Что такое цифровой двойник, как и зачем их использовать бизнесу

Прогнозирование и просчитывание рисков проводят во всех сферах бизнеса. Что произойдет при прорыве плотины, резком изменении режима работы, поломке оборудования или возникновении критичной нагрузки? С помощью цифровых двойников удастся с высокой точностью просчитать вероятность возникновения подобных моментов.

Что такое цифровой двойник и зачем он нужен

Цифровой двойник (digital twin – дословно «цифровой близнец») – виртуальная копия реального объекта. Это сложный программный продукт, созданный на основе совокупности данных о прототипе. Данные для Digital Twin собираются до завершения жизненного цикла объекта. В их числе:

• рабочие показатели и состояние в текущий момент;
• показатели технических датчиков;
• история совершенных действий.

Также важны сведения о режиме работы оборудования, программном обеспечении, эксплуатационных условиях. После анализа этой информации, инженеры дают рекомендации по техническому обслуживанию объекта. Попутно выявляют слабые места и риски. В результате – снижение аварийности и сбоев.

В ГОСТ 2.053-2006 применяется термин «информационная модель изделия» – совокупность данных и взаимосвязь между ними, характеризующую свойства реального объекта, которые полезны создателю модели и потребителю, в том числе потенциальному. Принципиальное отличие цифрового двойника – обработка информации на протяжении жизненного цикла. (ГОСТ Р 57700.37–2021).

Digital Twin нужен для решения таких задач, как:

• моделирование событий, происходящих с оригиналом при определенных обстоятельствах, условиях;
• снижение затрат на внедрение инноваций, испытание которых в реальных условиях обойдется дорого;
• уменьшение негативного влияния на окружающую среду;
• своевременное выявление технических проблем, неполадок до наступления серьезных последствий;
• оценка производительности технологий, оборудования, отдельных компонентов;
• точное определение степени износа техники, агрегатов, чтобы осуществить замену деталей до критичных сбоев;
• оптимизация производственных процессов.

С помощью цифрового двойника намного проще отследить вероятные сложности еще до запуска. Digital Twin востребован и в маркетинге. В частности, для точного определения спроса продукта, оценки его характеристик.

Виды цифровых двойников

Существует несколько типов Digital Twin:

1. Digital Twin Prototype (прототип). Виртуальная копия физического объекта, в которой заключена вся существующая информация о нем: 3D-модель, технические параметры, проектные данные, условия эксплуатации/утилизации и многое другое.
2. Digital Twin Instance (экземпляр). Дает представления о физических свойствах объекта: компонентах, материалах, результатах тестирования, обслуживания, ремонта. Содержит информацию с датчиков, результаты мониторинга. Сведения используют для оценки состояния оборудования, просчета вероятности сбоев, симуляции поведения узлов и агрегатов в различных режимах.
3. Digital Twin Aggregate (агрегированный двойник). Основное назначение – тренажер для персонала и совершенствование процессов ТОиР (техобслуживания и ремонта). Существенно упрощает освоение оборудования – специалист сразу приступает к работе с агрегированным двойником, тут же видит результат и ошибки.
4. Hybrid Digital Twin. Сочетает несколько технологий: машинное обучение, интернет вещей. Применяют для точной оценки технического состояния, остатка ресурса, прогнозированию функциональных изменений в перспективе, выборе оптимального режима эксплуатации.
5. Digital Twin of Organization (комплексный двойник). Сочетает все технологии моделирования, обработки данных, визуализации и иные методы. Образовался в результате развития Hybrid Digital Twin.

В России технологии цифровых двойников внедряют довольно активно. Сегодня это одно из самых перспективных направлений. К 2024 году планируется внедрить Digital Twin на 250 предприятиях.

Область применения цифровых двойников

Создание Digital Twin обходится дорого, поэтому к внедрению технологии стоит подойти ответственно. Учитывайте, что наибольший эффект достигается при соблюдении следующих условий:

• есть доступ к мониторингу состояния, получению технической информации;
• жизненный цикл объекта – продолжительный (не менее пяти лет);
• степень масштабирования технологии – высокая (нет смысла в создании Digital Twin для одного изделия);
• присутствует вариативность эксплуатационных условий, регламентных и ремонтных работ.

Выделим основные направления, в которых применение цифрового двойника дает ощутимую выгоду и экономически оправданно:

1. Нефтегазодобыча и переработка. Цели: уменьшение негативного влияния на окружающую среду, снижение производственных затрат, снижение вероятности аварий с угрозой для здоровья и жизни персонала. Так, на нефтеперерабатывающем заводе Schneider Electric удалось спрогнозировать аварийную ситуацию за 25 дней до ее наступления. Благодаря профилактическим мерам удалось уменьшить ущерб на 25 миллионов долларов.
2. Промышленность. Цели: производство агрегатов, крупных узлов, создание производственной линии, контроль отдельных компонентов производства. Digital Twin активно применяет Siemens при разработке коммуникационных систем, двигателей, скоростных локомотивов.
3. Энергетика. Цели: обеспечение стабильного энергоснабжения, предотвращение крупных аварий, уменьшение ущерба для экологии и персонала.
4. IT-сфера. Цели: предупреждение кибератак и загруженности сетей, моделирование устройств.
5. Строительство. В этом случае может быть создан цифровой двойник предприятия, отдельного строения, квартала, района или даже целого города. Цели: точный расчет эксплуатационных свойств модели, прогноз последствий в случае землетрясения, урагана или других стихийных бедствий.
6. Дизайн. Цель – визуализация объекта (клиент получает точное представление о результате).
7. Торговля. Цели: моделирование торговых залов, складов, постройка оптимальных маршрутов перемещения клиентов, персонала, выбор подходящего освещения, режима работы климат-систем.
8. Логистика и пассажирские перевозки. Digital Twin при вычислении маршрута дает больше точных данных, чем альтернативные технологии, – учитывает состояния дорог, погоды, множества других факторов. Цели: правильное распределение пассажиропотоков, перераспределение их в нестандартных ситуациях.
9. Образование. Digital Twin удобно использовать для комбинирования реальности с AR. Цели: более подробное изучение физических процессов, объектов.
10. Космонавтика. Цели: разработка, тестирование и запуск космических ракет, моделирование крупномасштабных программ. Кстати, впервые в космической сфере Digital Twin применили еще в 1970 году – при запуске «Аполлона». За счет этого спасли миссию при возникновении аварии.
11. Медицина. Моделировать можно не только технологические процессы, но и человеческий организм. Цели: сканирование в режиме реального времени для подбора оптимального решения, оценка возможной реакции на препарат.
12. Спорт. В футболе, баскетболе и других командных играх сегодня применяются сложные стратегии, разрабатываемые с учетом персональных особенностей участников команды противника. С помощью цифровых двойников гораздо легче продумать наиболее успешную тактику ведения игры. Цифровые симуляции активно используют в гоночном спорте, в частности, при разработке болидов «Формулы-1».
13. Урбанистика. Проектирование городов с использованием Diglital Twin дает возможность более точно просчитать перемещения транспорта, инфраструктуру, влияние производственных объектов на экологию.
14. Аграрная сфера. Цели: точные прогнозы по сбору урожая с учетом климатических, экологических условий.

Область применения цифровых двойников перечисленным не ограничивается. Так, эта технология дает возможность организовать безопасные условия работы на вредном производстве и минимизировать вред, наносимый окружающей среде.
В современном бизнесе нужны новые подходы к взаимодействию с покупателями. Многие потенциальные клиенты так и не связываются с вами, потому что вы не учли их предпочтения: кому-то удобно использовать мессенджеры или соцсети, а кто-то заказывает коллбэк. Виджеты Calltouch помогут организовать разнообразные коммуникации, сделают их проще и эффективнее. Виджеты можно адаптировать под дизайн страницы вашего сайта.

Бизнес

Читайте также:

Что такое государственная экологическая экспертиза

Что такое государственная экологическая экспертиза

Как создать цифрового двойника

Существует несколько методов создания Digital Twin: 3D-моделирование, на базе IoT (интернет вещей), CAE-системы (математические модели), визуализация, AR, VR.
Рассмотрим основные этапы.

Исследование объекта

Сбор информации возможен при наличии реального прототипа. Команда разработчиков учитывает множество параметров, сводит собранные данные в единую систему, чтобы получить полную картину для:

• составления подробной карты прототипа;
• анализа ключевых характеристик;
• воспроизведения процессов в разных режимах.

Моделирование цифрового клона объекта

В строительстве или при разработке дизайнерского проекта этот этап первый, так как прототип отсутствует. Специалисты создают 3D-модель, лишь после этого приступают к строительству (изготовлению) объекта. Основные методы:

1. FEA (Finite Element Analysis). Возможности: расчет нагрузки, деформаций, электро-, гидродинамических показателей, теплообмена.
2. FMEA (Failure Mode and Effects Analyses). Оценка надежности, выявление уязвимостей, последствий сбоев системы.
3. CAD-модели. Автоматизированное проектирование для расчета структуры, параметров, материалов.

Моделирование осуществляется с помощью специального программного обеспечения. За счет этого удается быстро обрабатывать огромные массивы данных, полученных в результате исследования или предусмотренных ТЗ.

Воплощение модели

Это этап транспортировки цифрового клона на платформу, преимущественно Dassault Systemes или подобную. Это мощная динамическая система, в которую интегрированы математические модели и информационная база. Для работы с моделью не нужны специальные знания – она полностью готова к использованию.

Тестирование рабочих процессов

Доступны любые варианты проверок: испытание оборудования в стандартном или внештатном режиме, в условиях повышенных нагрузок или перебоев энергоснабжения. В результате тестирования получают объемный массив данных. Остается лишь рассчитать алгоритмы для всех возможных ситуаций и выявить уязвимости.

Запуск и наладка

К этому моменту процессы практически налажены. После запуска двойника часто обнаруживаются неожиданные сбои. Специалисты вносят коррективы, повторно запускают тестирование виртуальной копии. Шаг за шагом они доводят цифровую модель до совершенства, затем создают оригинальный объект или изменяют его с учетом выявленных уязвимостей (недостатков).

Примеры использования Digital Twin

В России самыми первыми использовать цифровых двойников стали нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие компании. Так «Татнефть» благодаря Digital Twin смогла увеличить добычу на 150 млн тонн за счет точного выбора точек бурения.
Виртуальные модели применяет холдинг «СИБУР» для оптимизации железнодорожных маршрутов, работ по обслуживанию и ремонту подвижного состава. Один из ярких примеров использования Digital Twin – модели для «Сапсан» и «Ласточка».
Цифровой клон Нью-Йорка применили для совершенствования туристической и транспортной инфраструктуры. Это дало возможность точно просчитывать последствия интеграции существующих дорог с теми, что планируется построить. Кроме того, полученные данные инженеры применяют для разработки подземных трасс.

TESLA разрабатывает цифрового двойника для каждого авто. В ПО Digital Twin обновляются данные, которые поступают с автомобильных систем мониторинга. Обновления фиксирует цифровой двойник производства, что позволяет контролировать качество и повышать надежность транспорта.

Перспективы Digital Twin

По расчетам экспертов, уже к 2023 году рынок цифровых двойников достигнет бюджета в 16 млрд $. В 2021 году он составлял около 5 млрд $. К 2026 году прогнозируют объем 35 млрд $.

Технология Digital Twin позволяет быстро внедрять инновационные продукты, что особенно актуально для фармацевтической отрасли и медицины. Ощутимый прогресс достигается за счет интеграции ИИ (искусственного интеллекта), машинного обучения.

Один из российских примеров активного применения ИИ – система речевой аналитики Calltouch Предикт. Качественная текстовая расшифровка диалога оператора с клиентом поможет оценить эффективность работы сотрудников колл-центра, улучшить скрипты продаж и автоматически тегировать обращения.

Эксперты предполагают, что Digital Twin даст возможность сделать существенный шаг вперед в энергетической сфере.

Коротко о главном

• Цифровой двойник – это виртуальная копия реального объекта.
• Создание Digital Twin предполагает несколько этапов: сбор данных, моделирование, анализ и расчеты, транспортировка на платформу, запуск и наладка.
• Технология востребована в промышленности, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях, энергетике, машиностроении, строительстве, медицине и многих других сферах.
• Digital Twin – один из элементов глобальной цифровизации бизнеса.

Бизнес

Читайте также:

Говорит и показывает Calltouch: май 2018

Говорит и показывает Calltouch: май 2018