипом и развиваться вместе с ним. Прежде чем внести изменения в реальную систему, их тестируют на двойнике, что экономит время и деньги.
Применение цифровых двойников уже является реальностью. В аэрокосмической отрасли технология используется, чтобы точно определять положение самолетов, определять погоду и раньше понимать, когда оборудование может выйти из строя. Авиакомпания KLM с помощью цифровых копий удалось сократить задержки и отмены рейсов на 50%. В логистике создание цифровых двойников помогает повысить производительность методом мониторинга веса.
Цифровые двойники физических объектов позволяют бизнесу стать эффективнее и продукты/услуги более качественными. Технология будущего уже нашла свое применение в банковском деле, производстве и других сферах.
Фото: freepik.com