- A
- A
- A
- АБB
- АБB
- АБB
- А
- А
- А
- А
- А
Картотека: цифровой двойник
ISTOCK // Icons made by Us and Up from flaticon.com
Термин «цифровой двойник» (ЦД) — достаточно известный, однако не каждый может объяснить, что это такое. Между тем данная технология широко используется в самых разных сферах, в настоящее время идут разработки даже цифровых двойников городов. IQ.HSE разобрался, что такое цифровой двойник с точки зрения науки, в чём его принципиальные отличия от других технологических решений, а также почему он так важен для современной индустрии. А помогла нам в этом статья кандидата экономических наук, приглашенного преподавателя департамента бизнес-информатики НИУ ВШЭ Натальи Лычкиной (написана совместно с Владиславом Павловым).
В чём заключается концепция цифрового двойника и как она появилась в научной литературе?
Становление концепции цифрового двойника (ЦД) изначально было связано с развитием на промышленных предприятиях систем управления жизненным циклом изделий (Product Lifecycle Management, PLM), а также появлением высоких технологий их моделирования и проектирования. В начале 2000-х годов Майкл Гривс и Джон Викерс предложили следующее определение цифрового двойника — это «виртуальный продукт, детально описывающий реальный физический продукт и содержащий в себе всю необходимую информацию от микроуровня до макроуровня, что позволяет интегрировать данные в виртуальную модель».
Позже в системах PLM и других информационных системах (ИС) стали активно развиваться цифровые и модельные решения так называемого «цифрового производства». Они предназначались для прототипирования проектируемых промышленных систем, в их основе лежало применение высоких технологий имитационного моделирования производственных и логистических процессов, цепей поставок и т.д. В результате сегодня в качестве реального (физического объекта) может выступать не только проектируемое изделие, но и процессы и системы любой сложности (производство, предприятие в целом, сетевые формы организаций, отрасли и т.п.).
Какое определение цифрового двойника актуально на сегодняшний день?
С конвенциональным определением цифрового двойника сегодня существуют сложности. Сама его концепция пока ещё находится в стадии оформления. «Некорректно определение цифрового двойника связывать с созданием цифровой модели некоторого физического объекта, как это представлено у ряда исследователей, хотя именно цифровая модель объекта или системы является ключевым компонентом цифрового двойника», — пишет Наталья Лычкина. Аналогично не совсем верно и представлять эту технологию в виде традиционных систем мониторинга и слежения, собирающих информацию с объекта.
«Поэтому цифровой двойник — это не только цифровая модель, это платформа, которая объединяет целый ряд цифровых, сетевых и интеллектуальных технологий и сервисов», — комментирует Наталья Лычкина. К ним относятся технологии сбора и передачи по сети данных о системе, методы обработки и анализа данных, имитационные модели и множество интеллектуальных сервисов для исследования различных сценариев и выработки управленческих решений.
Цифровая модель — ключевой компонент цифрового двойника, каковы его функции и характеристики?
В системе цифрового двойника модель должна детально описывать свойства, состояния, поведение и изменения реального объекта на протяжении всего его жизненного цикла. То есть являться не только виртуальной цифровой моделью, но и динамической имитационной моделью развивающегося во времени процесса.
Ключевыми характеристиками цифровой модели являются следующие:
саморазвитие / эволюция — возможность обновляться в реальном времени в зависимости от поступающих данных о физической системе;
зависимость от домена — наличие или преобладание в системе функционала, необходимого только в конкретном домене (например, для конкретного предприятия или отрасли);
автономность — возможность автономно влиять на реальный объект без или с частичным контролем со стороны человека;
синхронизация данных , а именно частота их сбора, сохранения и обновления.
В чём главное отличие цифрового двойника от других систем и технологий?
Ключевое отличие и существенная особенность цифрового двойника заключается в наличии двусторонней обратной связи между виртуальным компонентом системы и реальным объектом. Иными словами, взаимодействие модели с физической системой должно быть двунаправленным. Сама модель постоянно изменяется на протяжении всего жизненного цикла на основе данных, поступающих от объекта, и в результате анализа сценариев воздействует на объект, изменяя и трансформируя его. Таким образом формируется замкнутый цикл между виртуальным и физическим миром.
Какие существуют источники данных для цифрового двойника?
Цифровой двойник включает и использует различные данные, источниками которых, например, в бизнес-системах могут быть: система управления взаимоотношениями с клиентами (Customer relationship management, CRM), платформы электронной коммерции для анализа предпочтений и поведения клиентов; компьютерные системы предприятия; производственные информационные системы; производственное оборудование, оснащенное датчиками, исполнительными механизмами, системами слежения, сенсорными сетями и другими компонентами, принадлежащими физическому уровню.
Где применяются цифровые двойники и как они меняют процессы управления и производства?
Развитие высоких технологий в рамках Индустрии 4.0 изменило управление современным цифровым предприятием. Теперь его цифровой ландшафт способен объединять информационные системы различных уровней. Цифровые двойники позволяют получать компьютерную аналитику в реальном времени и с помощью аналога физической системы или объекта принимать своевременные и эффективные управленческие решения.
Цифровые двойники могут использоваться в самых разных сферах: добыча нефти, сети электроснабжения, строительство, медицина, промышленное производство, банковская инфраструктура и т.д. Они помогают планировать производственные процессы, повышать производительность, тестировать продукты, обслуживать сложные системы. Помимо прочего, технология ЦД направлена на повышение комфорта и безопасности людей — например, в строительстве. Цифровой двойник может представлять в виртуальном мире целые заводы, больницы или даже города.
Цифровые двойники городов — это реальность? И есть ли здесь связь с концепцией «умных» городов?
Да, связь есть. Концепцию умных городов обычно связывают с применением современных цифровых технологий в различных сферах управления городскими системами. Комплексный подход интегрирует в себе технологические и социальные инновации, а город рассматривается как «система систем», где взаимодействие отдельных подсистем служит гармоничному развитию, качественному преобразованию городской среды и самого социума.
«Мы проводим научные исследования и реализуем проекты создания имитационных моделей социально-экономических систем, например, городских и региональных, социальной сферы, транспортной и логистической инфраструктуры территориальных систем. Предпосылки создания таких цифровых решений уже имеются», — рассказывает Наталья Лычкина. Речь идёт о развитых системах мониторинга технической и экономической инфраструктуры городских систем. С их помощью можно собирать актуальные данные с различных объектов инженерной инфраструктуры (мосты, здания, электростанции, строительные объекты), а также оценивать состояние транспортной и логистической инфраструктуры, окружающей среды, погодные и климатические изменения и даже наблюдать социальные процессы в обществе.
Цифровые двойники городов в числе прочего способны прогнозировать возникновение чрезвычайных ситуаций, оценивать риски (продовольственные, экологические, инфраструктурные, дефицита объектов социальной инфраструктуры, снижения доступности медицинских услуг и т.д.). С помощью встроенной цифровой имитационной модели можно управлять городской системой и пространством, своевременно модернизировать инженерную и экономическую инфраструктуры, анализировать всевозможные сценарии и решать на перспективу задачи развития городских территорий или их реорганизации, вырабатывать эффективные градостроительные мероприятия.