Цифровые двойники стали одной из самых популярных и перспективных технологий современного мира.
Данная технология представляет объект, явление или процесс в цифровом виде и включает в себя несколько слоев: физический (реальные объекты и действия), цифровой (виртуальный образ реальных объектов), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы для объединения физического и цифрового слоев).
Цифровая модель — это виртуальный прототип объекта, который не взаимодействует со своим оригиналом. К примеру, в архитектурной и строительной сферах цифровой моделью будет проект здания со всеми коммуникациями. Если объект из реального мира передает информацию в цифровой слой, то это описывается термином “цифровая тень” — упрощенный вариант цифрового двойника.
Создание полноценного цифрового двойника предполагает включение программного слоя, за счет которого происходит взаимодействие физического и цифрового слоев. Например, программа-навигатор, получающая информацию о местонахождении и скорости сотен тысяч машин. Анализ данной информации позволяет ей предлагать пользователю наиболее удобные маршруты движения.
На промышленных предприятиях сейчас активно используется возможность объединения отдельных цифровых двойников в крупные сети. Следующим этапом является добавление четвертого слоя — алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта. Так дальнейшее развитие технологии движется в сторону прогнозных цифровых двойников, способных обрабатывать большие объемы данных и создавать высокоточные прогнозы.
Зарождение идеи цифровых двойников происходило в 1980-х годах. В 1990-х начал развиваться интернет вещей, а первую концепцию цифрового двойника описал Майкл Гривз из Мичиганского университета в 2002 году.
В 2010 году в отчете NASA впервые был использован термин “цифровой двойник”. Данный термин относился к описанию цифровой модели космического аппарата, которая должна была содержать как сам объект, так и все этапы работы с ним.
В настоящее время вычислительные мощности значительно выросли, и технология стала доступна обычным людям. Одно из подтверждений этого — разработка автомобиля Tesla, в котором с помощью цифрового двойника отслеживается состояние всех систем, и информация о возникающих ошибках передается на завод для оперативного исправления. В будущем планируется реализация функции автопилота за счет способности высокотехнологичных автомобилей обмениваться информацией.
Отрасли с высоким уровнем цифровизации используют цифровых двойников не только с целью экономии ресурсов и оптимизации деятельности, но и для лучшей масштабируемости бизнеса с сохранением его управляемости и эффективности.
Цифровые двойники применяются в самых разных индустриях. Отчет Fortune Business Insights за 2021 год демонстрирует, что на долю категорий “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение” приходится 75% мирового рынка. При этом его общий объем достигает $6,75 млрд при среднегодовом темпе прироста — более 40%.
Кроме того, на основе анализа предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации эксперты ЛАНИТ сформировали собственный рейтинг отраслей для внедрения цифровых двойников. В рейтинг вошли индустрии городского хозяйства, добычи полезных ископаемых, строительная и архитектурная отрасли , а также промышленное производство, где наблюдается спрос на цифровых двойников продуктов и производственных линий.
Кроме того, концепция цифровых двойников способствует развитию цифровых сервисов, таких как такси, доставка, навигатор, банкинг.
Системы компьютерного зрения — решение, которое обеспечивает обмен данными между объектом и его цифровым двойником. Они оснащены камерами различных диапазонов, изображение с которых передается системам искусственного интеллекта и используется для анализа местоположения объекта, его физических параметров или дефектов.
Еще одна классификация делит цифровые двойники на прототипы (цифровые копии физических объектов), экземпляры (двойники, взаимодействующие со своей реальной копией) и агрегированные цифровые двойники (объединение множества экземпляров).
Зачастую запросы на разработку полноценного цифрового двойника поступают от крупных компаний или системных интеграторов, которые могут себе позволить большие финансовые затраты. Если у компании есть потребность в разовом решении, то для этой задачи более выгодно использование аутсорсинга.
Масштаб предприятия определяет сроки реализации проекта по внедрению цифрового двойника, которые могут превосходить сроки разработки из-за полной смены существующей бизнес-модели. Обязательные этапы: изучение объекта, дооснащение его необходимым оборудованием и датчиками, а также обучение персонала.
Целью проекта компании “ЛАНИТ-Интеграция” для заказчиков из Казахстана стало создание высокоточных моделей объектов культурного наследия. Процесс проходил в два этапа: оцифровка и фотограмметрия. Конечные модели имеют максимально возможную детализацию и их использование возможно как в научных исследованиях, так и для демонстрации в сети. Важным преимуществом является возможность сохранения в цифровом виде тех памятников и артефактов, которые более подвержены разрушению из-за природных катаклизмов или действий людей.
Компания “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) реализовала проект по разработке цифрового двойника для крупного российского завода, изготавливающего трубы. Основной задачей проекта стало обеспечение непрерывного мониторинга дефектов в изделиях при высокой температуре без прерывания производственного процесса. Это позволило свести к минимуму простои и связанные с ними финансовые издержки. По предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.
Дальнейшее развитие технологии повлечет за собой рост ее востребованности. Зарубежные компании ведут разработку цифровых двойников мозга и тела человека, что будет способствовать увеличению эффективности индивидуальных схем поддержания здоровья.
Также в ближайших планах создание цифровых двойников, которые будут объединены универсальным “каркасом”- единой сервисной моделью Digital Twin as a Service. Это существенно упростит из адаптацию под требования заказчика.