В современном мире технология цифровых двойников пользуется большой популярностью и считается одной из самых перспективных.
Цифровой двойник — это модель реального объекта, явления или процесса, представленная в цифровом поле и взаимодействующая с оригиналом. Технология включает несколько слоев: физический (реальные объекты), цифровой (цифровые прототипы физических объектов), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, обеспечивающие обмен данными между физическим и цифровым слоями).
Термин “цифровая модель” описывает ситуацию, в которой цифровая копия объекта не влияет на оригинал. Например, в космической отрасли цифровая модель спутника служит для отработки различных нештатных ситуаций, что помогает увеличить надежность и эффективность реального аппарата.
Цифровая тень — упрощенный вариант цифрового двойника, при котором осуществляется передача информации от физического объекта в цифровой слой (цифровой браслет, транспортное приложение).
Для создания полноценного цифрового двойника требуется программный слой, который поддерживает двусторонний информационный обмен между физическим объектом и его цифровой копией (например, программа-навигатор).
В настоящее время развитие технологии достигло этапа, на котором возможно объединение отдельных цифровых двойников в крупные сети. Следующий этап — добавление алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта для разработки прогнозных цифровых двойников, способных на основе больших массивов данных предсказывать будущие события.
История цифровых двойников началась в 1980-х годах, в 1990-х начал развиваться интернет вещей, а в 2002 году в своей книге “Происхождение цифровых двойников” Майкл Гривз из Мичиганского университета впервые изложил концепцию цифрового двойника.
Первое официальное упоминание термина “цифровой двойник” появилось в отчете NASA о моделировании и симуляции за 2010 год. Отчет описывал создание сверхреалистичной цифровой копии космического корабля, которая должна была воспроизводить все этапы строительства, испытаний и полетов.
Один из наиболее прогрессивных примеров реализации технологии, предполагающий ее использование обычными людьми, — автомобиль Tesla, цифровой двойник которого отслеживает состояние всех систем и незаметно для пользователя корректирует их работу в дистанционном формате.
Цифровые двойники пользуются спросом в самых разных индустриях. По данным отчета Fortune Business Insights за 2021 год, 75% мирового рынка приходится на долю категорий “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. Общий объем рынка составляет $6,75 млрд при среднегодовом темпе прироста — более 40%.
Собственный рейтинг экспертов ЛАНИТ создан с учетом анализа предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации и выделяет индустрии городского хозяйства (безопасность, транспорт, сфера услуг) и добычи полезных ископаемых (снижение рисков при добыче и переработке), строительную и архитектурную отрасли (проектирование зданий и прогнозирование их “поведения” в различных климатических условиях), а также промышленное производство (цифровые двойники продуктов и производственных линий).
В обмене данными между реальным объектом и его цифровым двойником задействованы различные датчики. Самым интересным решением в этой области стали системы компьютерного зрения, которые с помощью камер различных диапазонов передают системам искусственного интеллекта изображения для определения локации объектов, измерения их физических параметров и дефектов на основе анализа поверхностей и формы.
Разработка полноценных цифровых двойников требует серьезных финансовых вложений, которые оправданы в том случае, если крупным системным интеграторам необходимо большое количество цифровых двойников, а также их постоянная доработка и поддержка. Когда компании нужно разовое решение, наиболее выгодным вариантом будет аутсорсинг.
Сроки реализации проекта по созданию и внедрению цифрового двойника меняются в зависимости от объема задач и величины предприятия: моделирование двигателя может занять несколько недель или месяцев, а разработка цифрового двойника нефтеперерабатывающего завода — несколько лет. В среднем время создания минимально жизнеспособного продукта (MVP) — один календарный год.
Ключевой задачей проекта компании “ЛАНИТ-Интеграция” для заказчиков из Казахстана стало создание высокоточных цифровых моделей объектов культурного наследия: как отдельных артефактов, так и целых зданий. Весь процесс был разделена две части: оцифровка и фотограмметрия. При последующем совмещении были получены модели с высокой детализацией. Их использование возможно в рамках научных исследований и реставрационных работ, а также для публичной демонстрации в сети. Помимо этого, проект позволил сохранить в цифровом виде памятники и артефакты, которые могут разрушиться из-за природных катаклизмов или действий людей.
Компания “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) реализовала проект по созданию цифрового двойника для крупного российского завода, занимающегося изготовлением труб. Цель проекта — обеспечение возможности выявлять дефекты и брак в изделиях при высокой температуре и корректировать производственный процесс в непрерывном режиме. В результате заказчику удалось существенно сократить периоды простоев и минимизировать связанные с этим затраты. По предварительной оценке, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.
Последующее развитие технологии позволит заметно расширить область ее применения. В данный момент зарубежные специалисты осуществляют разработку цифровых двойников мозга и тела человека, которые в теории должны способствовать увеличению качества жизни и ее продолжительности.
Также в число интересных перспектив входит создание цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели Digital Twin as a Service. Универсальная модель, построенная на основе общих принципов, будет представлять собой “каркас”, который легко настраивается под запросы заказчика и значительно снижает стоимость проектов.