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.

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