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.

Как создаются цифровые двойники

Создание цифровых двойников зависит от свойств той физической сущности, для которой планируется создание виртуальной копии. Разработка цифровых двойников может наноситься на объекты, например, на авиационный электродвигатель, который сам по себе сложен, или на систему автоматизации сортировочного центра, которая состоит из отдельных элементов, но их взаимодействие важно.

Чтобы создать цифровой двойник, нужно:

• иметь физическую сущность, оборудованную комплектом датчиков и метрик;
• использовать специальное программное обеспечение – платформу;
• иметь постоянную связь между физической и цифровой техникой.

Процесс создания цифрового двойника всегда начинается с инспекции объекта, его свойств и способов функционирования. Разработчики работают вместе с техническими специалистами, которые хорошо знают объект и могут предугадывать возможные проблемы при его эксплуатации.

Для создания линейной или древовидной модели будущего цифрового двойника, после сбора данных телеметрии с датчиков, разработчики используют математическое описание объекта. На данном этапе статичная модель показывает, как устроен объект, как расположены его элементы.

Затем статическая модель конвертируется в динамическую и пополняется данными о рабочих процессах. Исследуются все возможные варианты поведения объекта как в обычной, так и в нештатной или аварийной ситуации. Технические специалисты пишут сценарии и составляют чек-листы для проверки работоспособности. Различные виды тестовых испытаний и пусконаладочной работы помогают эффективно эксплуатировать реальный объект, сокращая время до 90%.

Создание динамической симуляционной модели – это только начало процесса создания цифрового двойника. Виртуальная копия работает в паре с оригиналом и развивается вместе с ним. Все изменения в реальной системе проверяют на цифровой копии, чтобы экономить время и деньги.

Технология цифровых двойников уже не фантастика, а реальность. Они активно используются в таких отраслях, как производство, банки, логистика и другие. Благодаря цифровым копиям, бизнес становится эффективнее, а продукты и услуги становятся качественнее. Авиакомпании, например, с помощью цифровых копий сократили в два раза число задержек и отмен рейсов, а в логистике технология помогает определить максимальную нагрузку в транспортных компаниях и не ограничивать вес грузов.

Фото: freepik.com