В настоящее время технология цифровых двойников пользуется большой популярностью и считается одной из самых перспективных на мировом рынке.
Цифровой двойник — это цифровая модель реального объекта, явления или процесса, которая копирует его свойства и взаимодействует с ним. Технология состоит из несколько слоев: физический (реальные объекты), цифровой (физические объекты, представленные в цифровом виде), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы для синхронизации физического объекта и его цифрового прототипа).
Создание цифровой модели не предполагает влияния цифровой копии объекта на оригинал. Данная технология применяется, например, в космической отрасли. На цифровой модели спутника отрабатываются различные нештатные ситуации, что повышает надежность и эффективность реального аппарата.
Цифровая тень — это упрощенный вариант цифрового двойника, когда происходит передача информации от физического объекта в цифровой слой (цифровой браслет, транспортное приложение).
Полноценный цифровой двойник имеет программный слой для двустороннего информационного обмена между физическим объектом и его цифровой копией. Например, программа-навигатор анализирует данные, полученные с устройств, и, учитывая их местонахождение и скорость движения, рекомендует оптимальные маршруты поездок.
В настоящее время различные организации активно используют способность отдельных цифровых двойников объединяться в крупные сети. Следующий этап развития технологии — добавление алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта. Это сделает возможным создание прогнозных цифровых двойников, способных на основе больших массивов данных прогнозировать будущие события.
В 1980-х годах возникла идея цифровых двойников, а в 1990-х появился интернет вещей, который дал мощный толчок развитию новой технологии. В 2002 году в своей книге “Происхождение цифровых двойников” Майкл Гривз из Мичиганского университета первым описал концепцию цифрового двойника.
Официально термин “цифровой двойник” впервые упоминается в отчете NASA о моделировании и симуляции за 2010 год. Отчет был посвящен созданию сверхреалистичной цифровой копии космического корабля, которая воспроизводила все этапы строительства, испытаний и полетов.
Один из наиболее прогрессивных вариантов реализации технологии, который ориентирован на обычных людей, — автомобиль Tesla, цифровой двойник которого контролирует состояние всех систем и корректирует их работу в удаленном формате. Намечены перспективы дальнейшего развития технологии: реализация функции автопилота за счет способности высокотехнологичных автомобилей обмениваться данными.
Цифровые двойники востребованы 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%.
Рейтинг, созданный экспертами ЛАНИТ, учитывает анализ предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации. Согласно рейтингу, наиболее подходящими для внедрения цифровых двойников отраслями являются 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).
Самым интересным решением для обмена данными между реальным объектом и его цифровым двойником стали системы компьютерного зрения. С помощью камер различных диапазонов они передают системам искусственного интеллекта изображения для анализа, по которым последние определяют наличие или отсутствие объектов в конкретном месте, измеряют их физические параметры и дефекты.
Разработка полноценных цифровых двойников связана с серьезными финансовыми вложениями, которые оправданы в том случае, если крупным компаниям или системным интеграторам требуется большое количество цифровых двойников, а также их постоянная доработка и поддержка. При возникновении запроса на разовое решение наиболее выгодно использовать аутсорсинг.
Сроки реализации проекта по созданию и внедрению цифрового двойника зависят от масштабов задачи и величины предприятия: моделирование двигателя может занять несколько месяцев, а создание цифрового двойника нефтеперерабатывающего завода — несколько лет. Среднее время создания минимально жизнеспособного продукта (MVP) — один календарный год.
Целью проекта компании “ЛАНИТ-Интеграция” для заказчиков из Казахстана было создание высокоточных цифровых моделей объектов культурного наследия: от отдельных артефактов до целых зданий. Работа была разделена на две части: оцифровка и фотограмметрия. При последующем совмещении были получены модели с высокой детализацией, использование которых возможно как для научных и реставрационных работ, так и для публичной демонстрации в сети. Кроме того, проект позволил сохранить в цифровом виде памятники и артефакты, которые могут деформироваться под влиянием природных катаклизмов или человеческого вмешательства.
Компания “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) реализовала проект по созданию цифрового двойника для крупного российского завода, занимающегося изготовлением труб. Проект был направлен на обеспечение возможности выявлять дефекты и брак в изделиях при высокой температуре, а также корректировать производственный процесс в непрерывном режиме. В результате заказчик существенно сократил периоды простоев и связанные с ними финансовые издержки. По предварительной оценке, экономический эффект к 2025 году составит порядка ?700 млн.
Последующее развитие технологии позволит значительно увеличить область ее применения. Сейчас зарубежные специалисты ведут разработку цифровых двойников мозга и тела человека, которые должны увеличить продолжительность жизни и ее качество.
Еще одной интересной перспективой является создание цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели Digital Twin as a Service. Универсальная модель, построенная на общих принципах, упрощает процесс настройки технологии под желания заказчика и значительно снижает стоимость проектов.
