Цифровые двойники: что это за технология и как она поможет восстановить Украину

Чтобы проверить продукт, технологию или гипотезу на практике, можно создать виртуальный аналог объекта — цифровые двойники, используя реальные данные. Так, разработав, например, точную копию логистической инфраструктуры города или страны, можно оптимизировать ее работу, протестировать нововведения, а также отслеживать изменения в режиме реального времени. Как это работает и можно ли технологию использовать для восстановления Украины, рассмотрим далее

Digital Twin Фото: unsplash.com

Цифровой двойник (Digital Twin) — это комплексная цифровая модель среды, продукта или системы, которая использует реальные данные для создания симуляций и прогнозирования без влияния на реальный аналог. Ее также называют технологией создания виртуальных клонов. Она позволяет проверять сразу несколько гипотез или тестировать продукты.

В программах цифровых двойников используются инструменты искусственного интеллекта, моделирования и аналитики данных, Интернета вещей (IoT), дополненной, виртуальной и искусственной реальности.

Система Digital Twin давно вышла за пределы обычного производственного процесса товаров и сферы услуг, и сегодня может использоваться в значительно больших масштабах. Она позволяет моделировать / имитировать любой объект, например, ветровые электростанции, реактивные двигатели и даже целые города.

Концепция «виртуальных клонов» не нова: ее впервые представил в 2002 году Майкл Гривз, исполнительный директор и главный научный сотрудник Института цифровых двойников. Но вплоть до второй половины 2010-х создание компьютеризированных систем, повторяющих характеристики физических объектов почти в режиме реального времени, было невозможным из-за технических ограничений. И только существенный прорыв в развитии цифровых технологий, позволивший увеличить вычислительные мощности и снизить цену их использования, развязал руки новаторам.

Мировая индустрия цифровых двойников оценивалась в $6,5 млрд в 2021 году и по прогнозам достигнет $125,7 млрд к 2030 году, прогрессируя на 39,48% в среднегодовом исчислении. Рост Интернета вещей и облачных технологий, а также стремление сократить расходы и время на разработку продуктов — ключевые факторы, обуславливающие этот рост.

Ознакомимся с Digital Twin более подробно на примере традиционного использования (в бизнес сфере), а после попробуем масштабировать концепцию, рассмотрев, как она может быть использована для восстановления Украины.

Digital Twin Фото: pixabay.com

Как работает технология цифровых двойников?

Цифровой двойник базируется на трех ключевых элементах:

ранее собранная информация — это журнал данных о производительности конкретных систем, отдельных машин и процессов в целом;
текущие данные (получаемые в режиме реального времени) — поступают от различных датчиков, производственных систем, платформ, цепей дистрибуции и т.д. Текущие данные также включают информацию от других бизнес-подразделений, таких как служба поддержки клиентов и отдел продаж;
данные будущего: это смоделированная производительность, основанная на алгоритмах машинного обучения и включающая данные от инженеров.

Цифровой двойник получает данные из физического актива, процесса или системы в режиме реального времени. Все тесты, анализы и оценки, выполняемые инженерами, базируются на реальных условиях. Это не синтетическая тестовая среда. Следовательно, цифровые двойники позволяют тестировать машины и системы в цифровой среде, но в реальных условиях.

С дальнейшим развитием машинного обучения и больших данных эти виртуальные модели машин станут ключевым компонентом современной инженерии, поскольку они будут продолжать стимулировать будущие инновации.

Ранее мы писали, что Рада одобрила проект цифровизации госаппарата. Эта инициатива позволяет упростить процедуру внедрения цифровых технологий в госаппарат, что в перспективе должно значительно повысить эффективность работы госорганов.

Какие типы цифровых двойников существуют?

Двойники компонентов

Двойник компонента — это представление или симуляция отдельной части продукта или процесса. Он может быть использован для тестирования воздействия веса, тепла или других стрессовых факторов на отдельную часть продукта, например, экран или механический узел.

Двойники активов

Эта динамическая виртуальная модель существующего физического актива поддерживается в актуальном и точном состоянии с помощью постоянных данных в режиме реального времени и используется для тестирования работы двух или более компонентов вместе. Например, двойник актива может представлять собой копию конвейера, что позволяет компании тестировать различные конфигурации, чтобы максимизировать производство и уменьшить количество ошибок.

Digital Twin Фото: unsplash.com

Системные двойники системы

Двойник системы — это уровень выше двойника актива, поскольку он — цифровое представление более крупной системы, в которой функционируют критические активы (в этом примере, это весь заводской цех). Этот двойник не только тестирует различные результаты и анализирует данные, но и может рекомендовать улучшения производительности.

Инфраструктурные двойники

Цифровой двойник инфраструктуры — это трехмерное цифровое представление объекта или системы с инженерной точностью. Согласно Консорциуму цифровых двойников, этот подтип уникален тем, что должен иметь миллиметровую точность, геопространственное выравнивание и поддержку сложных 3D-инженерных схем.

Ценность и преимущества цифровых двойников

Ускоренная оценка рисков и сокращение времени производства

Эта технология позволяет компаниям тестировать и проверять продукт еще до того, как он появится в реальном мире. Создавая копию запланированного производственного процесса, цифровой двойник позволяет инженерам выявить любые сбои в процессе до того, как продукт будет запущен в производство.

Инженеры могут вывести систему из строя, чтобы синтезировать неожиданные сценарии, исследовать реакцию системы и определить соответствующие стратегии смягчения последствий. Эта новая возможность улучшает оценку рисков, ускоряет разработку новых продуктов и повышает надежность производственной линии.

Ранее мы писали, чем отличаются цифровые валюты от электронных денег?

Прогнозируемое обслуживание

Поскольку датчики Интернета вещей двойной системы генерируют большие объемы данных в режиме реального времени, предприятия могут более точно планировать профилактическое обслуживание, тем самым повышая эффективность производственной линии и снижая затраты на техническое обслуживание.

Digital Twin Фото: unsplash.com

Удаленный мониторинг в режиме реального времени

Часто очень трудно или даже невозможно получить подробный обзор большой физической системы в режиме реального времени. Однако к двойнику можно получить доступ из любого места, что позволяет пользователям удаленно отслеживать и контролировать производительность системы.

Улучшенное командное сотрудничество

Автоматизация процессов и доступ к системной информации в режиме 24/7 позволяют техническим специалистам больше сосредоточиться на межкомандном сотрудничестве, повышая производительность и операционную эффективность.

Принятие финансовых решений на основе данных

Наличие большого количества данных в реальном времени и расширенной аналитики позволяет компаниям принимать лучшие и более быстрые решения о том, являются ли корректировки производственно-сбытовой цепи финансово обоснованными.

Провайдеры цифровых двойников

Провайдерами в этой области называют компании, которые предоставляют услуги по созданию цифровых двойников и управления ими. К списку самых известных относятся:

General Electric (GE) — ведущий производитель техники и оборудования для различных отраслей промышленности. GE Digital, подразделение GE, предлагает платформу Predix, которая позволяет создавать и управлять цифровыми двойниками для различных промышленных процессов. Predix обеспечивает сбор и анализ данных из различных источников и предоставляет пользователям возможность создавать аналитические модели для прогнозирования результатов различных операций и производственных процессов.
Azure — облачная платформа от Microsoft, которая предлагает инфраструктуру для разработки и выполнения различных приложений. Azure Digital Twins — это решение для создания цифровых двойников, которое дает возможность инженерам и разработчикам создавать точные модели физических объектов, процессов и систем, что позволяет управлять ими в реальном времени.
Siemens — это еще один ведущий производитель техники и оборудования для промышленных процессов. Siemens Digital Industries Software предлагает решение для создания цифровых двойников, что позволяет инженерам создавать точные модели различных систем, процессов и машин.
Cisco Connected Asset Manager — позволяет создавать цифровые двойники для производственного оборудования и инфраструктуры. Система нацелена на повышение эффективности и безопасности производства, а также обеспечение возможности отслеживания и прогнозирования работы реальных объектов.
IBM Watson IoT Platform — предоставляет возможность создавать цифровые двойники для любых объектов, которые подключены к IoT-системам. Это позволяет собрать и обработать большой объем данных с сенсоров и других источников, чтобы создать точную виртуальную модель реального объекта.
Oracle Digital Twin — позволяет создавать цифровые двойники для производственного оборудования, зданий и инфраструктуры. Облачные сервисы бренда открывают перед компаниями возможность разрабатывать цифровые аналоги своих физических активов.

Ранее мы писали о цифровых и финансовых победах Украины в 2022 году.

Digital Twin Фото: pixabay.com

Кейсы использования цифровых двойников

Многие компании в разных отраслях уже используют технологию Digital Twin. Вот несколько примеров:

BMW — компания использует цифровые двойники, чтобы создать точную виртуальную модель реальных автомобилей, что позволяет проводить тестирование и совершенствование перед производством, а также улучшает планирование и управление логистикой;
угольная компания Anglo American использует цифровые двойники, чтобы создать точные модели горных объектов и оборудования, что позволяет оптимизировать работу шахты и уменьшить риски для работников;
компания Lockheed Martin использует цифровые двойники для создания виртуальных прототипов различных космических аппаратов и самолетов, что позволяет проводить тестирование и оптимизировать их дизайн;
интернет-магазин Alibaba использует цифровые двойники, чтобы создать точные копии своих складов и логистической инфраструктуры, что позволяет улучшить управление запасами и оптимизировать работу в целом.

Цифровые двойники, как путь для восстановления Украины

Технология Digital Twin может быть использована во многих аспектах восстановления Украины:

Инфраструктура. С помощью цифровых двойников можно создать виртуальные модели городов и ряда инфраструктурных объектов. Это позволит улучшить планирование, управление строительством и реконструкцией дорог, мостов, аэропортов, других объектов.
Энергетика. Технология может быть использована для восстановления энергетической сети, в том числе для создания альтернативных источников энергии (солнечных ферм, ветровых и гидро- электростанций). Также цифровые двойники способны оптимизировать процессы использования имеющихся ресурсов, чтобы уменьшить расходы и повысить эффективность.
Земледелие. В частности, это отслеживание уровня загрязнения почв, контроль использования ресурсов и оптимизация выращивания различных культур. Более того, Digital Twin позволяет управлять запасами топлива, прогнозировать урожай и обеспечить сбор данных о состоянии растений.
Логистика. Кроме восстановления транспортной инфраструктуры, Digital Twin можно использовать и для планирования оптимальных логистических путей, отслеживания состояния дорог и мостов, возможных заторов, контроля за движением транспорта и обеспечения безопасности на всех маршрутах.
Медицина. Диджитализация системы здравоохранения в Украине уже активно происходит, в частности, недавно только утих общественный резонанс относительно электронных рецептов.

Технология создания виртуальных клонов, безусловно, поможет с оптимизацией отрасли, в частности, может быть использована для улучшения процесса сбора и анализа информации о состоянии здоровья граждан на уровне государства, разработку новых подходов к решению актуальных проблем, например, с загруженностью врачей и очередями.

Также цифровые двойники могут помочь в прогнозировании эпидемий и контролировать их распространение. Например, компания BlueDot использует анализ данных и создание цифровых двойников для прогнозирования распространения болезней и эпидемий.

Финансы. В этой сфере технология цифровых двойников может быть использована для прогнозирования экономических показателей и моделирования различных экономических сценариев. Например, Digital Twin может помочь в эффективном управлении валютным рынком, принятии решений по инвестициям.

Также технологию можно использовать в разработке цифровых валют и блокчейн-решений, что может значительно облегчить финансовые операции и уменьшить затраты на обработку транзакций.

Другое назначение — создание цифровых профилей компаний и предприятий для сбора и анализа данных об их деятельности. Благодаря этой информации можно разработать более эффективные стратегии управления и планирования, более того, вывести экономику из тени.

Например, JPMorgan Chase использует цифровые двойники для отслеживания и анализа финансовых операций, что позволяет быстрее выявить мошенничество и уменьшить риски.

Систему цифровых клонов применяют и для создания инновационных финансовых инструментов, которые могут обеспечить доступ к кредитам и инвестициям для развития инфраструктуры и экономики страны. Например, компания Digital Asset Holdings разработала платформу для создания и использования «условных» контрактов на основе технологии цифровых двойников.

Жилищно-коммунальное хозяйство. Технология цифровых двойников может помочь повысить эффективность управления ЖКХ и уменьшить расходы на энергопотребление в жилых домах. Например, производитель систем управления зданиями Schneider Electric использует цифровые двойники для оптимизации энергопотребления в зданиях. Эти технологии позволяют измерять, анализировать и передавать данные о потреблении энергии, воды и других ресурсов.

Компания L+M Development Partners использует технологию цифровых двойников для отслеживания и контроля над строительными проектами. Эта технология позволяет установить теоретическую модель здания с данными, собранными на реальном строительстве, и выявлять любые расхождения между ними.

Будущее рынка цифровых двойников

Хотя цифровые двойники уже применяются во многих отраслях, спрос на эту технологию будет продолжать расти. Настоящий потенциал технологии еще предстоит раскрыть. Дальнейшее развитие больших данных и машинного обучения поможет найти истинные возможности системы.

Также Digital Twin можно использовать в любой отрасли в рамках восстановления Украины. В частности, создание цифровой копии объектов позволяет проверять действенность нововведений еще до того, как они были введены. Будет ли технология активно использоваться, увидим со временем.

В ЕС предложили новый механизм использования российских активов для восстановления Украины

Всемирный Банк одобрил использование площадки Prozorro для восстановления украинской экономики

По материалам forbes.com, globallogic.com, uk.wikipedia.org.

Цифровые двойники: что это за технология и как она поможет восстановить Украину — аналитика

Как работает технология цифровых двойников?