Концепция цифрового двойника (digital twin) даёт возможность создавать виртуальные копии реальных объектов или систем. Это открывает новые возможности для оптимизации производства, повышения эффективности работы и сокращения затрат.
Диджитал твин становится помощником инженеров, учёных и бизнесменов, давая им возможность тестировать сценарии, прогнозировать потенциальные проблемы и улучшать результаты без вмешательства в физические процессы. С развитием технологий и ростом объёмов данных такие клоны смогут моделировать всё — от простых механизмов до сложных производственных линий и целых городов.
В статье мы рассмотрим, как именно диджитал-двойники меняют подход к производству, управлению ресурсами и предоставлению услуг, а также приведём примеры применения этой инновационной концепции в различных отраслях.
Определение цифрового двойника (digital twin)
Digital twin — это модель физической системы, которая функционирует в реальном времени, основываясь на сведениях, которые были получены от оригинала. Это может быть изделие, промышленная установка или целая производственная линия, позволяющая воспроизводить поведение оригинала, анализировать его работу и предсказывать возможные проблемы до их возникновения. Таким образом, это не статическая, а динамическая модель, способная адаптироваться и эволюционировать на основе актуальных сведений.
Концепция цифрового двойника является частью четвёртой промышленной революции и призвана помогать предприятиям быстрее обнаруживать проблемы и более точно предсказывать их последствия. Она становится важной составляющей успеха в условиях, когда традиционных подходов к управлению и производству недостаточно для обеспечения конкурентоспособности.
Для выявления закономерностей и трендов диджитал твин использует машинное обучение и аналитику данных. В производственной сфере виртуальные близнецы способствуют оптимизации производства, сокращению затрат и повышению качества продукции. Они позволяют управлять оборудованием, проводить тестирование и планировать техническое обслуживание до того, как возникнет какая-либо проблема.
Диджитал-клоны находят приложение и в таких областях, как строительство, энергетика, транспортировка и здравоохранение. В здравоохранении, например, они могут моделировать состояние пациента для персонализированного подхода к лечению, а в строительстве — помогать в планировании и управлении проектами.
Представьте себе: можно создать диджитал-копию целого города, чтобы повышать безопасность дорожного движения или прогнозировать последствия природных катастроф. Например, анализируя сведения о загруженности дорог, городские власти могут оптимизировать маршруты общественного транспорта и управлять трафиком, меняя интервалы переключения светофоров. Такие меры позволяют снизить вероятность возникновения автомобильных заторов, а также уменьшают количество выбросов парниковых газов в атмосферу.
Модель города, основанная на данных о гидрологии, метеорологии и геологии, может использоваться для оценки потенциального ущерба от наводнений, землетрясений или ураганов, а также для разработки планов эвакуации и сценариев быстрого реагирования.
Что особенно интересно, электронные клоны применяются не только для анализа существующих, но и для создания новых бизнес-моделей. Компании начинают использовать их для разработки «умных» продуктов и сервисов, создавая гибкие и адаптивные решения, прогнозируя потребности клиентов и адаптируя свои предложения к меняющимся требованиям рынка. А возможность проводить симуляции и тестирования новых продуктов без необходимости физического прототипирования значительно сокраща
Как работает цифровой двойник
Ещё несколько лет назад создание виртуальных объектов, которые повторяли бы характеристики физических в режиме реального времени, было технически невозможным. Революционный прорыв в развитии технологий увеличил вычислительные мощности и снизил цену их использования. Благодаря этому предприятия получили возможность объединять информационные технологии с операционными процессами для создания электронных клонов.
Digital twin функционирует благодаря интеграции различных методов и инструментов. Он собирает сведения о своём оригинале через сенсоры и устройства, которые фиксируют его параметры, состояние и окружение. Эта информация передаётся в облако или на локальные серверы, где обрабатывается и используется для обновления диджитал-копии. В результате она реагирует на изменения, проводит анализ и предоставляет ценные инсайты для принятия управленческих решений.
Одним из ключевых элементов в функционировании диджитал-двойника является постоянный мониторинг и обмен информацией в реальном времени. С помощью сенсоров, установленных на оборудовании или в окружающей среде, точные сведения о работе устройства становятся доступными мгновенно. Это обеспечивает возможность создания точной и актуальной копии, которая отображает текущее состояние оригинала. Такой подход позволяет предсказывать потенциальные проблемы до того, как они возникнут, что экономит время и ресурсы.
После сбора информация попадает в хранилище, где происходит её обработка. Тут вступает в дело аналитика данных. С помощью алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта цифровой клон выявляет закономерности, тренды и аномалии, что помогает понять, как и почему происходят определённые изменения. Например, если уровень вибрации превышает норму, двойник уведомляет операторов о необходимости проверки оборудования.
На основе полученных сведений разрабатываются прогнозы и рекомендации, которые используются для оптимизации процессов, выявления потенциальных рисков, планирования профилактических мероприятий и значительно повышают эффективность работы.
Кроме того, модель может создавать сценарии «что если», позволяя людям тестировать различные стратегии, прежде чем принимать решения. Это особенно полезно в производственной среде, где на конечный результат влияет множество факторов, таких как изменение спроса, поломка оборудования или колебания цен на сырьё.
Например, если исследуется новое оборудование, диджитал-копия может моделировать его функционирование на разных этапах производственного цикла и прогнозировать, какие изменения и как отразятся на его производительности. В итоге такая интеграция аналитики и технологий делает бизнес более предсказуемым.
Примеры работы цифрового двойника
Диджитал-копии помогают улучшать эффективность и снижать затраты в различных отраслях, а также повышать безопасность и надёжность систем.
Промышленность
С помощью виртуальных аналогов станков и производственных линий можно мониторить их работу в реальном времени, предсказывать износ деталей и планировать техническое обслуживание. Диджитал-копии целых заводов способствуют оптимизации производства, выявлению узких мест и повышению эффективности.
Энергетика
Диджитал-двойники электрических подстанций и линий электропередач моделируют нагрузки и предсказывают отключения, что способствует эффективному управлению энергообеспечением.
Городская инфраструктура
Виртуальные аналоги городских инфраструктур (транспортной, экологической и проч.) используются для моделирования и анализа — например, потоков людей или выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Это помогает в планировании транспортных систем и градостроительных решений.
Автомобилестроение
Digital twin автомобиля позволяет следить за его состоянием, а также тестировать различные дорожные покрытия, погодные условия и другие факторы без необходимости проводить реальные испытания.
Медицина
Электронные клоны пациентов моделируют их физическое состояние, что помогает врачам разрабатывать персонализированные методы лечения. Модели медицинских устройств (например, МРТ-аппаратов) позволяют оптимизировать их работу и предсказывать необходимость в обслуживании.
5 шагов для внедрения технологии digital twin
- Определение целей. Начните с чёткого понимания, для чего вашей компании нужен диджитал твин. Определите ключевые процессы, которые должны быть смоделированы.
- Сбор информации. Убедитесь, что у вас есть доступ к необходимым данным с реальных систем. Для этого могут потребоваться сенсоры и устройства IoT, которые будут фиксировать температуру, давление, вибрацию и другие важные показатели, отражающие состояние объекта.
- Создание модели. Разработайте виртуального близнеца, который будет копировать характеристики и поведение оригинала, используя такие инструменты и методы, как:
- 3D- и компьютерное моделирование,
- VR/AR-технологии,
- симуляционные программные средства для тестирования различных условий,
- алгоритмы машинного обучения для анализа поведения,
- программное обеспечение для визуализации данных и интерактивного взаимодействия с моделью.
- Интеграция с облаком. Настройте систему так, чтобы она могла обмениваться данными между физическим объектом и виртуальным клоном. Например, путём интеграции её с облаком MWS. Вся собранная информация будет передаваться в облачное хранилище, что позволит осуществлять её дальнейшую обработку и анализ. Облачные решения обеспечивают высокую степень гибкости и позволяют легко добавлять новые функции и модули по мере необходимости. Таким образом, система сможет быстро адаптироваться к изменениям в количестве объектов или объёме обрабатываемых сведений.
- Анализ и оптимизация. Регулярно анализируйте информацию, полученную от диджитал-копии, и используйте её для улучшения процессов. Внедряйте изменения и следите за их влиянием на производительность.
Таким образом, digital twin не только предоставляет актуальную информацию о состоянии оборудования или объекта, но и превращает её в ценные инсайты, которые можно использовать для прогноза будущих событий, оптимизации процессов и уменьшения затрат. Внедрение этой технологии требует внимательного планирования и анализа, но в результате может привести к значительным улучшениям и инновациям в компании.
Кроме того, концепция диджитал-двойника помогает в разработке новых продуктов, ускоряя их тестирование и внедрение за счёт симуляции различных сценариев.
