В настоящее время цифровые двойники являются одной из самых востребованных и перспективных технологий мирового рынка.
В общем смысле цифровой двойник — это виртуальная копия реального объекта, явления или процесса, которая синхронизирована с оригиналом. Технология имеет несколько слоев: физический (объекты и их действия происходящие в реальном мире), цифровой (модель физических объектов в виртуальном пространстве), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, позволяющие физическому и виртуальному продуктам обмениваться данными и информацией).
Представленный в цифровом виде объект, который не влияет на свой физический оригинал — цифровая модель. Например, в космической отрасли цифровой моделью является модель спутника, на которой можно отработать различные нештатные ситуации и таким образом повысить надежность реального аппарата. Термин “цифровая тень” предполагает передачу информации от физического объекта в цифровой слой: фитнес-браслет или транспортное приложение.
Полноценный цифровой двойник содержит программный слой, организующий взаимодействие физического объекта и его виртуального прототипа. В качестве примера можно привести программу-навигатор, которая анализирует информацию о местонахождении и скорости движения устройств и предлагает варианты наиболее оптимальных маршрутов.
В данный момент развитие технологии проходит этап объединения отдельных цифровых двойников в крупные сети. Таким образом создаются, к примеру, программные аналоги заводов или буровых установок. На следующем этапе концепция будет дополнена алгоритмами машинного обучения и искусственного интеллекта, что создаст условия для появления прогнозных цифровых двойников, способных на основе больших массивов данных и исторической информации формировать высокоточные прогнозы.
Идея цифровых двойников появилась в 1980-х годах, а в 1990-х начал развиваться интернет вещей. В 2002 году Майкл Гривз из Мичиганского университета в своей книге “Происхождение цифровых двойников” первым описал данное понятие.
Официально термин “цифровой двойник” впервые упоминается в отчете NASA о моделировании и симуляции за 2010 год. В нем речь идет о максимально реалистичной виртуальной модели космического аппарата, которая должна была воспроизводить не только сам объект, но и все этапы строительства, испытаний и полетов.
Быстрый рост вычислительных мощностей повлиял на распространение технологии и ее доступность. Одним из наиболее прогрессивных примеров реализации технологии вне промышленного мира стал автомобиль Tesla. Цифровой двойник осуществляет контроль состояния всех систем и передает информацию о возникающих электронных ошибках на завод, где их устранение происходит в удаленном режиме. Дальнейшая модернизация технологии позволит высокотехнологичными автомобилями обмениваться информацией, что сделает возможным реализацию функции автопилота.
Отрасли, имеющие высокий уровень цифровизации, при внедрении цифровых двойников не только решают задачи экономии ресурсов и оптимизации деятельности, но и используют технологию с целью повышения масштабируемости бизнеса без потери его управляемости, что способствует значительному увеличению прибыли.
Технология цифровых двойников востребована в самых разных индустриях. По данным отчета Fortune Business Insights за 2021 год, 75% мирового рынка охватывают категории “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. При этом общий объем рынка оценивается в $6,75 млрд, а среднегодовой темп прироста — более 40%.
На основе анализа предшествующих волн цифровизации и цифровой трансформации эксперты ЛАНИТ сформировали собственный “топ” , который включает индустрию городского хозяйства (безопасность, транспорт итд), добычу полезных ископаемых, строительную и архитектурную отрасли, а также промышленное производство, где востребованы цифровые двойники продуктов, за счет которых повышение качества оригиналов возможно без создания дорогостоящих реальных прототипов.
Помимо этого, концепции цифровых двойников применяется в популярных цифровых сервисах: такси, доставка, навигатор, банкинг.
Среди всех вариантов датчиков, которые задействованы в обмене данными между объектом и его цифровым двойником, самым интересным решением являются системы компьютерного зрения. Камеры различных диапазонов передают системам искусственного интеллекта изображение для анализа, на основе которого определяется актуальное состояние объекта: его локация, физические параметры и дефекты.
Разработка полноценных цифровых двойников всегда связана с большими финансовыми вложениями, что делает ее доступной исключительно для крупных компаний или системных интеграторов. Если компании требуется разовое решение, то наиболее выгодным вариантом будет аутсорсинг.
Сроки реализации проекта по внедрению цифрового двойника варьируются в зависимости от масштабов задачи и величины предприятия. В любом случае процесс предполагает прохождение нескольких этапов: изучение объекта, его дооснащение датчиками, обучение персонала. В среднем для создания минимально жизнеспособного продукта (MVP) требуется один календарный год.
Результатом проекта компании “ЛАНИТ-Интеграция” для заказчиков из Казахстана стали высокоточные цифровые модели объектов культурного наследия. Процесс разработки проходил в два этапа: создание трехмерного скана объекта и снятие текстуры в максимально высоком разрешении. Полученные виртуальные модели можно использовать как в научных целях, так и для демонстрации всем желающим в сети. Важным итогом стало сохранение в цифровом виде тех памятников и артефактов, которые могут пострадать из-за природных катаклизмов или человеческих действий.
Задачей проекта компании “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) стала разработка цифрового двойника для крупного российского завода по изготовлению труб. Благодаря внедрению технологии определение дефектов и брака в изделиях при высокой температуре стало возможным без остановки производственного процесса. Таким образом, удалось сократить периоды простоев и связанные с ними финансовые издержки. По предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.
Дальнейшее развитие технологии сделает ее еще более доступной. За рубежом идет разработка цифровых двойников мозга и тела человека, что позволит анализировать индивидуальные факторы риска, предвидеть вероятные проблемы со здоровьем и облегчить процесс лечения.
Кроме того, внимания заслуживает перспектива создания цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели — Digital Twin as a Service. Так универсальный “каркас”, сформированный на основе общих принципов, снизит стоимость технологии и облегчит процесс адаптации технологии под потребности заказчика.
