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.

Цифровой двойник — это непрерывно обновляемый цифровой профиль объекта или процесса, использующийся для моделирования его поведения и прогнозирования будущих изменений. Идея использования цифровых двойников возникла еще в прошлом веке, но стала доступной только с развитием искусственного интеллекта, машинного обучения и интернета вещей. По своим возможностям цифровой двойник опережает цифровой профиль, который может лишь «помнить» то, что уже происходило.

Цифровая копия объекта (процесса) содержит документы, фото и видео, сведения о транзакциях, данных о геолокации и тому подобное. Он характеризует точное состояние объекта в текущий момент и фиксирует любые изменения. Цифровые двойники позволяют экономить ресурсы, увеличивать эффективность производственных процессов, удаленно управлять объектом, отслеживать процессы использования продуктов, проводить эксперименты над объектом и моделировать поведение групп объектов.

Однако цифровой двойник не обязательно воспроизводит свойства и состояние материальных предметов. Можно создать виртуальный двойник системы или процесса. Связующим звеном между физическим объектом и его цифровой копией служит интернет вещей.

Цифровой профиль человека — это набор информации о физическом лице, включающий личные данные, реквизиты документов, сведения о доходах и кредитную историю. Он обновляется автоматически при изменении данных в базах учреждений и используется банками, страховыми компаниями, финансовыми организациями, продавцами товаров и услуг. Общую часть имеют цифровые двойники и цифровые профили объектов, однако цифровой профиль человека не обладает такими возможностями, как цифровой двойник, и его прогностические возможности ограничены только памятью.

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