Цифровой двойник: для чего служит и как создается?
Виртуальная копия любого материального или нематериального объекта, процесса или явления называется цифровым двойником. Она часто упоминается в контексте четвертой промышленной революции, которая происходит прямо сейчас в нашем мире. Использование цифровых двойников (digital twin) помогает не только вовремя выявлять проблемы, но и прогнозировать изменения, улучшать бизнес-процессы и, в итоге, делать бизнес более эффективным. Давайте разберемся, каким образом это происходит и какую роль играют цифровые двойники в нашей жизни.
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
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