Эксперты ЛАНИТ выделили основные области применения цифровых двойников
Цифровые двойники — одна из самых востребованных и перспективных технологий мирового рынка.
В общем смысле цифровой двойник — это цифровая модель объектов реального мира, которая воспроизводит их форму и действия и обменивается с ними информацией. Технология содержит несколько частей: физический слой (объекты, явления и процессы реального мира), цифровой слой (представление физических объектов в виртуальном пространстве), программный слой (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, на базе которых строится взаимодействие физического объекта и его цифровой копии).
Цифровая модель — это виртуальная модель, которая не оказывает влияния на оригинал. К примеру, в космической отрасли цифровая модель спутника используется для отработки различных нештатных ситуаций и повышения надежности и эффективности реального аппарата. Понятие “цифровая тень” предполагает передачу информации от физического объекта его цифровому прототипу (цифровой браслет, транспортное приложение).
В полноценном цифровом двойнике обязательно задействован программный слой, объединяющий физический и цифровой объекты и позволяющий им взаимодействовать. Данная технология лежит в основе работы программы-навигатора, которая анализирует собранную с устройств информацию об их местонахождении и скорости перемещения и предлагает пользователю варианты наиболее подходящих маршрутов.
На данный момент развитие технологии находится на этапе объединения отдельных цифровых двойников в крупные сети. Эта возможность активно используется в том числе в промышленной сфере для создания программных аналогов заводов или буровых установок. Следующий этап — дополнение концепции цифрового двойника алгоритмами машинного обучения и искусственного интеллекта. Таким образом, развитие технологии движется к созданию прогнозных цифровых двойников, работа которых связана с большими массивами данных и исторической информации, что позволяет им прогнозировать будущие события.
Зарождение идеи цифровых двойников относится к 1980-м годам. В 1990-х начал развиваться интернет вещей, а в 2002 году понятие “цифровой двойник” в своей книге “Происхождение цифровых двойников” раскрыл Майкл Гривз из Мичиганского университета.
Официально термин “цифровой двойник” впервые был упомянут в 2010 году в отчете NASA о моделировании и симуляции, посвященном разработке максимально реалистичной виртуальной модели космического аппарата, которая должна была воспроизводить не только сам объект, но и все этапы его строительства, испытаний и полетов.
Один из наиболее ярких примеров реализации технологии, ориентированной на использование обычными людьми, — автомобиль Tesla. Цифровой двойник автомобиля проводит мониторинг состояния всех систем и в случае возникновения ошибок передает информацию на завод, где работа устройства корректируется в удаленном режиме. При дальнейшем развитии технологии будет реализована функция автопилота, предполагающая непрерывный обмен данными между высокотехнологичными автомобилями.
Основная задача цифрового двойника — улучшать управляемость сложных процессов или объектов. Так, в отраслях с высоким уровнем цифровизации технология применяется с целью повышения масштабируемости бизнеса без потери контроля над процессами, что ведет к значительному увеличению прибыли.
Использование цифровых двойников распространено в самых разных индустриях. Более узкое деление представлено в отчете Fortune Business Insights за 2021 год, согласно которому 75% мирового рынка приходится на долю категорий “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. Общий объем рынка оценивается в $6,75 млрд, а среднегодовой темп прироста превышает 40%.
Эксперты ЛАНИТ создали собственный “топ”, основанный на анализе предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации. В данном рейтинге наиболее подходящими для внедрения цифровых двойников отраслями являются индустрия городского хозяйства (безопасность, транспорт, сфера услуг итд), добыча полезных ископаемых (снижение рисков при добыче и переработке), строительная и архитектурная отрасли (проектирование зданий и прогнозирование их “поведения” в различных климатических условиях), а также промышленное производство (цифровые двойники продуктов и производственных линий).
Из всего разнообразия датчиков, обеспечивающих обмен информацией между объектом и его цифровым двойником, самым интересным решением стали системы компьютерного зрения. Они оснащены камерами различных диапазонов для передачи системам искусственного интеллекта изображения, анализ которого позволяет определить актуальное состояния объекта: его локацию, физические параметры и дефекты.
Разработка полноценных цифровых двойников связана с большими финансовыми вложениями и зачастую доступна только крупным компаниям или системным интеграторам. Использование аутсорсинга обосновано в случае возникновения запроса на разовое решение, поскольку позволяет существенно сэкономить ресурсы.
Время, требуемое для реализации проекта по созданию и внедрению цифрового двойника, зависит от масштабов задачи и величины предприятия. Однако в любом случае необходимо изучение объекта, его дооснащение датчиками, а также обучение персонала. В среднем период, требуемый для разработки минимально жизнеспособного продукта (MVP) составляет один календарный год.
Для заказчиков из Казахстана компания “ЛАНИТ-Интеграция” разработала высокоточные цифровые модели объектов культурного наследия, в число которых вошли как отдельные артефакты, так и целые здания. Проект был разделен на два этапа: создание трехмерного скана объекта и снятие текстуры в максимально высоком разрешении. Готовые виртуальные модели могут быть использованы как для научных исследований и реставрационных работ, так и для публичной демонстрации в сети. Помимо прочего, проект позволил сохранить в цифровом виде памятники и артефакты, которые могут быть разрушены под влиянием природных катаклизмов или человеческих действий.
Компания “Системы компьютерного зрения” ( входит в группу ЛАНИТ) осуществила проект по созданию цифрового двойника для крупного российского завода по изготовлению труб. Благодаря технологии определять дефекты в изделиях при высокой температуре и корректировать производственный процесс стало возможно без его остановки. Это значительно сократило время простоев, благодаря чему, по предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.
Быстрое развитие технологии позволит расширить область ее применения. Сейчас за рубежом идет разработка цифровых двойников мозга и тела человека, которые, по предварительным прогнозам, смогут увеличить продолжительность жизни. Индивидуальный цифровой двойник предоставит возможность выбирать оптимальные пути развития, а также предвосхищать развитие болезней.
Кроме того, планируется создание цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели — Digital Twin as a Service. Универсальность модели способствует упрощению процесса настройки технологии под потребности заказчика.