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.

Цифровые двойники стали одним из самых горячих IT-трендов в последние годы, но мало кто понимает их суть. Часто этот термин путают с другим — «цифровой профиль». Чем же цифровой двойник отличается от цифрового профиля? Давайте разберемся.

Концепция цифровых двойников возникла еще в прошлом веке, когда национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) применило технологию симуляции космических кораблей для их строительства, тестирования и запуска. В последующие годы, по мере цифровизации бизнеса, интерес к этой идее возобновился. Однако, создание полноценной цифровой копии объекта в реальном времени стало возможным только с развитием искусственного интеллекта, машинного обучения и Интернета вещей.

Цифровой двойник представляет непрерывно меняющийся цифровой профиль, содержащий текущие и исторические данные об объекте или процессе. Digital twin регулярно обогащается новой информацией: документами, фото и видео, сведениями о транзакциях, данными о геолокации и тому подобным. Цифровой двойник может предсказывать будущее поведение объекта при разных изменениях благодаря свойствам искусственного интеллекта и машинного обучения.

Цифровая копия сопровождает объект или процесс на протяжении всего жизненного цикла. Информация регулярно обновляется, что позволяет цифровому двойнику наиболее точно описывать текущее состояние объекта или процесса, точно его идентифицировать и предсказывать будущее поведение объекта. Существуют различные виды цифровых двойников: прототип, экземпляр и агрегированный экземпляр, каждый со своими уникальными свойствами и возможностями.

Цифровые двойники имеют множество преимуществ, что делает их популярным решением в бизнесе:

• Цифровой двойник точно показывает, как работает объект, позволяя заметить и вовремя устранить неисправности или слабые места. С помощью цифровой копии можно увидеть ошибки еще до того, как продукт будет запущен в производство.
• 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, что предоставляет неограниченный потенциал для оптимизации.
• Цифровой двойник предсказывает будущее поведение объектов, давая возможность быть на шаг впереди времени
• Цифровой двойник дает возможность проводить эксперименты над объектом: разрушать, уничтожать, воспроизводить неограниченное количество раз, находить правильное решение в определенной ситуации.
• Цифровой двойник позволяет разобраться со всеми свойствами, особенностями и возможностями реального объекта.

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