Технологии 29 ноября 17:26

Эксперты ЛАНИТ назвали основные сферы применения цифровых двойников

Сегодня цифровые двойники являются одной из самых востребованных и перспективных технологий мирового рынка.

Цифровой двойник — это виртуальная модель реального объекта, которая воспроизводит форму и действия оригинала и обменивается с ним информацией. Технологию можно разложить на три части: физический слой (объекты реального мира и их действия), цифровой слой (представление физических объектов в цифровом пространстве), программный слой (приложения, базы данных и облачные алгоритмы для взаимодействия физического объекта и его цифровой копии).

Цифровая модель  — это виртуальный объект, не влияющий на оригинал. Например, в космической отрасли цифровая модель спутника служит для отработки различных нештатные ситуаций и повышения надежности реального аппарата. Цифровая тень представляет собой объект из физического слоя, информация от которого поступает его виртуальной копии (цифровой браслет или транспортное приложение).

В создании полноценного цифрового двойника используется программный слой, который объединяет физический и цифровой объекты и позволяет им взаимодействовать. На данной технологии основана программа-навигатор, которая предоставляет пользователю варианты наиболее оптимальных маршрутов, анализируя собранную с устройств информацию об их местонахождении и скорости перемещения.

В данный момент развитие технологии дает возможность объединять отдельных цифровых двойников в крупные сети, что активно используется, например, в промышленной сфере для создания программных аналогов заводов или буровых установок. На следующем этапе концепция цифрового двойника будет доработана включением четвертого слоя —  алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта. Таким образом, технологический прогресс  движется в сторону появления прогнозных цифровых двойников, способных работать с большими массивами данных и исторической информации и на их основе  составлять высокоточные прогнозы.

Идея цифровых двойников зародилась в 1980-х годах, а в 1990-х начал появляться интернет вещей, послуживший мощным стимулом для развития технологии. В 2002 году понятие “цифровой двойник” описал Майкл Гривз из Мичиганского университета в своей книге “Происхождение цифровых двойников”.

Официально термин “цифровой двойник” впервые упоминается в 2010 году в отчете NASA о моделировании и симуляции, посвященном разработке максимально реалистичной виртуальной модели космического аппарата, охватывающей сам объект и все этапы его строительства, испытаний и полетов.

Один из наиболее ярких примеров реализации технологии, рассчитанной на использование обычными людьми, ―  автомобиль Tesla. Цифровой двойник устройства отслеживает состояние всех систем и передает информацию о возникающих электронных ошибках на завод, где они исправляются в удаленном режиме. Дальнейшее развитие технологии предполагает реализацию функции автопилота за счет появления возможности обмена данными между  высокотехнологичными автомобилями.

Ключевая задача цифрового двойника — улучшать управляемость сложных процессов или объектов. Так, отрасли с высоким уровнем цифровизации используют  технологию с целью повысить масштабируемость бизнеса, не теряя при этом контроль над процессами, и увеличить прибыль.

Технология цифровых двойников популярна в самых разных индустриях. Согласно отчету Fortune Business Insights за 2021 год,  75% мирового рынка приходится на долю категорий “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. При этом общий объем рынка оценивается в $6,75 млрд, а среднегодовой темп прироста превышает 40%.

Эксперты ЛАНИТ создали собственный “топ”, в основу которого лег анализ предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации. Так, к наиболее подходящим для внедрения цифровых двойников отраслям относятся 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, поддерживающих обмен данными между объектом и его цифровым двойником, самым интересным решением стали системы компьютерного зрения. Они состоят из камер различных диапазонов и передают системам искусственного интеллекта изображения для анализа и последующего определения актуального состояния объекта: его локации, физических параметров и дефектов.

В связи с необходимостью крупных финансовых вложений разработка полноценных цифровых двойников зачастую доступна только большим компаниям или системным интеграторам. При возникновении запроса на разовое решение наиболее экономически выгодным будет вариант аутсорсинга.

Сроки разработки и внедрения цифрового двойника зависят от масштабов задачи и величины предприятия. К обязательным этапам проекта относятся изучение объекта, его дооснащение датчиками, а также обучение персонала. Среднее время создания минимально жизнеспособного продукта (MVP)  —  один календарный год.

Компания “ЛАНИТ-Интеграция”  для заказчиков из Казахстана разработала высокоточные цифровые модели объектов культурного наследия: от отдельных артефактов до целых зданий. Процесс разработки включал два этапа: создание трехмерного скана объекта и снятие текстуры в максимально высоком разрешении. Конечные виртуальные модели можно использовать как для научных исследований и реставрационных работ, так и для публичной демонстрации в сети. Важно отметить, что проект позволил сохранить в цифровом виде памятники и артефакты, которые могут пострадать из-за природных катаклизмов или человеческих  действий.

Компания “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) реализовала проект по созданию цифрового двойника для крупного российского завода по изготовлению труб. Благодаря технологии исчезла необходимость прерывать производственный процесс с целью определения дефектов в изделиях при высокой температуре. Это значительно сократило периоды простоев, благодаря чему, по предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.

Развитие технологии способствует ее широкому распространению. Сейчас за рубежом идет разработка цифровых двойников мозга и тела человека, которые в теории смогут увеличить продолжительность жизни. Индивидуальный цифровой двойник позволит выбирать оптимальные пути развития, а также предвосхищать развитие болезней.

Кроме того, рассматривается создание цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели — Digital Twin as a Service. Универсальность модели упростит процесс адаптации технологии под потребности заказчика.