Цифрові двійники: що це за технологія і як вона допоможе відновити Україну — аналітика

Щоб перевірити продукт, технологію або гіпотезу на практиці, можна створити віртуальний аналог об’єкту — цифрові двійники, використовуючи реальні дані. Так, розробивши, наприклад, точну копію логістичної інфраструктури міста або країни, можна оптимізувати її роботу, протестувати нововведення, а також відслідковувати зміни в режимі реального часу. Як це працює та чи можна технологію використати для відновлення України, розглянемо далі

Digital Twin Фото: unsplash.com

Цифровий двійник (Digital Twin) — це комплексна цифрова модель середовища, продукту або системи, яка використовує реальні дані для створення симуляцій і прогнозування без впливу на реальний аналог. Її також називають технологією створення віртуальних клонів. Вона дозволяє перевіряти відразу декілька гіпотез або тестувати продукти.

В програмах цифрових двійників використовуються інструменти штучного інтелекту, моделювання та аналітики даних, Інтернету речей (IoT), доповненої, віртуальної та штучної реальності.

Система Digital Twin давно вийшла за межі звичайного виробничого процесу товарів і сфери послуг, і сьогодні може використовуватись в значно більших масштабах. Вона дозволяє моделювати / імітувати будь-який об’єкт, наприклад, вітрові електростанції, реактивні двигуни і навіть цілі міста.

Концепція «віртуальних клонів» не нова: її вперше представив у 2002 році Майкл Грівз, виконавчий директор та головний науковий співробітник Інституту цифрових двійників. Але аж до другої половини 2010-х створення комп’ютеризованих систем, які повторюють характеристики фізичних об’єктів майже в режимі реального часу, було неможливим через технічні обмеження. І лише суттєвий прорив у розвитку цифрових технологій, що дозволив збільшити обчислювальні потужності і знизити ціну їх використання, розв’язав руки новаторам.

Світова індустрія цифрових двійників оцінювалася в $6,5 млрд у 2021 році і за прогнозами досягне $125,7 млрд до 2030 року, зростаючи на 39,48% в середньорічному обчисленні. Зростання Інтернету речей та хмарних технологій, а також прагнення скоротити витрати та час на розробку продуктів — ключові фактори, що зумовлюють це зростання.

Ознайомимось з Digital Twin більш детально на прикладі традиційного використання (в бізнес сфері), а після спробуємо масштабувати концепцію, розглянувши, як вона може бути використана для відновлення України.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Як цифровізація зменшила кількість корупційних схем в будівельній сфері України

Digital Twin Фото: pixabay.com

Як працює технологія цифрових двійників?

Цифровий двійник базується на трьох ключових елементах:

• раніше зібрана інформація — це історичний журнал даних про продуктивність конкретних систем, окремих машин і процесів в цілому;
• поточні дані (що отримуються в режимі реального часу) — надходять від різних датчиків, виробничих систем, платформ, ланцюгів дистрибуції тощо. Поточні дані також включають інформацію від інших бізнес-підрозділів, таких як служба підтримки клієнтів і відділ продажів;
• дані майбутнього: це змодельована продуктивність, що базується на алгоритмах машинного навчання і включає дані від інженерів.

Цифровий двійник отримує дані з фізичного активу, процесу або системи в режимі реального часу. Всі тести, аналізи та оцінки, що виконуються інженерами, базуються на реальних умовах. Це не синтетичне тестове середовище. Отже, цифрові двійники дозволяють тестувати машини і системи в цифровому середовищі, але в реальних умовах.

З подальшим розвитком машинного навчання та великих даних ці віртуальні моделі машин стануть ключовим компонентом сучасної інженерії, оскільки вони продовжуватимуть стимулювати майбутні інновації.

Раніше ми писали, що Рада схвалила проєкт цифровізації держапарату. Ця ініціатива дозволяє спростити процедуру впровадження цифрових технологій у держапарат, що у перспективі має значно підвищити ефективність роботи держорганів.

Які типи цифрових двійників існують?

Двійники компонентів

Двійник компонента — це представлення або симуляція окремої частини продукту або процесу. Він може бути використаний для тестування впливу ваги, тепла або інших стресових факторів на окрему частину продукту, наприклад, екран або механічний вузол.

Двійники активів

Ця динамічна віртуальна модель існуючого фізичного активу підтримується в актуальному і точному стані за допомогою постійних даних в режимі реального часу і використовується для тестування роботи двох або більше компонентів разом. Наприклад, двійник активу може являти собою копію конвеєра, що дозволяє компанії тестувати різні конфігурації, щоб максимізувати виробництво і зменшити кількість помилок.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Курс на цифровізацію: сценарій розвитку сфери банківського обслуговування

Digital Twin Фото: unsplash.com

Системні двійники

Двійник системи — це рівень вище від двійника активу, оскільки він є цифровим представленням більшої системи, в якій функціонують критичні активи (в цьому прикладі, це весь заводський цех). Цей двійник не тільки тестує різні результати і аналізує дані, але й може рекомендувати покращення продуктивності.

Інфраструктурні двійники

Цифровий двійник інфраструктури — це тривимірне цифрове представлення об’єкта або системи з інженерною точністю. Згідно з Консорціумом цифрових двійників, цей підтип унікальний тим, що повинен мати міліметрову точність, геопросторове вирівнювання та підтримку складних 3D-інженерних схем.

Цінність та переваги цифрових двійників

Прискорена оцінка ризиків і скорочення часу виробництва

Ця технологія дозволяє компаніям тестувати та перевіряти продукт ще до того, як він з’явиться в реальному світі. Створюючи копію запланованого виробничого процесу, цифровий двійник дозволяє інженерам виявити будь-які збої в процесі до того, як продукт буде запущено у виробництво.

Інженери можуть вивести систему з ладу, щоб синтезувати неочікувані сценарії, дослідити реакцію системи та визначити відповідні стратегії пом’якшення наслідків. Ця нова можливість покращує оцінку ризиків, прискорює розробку нових продуктів і підвищує надійність виробничої лінії.

Раніше ми писали, чим відрізняються цифрові валюти від електронних грошей?

Прогнозоване обслуговування

Оскільки датчики Інтернету речей подвійної системи генерують великі обсяги даних в режимі реального часу, підприємства можуть більш точно планувати профілактичне обслуговування, тим самим підвищуючи ефективність виробничої лінії і знижуючи витрати на технічне обслуговування.

Digital Twin Фото: unsplash.com

Віддалений моніторинг в режимі реального часу

Часто дуже важко або навіть неможливо отримати детальний огляд великої фізичної системи в режимі реального часу. Однак до двійника можна отримати доступ з будь-якого місця, що дозволяє користувачам віддалено відстежувати і контролювати продуктивність системи.

Покращена командна співпраця

Автоматизація процесів і доступ до системної інформації в режимі 24/7 дозволяють технічним фахівцям більше зосередитися на міжкомандній співпраці, підвищуючи продуктивність і операційну ефективність.

Прийняття фінансових рішень на основі даних

Наявність великої кількості даних у реальному часі та розширеної аналітики дозволяє компаніям приймати кращі та швидші рішення про те, чи є коригування виробничо-збутового ланцюга фінансово обґрунтованими.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Європарламент ухвалив закон про цифрові гаманці

Провайдери цифрових двійників

Провайдерами в цій галузі називають компанії, які надають послуги зі створення цифрових двійників та управління ними. До списку найвідоміших відносяться:

1. General Electric (GE) — провідний виробник техніки та обладнання для різних галузей промисловості. GE Digital, підрозділ GE, пропонує платформу Predix, яка дозволяє створювати та керувати цифровими двійниками для різних промислових процесів. Predix забезпечує збір та аналіз даних із різних джерел та надає користувачам можливість створювати аналітичні моделі для прогнозування результатів різних операцій та виробничих процесів.
2. Azure — хмарна платформа від Microsoft, яка пропонує інфраструктуру для розробки та виконання різних застосунків. Azure Digital Twins — це рішення для створення цифрових двійників, яке дає можливість інженерам і розробникам створювати точні моделі фізичних об’єктів, процесів і систем, що дозволяє керувати ними в реальному часі.
3. Siemens — це ще один провідний виробник техніки та обладнання для промислових процесів. Siemens Digital Industries Software пропонує рішення для створення цифрових двійників, що дозволяє інженерам створювати точні моделі різних систем, процесів і машин.
4. Cisco Connected Asset Manager — дає змогу створювати цифрові двійники для виробничого обладнання та інфраструктури. Система націлена на підвищення ефективності та безпеки виробництва, а також забезпечення можливості відстеження та прогнозування роботи реальних об’єктів.
5. IBM Watson IoT Platform — надає можливість створювати цифрові двійники для будь-яких об’єктів, які підключені до IoT-систем. Це дозволяє зібрати та обробити великий обсяг даних із сенсорів та інших джерел, щоб створити точну віртуальну модель реального об’єкта.
6. Oracle Digital Twin — дозволяє створювати цифрові двійники для виробничого обладнання, будівель та інфраструктури. Хмарні сервіси бренду відкривають перед компаніями можливість розробляти цифрові аналоги своїх фізичних активів.

Раніше ми писали про цифрові і фінансові перемоги України у 2022 році.

Digital Twin Фото: pixabay.com

Кейси використання цифрових двійників

Багато компаній в різних галузях вже використовують технологію Digital Twin. Ось кілька прикладів:

• BMW — компанія використовує цифрові двійники, щоб створити точну віртуальну модель реальних автомобілів, що дозволяє проводити тестування та вдосконалення перед виробництвом, а також покращує планування та управління логістикою;
• вугільна компанія Anglo American використовує цифрові двійники, щоб створити точні моделі гірничих об’єктів та обладнання, що дозволяє оптимізувати роботу шахти та зменшити ризики для працівників;
• компанія Lockheed Martin використовує цифрові двійники для створення віртуальних прототипів різних космічних апаратів та літаків, що дозволяє проводити тестування та оптимізувати їх дизайн;
• інтернет-магазин Alibaba використовує цифрові двійники, щоб створити точні копії своїх складів та логістичної інфраструктури, що дозволяє покращити управління запасами та оптимізувати роботу в цілому.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Мінцифри презентували ініціативу Digitality: Що відомо про проєкт

Цифрові двійники, як шлях для відновлення України

Технологія Digital Twin може бути використана в багатьох аспектах відновлення України:

1. Інфраструктура. За допомогою цифрових двійників можна створити віртуальні моделі міст та ряду інфраструктурних об’єктів. Це дозволить покращити планування, управління будівництвом та реконструкцією доріг, мостів, аеропортів, інших об’єктів.
2. Енергетика. Технологія може бути використана для відновлення енергетичної мережі, в тому числі для створення альтернативних джерел енергії (сонячних ферм, вітрових та гідро- електростанцій). Також цифрові двійники здатні оптимізувати процеси використання наявних ресурсів, щоб зменшити витрати та підвищити ефективність.
3. Землеробство. Зокрема, це відстеження рівня забруднення ґрунтів, контроль використання ресурсів та оптимізація вирощування різних культур. Ба більше, Digital Twin дозволяє керувати запасами палива, прогнозувати врожай та забезпечити збір даних про стан рослин.
4. Логістика. Окрім відновлення транспортної інфраструктури, Digital Twin можна використати і для планування оптимальних логістичних шляхів, відслідковування стану доріг та мостів, можливих заторів, контролю за рухом транспорту та забезпечення безпеки на всіх маршрутах.
5. Медицина. Діджиталізація системи охорони здоров’я в Україні вже активно відбувається, зокрема, нещодавно тільки притих суспільний резонанс відносно електронних рецептів.

Технологія створення віртуальних клонів, безумовно, допоможе з оптимізацією галузі, зокрема, може бути використана для покращення процесу збирання та аналізу інформації про стан здоров’я громадян на рівні держави, розробку нових підходів до вирішення актуальних проблем, наприклад, з завантаженістю лікарів та чергами.

Також цифрові двійники можуть допомогти у прогнозуванні епідемій та контролювати їх поширення. Наприклад, компанія BlueDot використовує аналіз даних та створення цифрових двійників для прогнозування поширення хвороб та епідемій.

6. Фінанси. У цій сфері технологія цифрових двійників може бути використана для прогнозування економічних показників та моделювання різних економічних сценаріїв. Наприклад, Digital Twin може допомогти в ефективному управлінні валютним ринком, прийнятті рішень щодо інвестицій.

Також технологію можна використати в розробці цифрових валют та блокчейн-рішень, що може значно полегшити фінансові операції та зменшити витрати на обробку транзакцій.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Зелені облігації — золота жила для інвесторів та одне із джерел відновлення України

Інше призначення — створення цифрових профілів компаній та підприємств для збору та аналізу даних про їх діяльність. Завдяки цій інформації можна розробити ефективніші стратегії управління та планування, ба більше, вивести економіку з тіні.

Наприклад, JPMorgan Chase використовує цифрові двійники для відстеження та аналізу фінансових операцій, що дозволяє швидше виявити шахрайство та зменшити ризики.

Систему цифрових клонів застосовують і для створення інноваційних фінансових інструментів, які можуть забезпечити доступ до кредитів та інвестицій для розвитку інфраструктури та економіки країни. Наприклад, компанія Digital Asset Holdings розробила платформу для створення та використання «умовних» контрактів на основі технології цифрових двійників.

7. Житлово-комунальне господарство. Технологія цифрових двійників може допомогти підвищити ефективність управління ЖКГ та зменшити витрати на енергоспоживання в житлових будинках. Наприклад, виробник систем управління будівлями Schneider Electric використовує цифрові двійники для оптимізації енергоспоживання в будівлях. Ці технології дозволяють вимірювати, аналізувати та передавати дані про споживання енергії, води та інших ресурсів.

Компанія L+M Development Partners використовує технологію цифрових двійників для відстеження та контролю над будівельними проєктами. Ця технологія дозволяє встановити теоретичну модель будівлі з даними, зібраними на реальному будівництві, і виявляти будь-які розбіжності між ними.

Яке майбутнє ринку цифрових двійників?

Хоча цифрові двійники вже застосовуються в багатьох галузях, попит на цю технологію буде продовжувати зростати. Справжній потенціал технології ще належить розкрити. Подальший розвиток великих даних і машинного навчання допоможе віднайти справжні можливості системи.

Також Digital Twin можна використати в будь-якій галузі в рамках відновлення України. Зокрема, створення цифрової копії об’єктів дозволяє перевіряти дієвість нововведень ще до того, як вони були запроваджені. Чи буде технологія активно використовуватись, побачимо з часом.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:

Як вплинула держпідтримка на відновлення іпотечного ринку: дані НБУ

У ЄС запропонували новий механізм використання російських активів для відновлення України

Світовий Банк схвалив використання майданчика Prozorro для відновлення української економіки

За матеріалами forbes.com, globallogic.com, uk.wikipedia.org.