Цифровые двойники и виртуальные профили — это виртуальные копии реального объекта, которые ведут себя подобно реальному объекту.
Введение
Цифровым двойником является цифровая, то есть, виртуальная, модель какого-либо объекта, системы, процесса или человека. Такая модель должна в точности воспроизвести форму и действия оригинала и быть синхронизированной с ним.
Цифровой двойник нужен, для того чтобы моделировать процессы, которые могут произойти с оригиналом в различных условиях. Это может помочь достичь экономии времени и средств, особенно важных для сложного и дорогостоящего оборудования, а также избежать вредных воздействий на людей и окружающую среду.
Концепция цифрового двойника впервые была описана в 2002-ом году Майклом Гривсом, профессором Мичиганского университета. В своей работе, названной «Происхождение цифровых двойников», он предложил разложить их на следующие главные составляющие:
- Физический продукт, находящийся в реальном пространстве.
- Виртуальный продукт, который расположен в виртуальном пространстве.
- Некоторые данные и информация, объединяющие виртуальный и физический продукты.
Гривс предположил, что в идеальном случае всю информацию, которую необходимо получить от изделия, может предоставить его цифровой двойник.
Цифровые двойники и виртуальные профили
Официально термин «цифровой двойник» впервые был упомянут в отчете NASA о моделированиях и симуляциях за 2010-й год. В нем говорилось о сверх реалистичной виртуальной копии космического корабля, которая могла воспроизводить каждый этап строительства, испытаний и полетов.
Мощнейшим толчком, который способствовал развитию цифровых двойников, стало развитие технологий искусственного интеллекта и интернета вещей. В соответствии с исследованием Gartner Hype Cycle, описывающем циклы зрелости технологий, это случилось в 2015-ом году. В 2016-ом году цифровые двойники и сами пришли в Gartner Hype Cycle, а к 2018-ом году они вышли на пик.
Цифровые двойники делятся на следующие типы:
- Прототип (DTP) является виртуальным аналогом реального объекта, содержащим весь набор данных, необходимый для производства оригинала.
- Экземпляр (DTI) является двойником, содержащим информацию обо всех параметрах и эксплуатации физического объекта, в том числе и трехмерную модель, и действующим параллельно с оригиналом.
- Агрегированный двойник (DTA) является вычислительной системой, состоящей из цифровых двойников и реальных объектов, которыми возможно управлять из общего центра и вести обмен данными внутри.
Например, на Ближнем Востоке технология цифрового двойника помогла реализовать объединение двадцати нефтеперерабатывающих и нефтедобывающих организаций компании ADNOC в единый диспетчерский пункт с унификацией всех процессов.
Оптимальной может считаться погрешность между работой цифрового двойника и его физического прототипа, которая не превышает пять процентов. Цифровые двойники могут оказать помощь в решении следующих задач:
- Осуществление тестового запуска процесса или производственной цепочки оперативно и без значительных вложений.
- Выявление проблем или уязвимостей на объекте еще до поступления его в эксплуатацию или запуска производства.
- Повышение уровня эффективности процессов или систем за счет отслеживания всех сбоев еще до их старта.
- Снижение рисков, включая финансовые, а также сопряженные с вопросами безопасности для жизни и здоровья персонала.
- Повышение конкурентоспособности и прибыльности бизнеса.
- Формирование долгосрочных прогнозов и планирование развития организации или продукта на годы вперед.
- Повышение лояльности клиентов путем более точного прогнозирования спроса и потребительских качеств продукта.
Цифровые двойники предоставляют возможность реалистичного моделирования не только самих объектов, но и процессов их строительства, эксплуатации в разных условиях. Сегодня они стали повсеместно применяться для критической инфраструктуры организаций, таких как, подключенные промышленные активы, активно генерирующие данные, и могут быть использованы на различных этапах жизненного цикла объекта.
Цифровые двойники могут использоваться в самых разных сферах. Например, в сфере добычи и переработки полезных ископаемых цифровые двойники способны оказать помощь в снижении рисков при добыче и переработке нефти и газа. Это может позволить уберечь жизни сотрудников и избежать нанесения ущерба окружающей среде, а также это позволяет экономить весьма значительные финансовые ресурсы. К примеру, в одной из европейских нефтеперерабатывающих организаций система предикативной, то есть, прогнозной, аналитики Schneider Electric предсказала выход из строя большого компрессора за двадцать пять дней до того, как это произошло. Это позволило сэкономить организации несколько миллионов долларов.
В сфере крупного промышленного производства технология цифровых двойников предоставляет возможность создания отдельных деталей и воспроизводства целых производственных цепочек путем проведения виртуальных испытаний и предупреждения сбоев в работе оборудования. Например, компания Siemens применяет технологию цифровых двойников для проектирования двигателей, систем коммуникаций и даже скоростных поездов
В сфере энергетики цифровые двойники используются для оптимизации работы электростанций, а также, для того чтобы ликвидировать возможные сбои в подаче электричества и выработать рациональный подход к энергопотреблению. А в сфере информационных технологий имеется возможность моделирования как отдельных устройств или сервисов, так и целой сети, определив допустимые нагрузки и предусмотрев защиту от кибернетических угроз.
