В настоящее время цифровые двойники уверенно входят в число самых популярных и перспективных технологий.
В общем понимании цифровой двойник - это представление объекта, явления или процесса в цифровом виде. При более детальном рассмотрении технология содержит несколько слоев: физический (объекты и действия реального мира), цифровой (копия физических объектов в виртуальном мире), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, служащие базой для объединения физического и цифрового слоев).
Цифровая модель - это виртуальный прототип объекта, который не обменивается информацией со своим оригиналом. В архитектурной и строительной отраслях цифровой моделью выступает, к примеру, проект здания со всеми коммуникациями. Если информация от реального объекта передаетсяв цифровой слой, то возникает понятие “цифровая тень”.
Для создания полноценного цифрового двойника задействуется программный слой, с помощью которого осуществляется взаимодействие физического и цифрового слоев. Так программа-навигатор получает информацию о местонахождении и скорости движения сотен тысяч машин, анализирует ее,предлагает пользователю варианты наиболее оптимальных маршрутов.
Отдельные цифровые двойники могут объединяться в крупные сети. Например, на промышленных предприятиях таким способом формируется цифровой двойник завода. На следующем этапе концепция дополняется четвертым слоем -алгоритмами машинного обучения и искусственного интеллекта. Таким образом, дальнейшее развитие технологии предполагает создание прогнозных цифровых двойников, которые через обработку больших объемов данных и исторической информации будут предсказывать будущие события.
Зарождение идеи цифровых двойников происходило в 1980-х годах, а в 1990-х начал развиваться интернет вещей. Первая концепция цифрового двойника была описана Майклом Гривзом из Мичиганского университета в 2002 году.
Первое упоминание цифрового двойника в отчете NASA появилось в 2010 году. Термин на тот момент относился к максимально реалистичной виртуальной копии космического аппарата, которая охватывала как сам объект, так и все этапы работы с ним: строительство, испытания и полет.
В настоящее время вычислительные мощности значительно выросли, и технология вошла в жизнь обычных людей. Одним из самых прогрессивных примеров может служить разработка автомобиля Tesla, в котором цифровой двойник используется для мониторинга состояние всех систем, а информация о неисправностях передается на завод, где все ошибки устраняются удаленно. В ближайшей перспективе планируется реализация режима автопилота за счет появления функции обмена информацией между высокотехнологичными автомобилями.
В сферах с высоким уровнем цифровизации использование цифровых двойников способствует не только экономии ресурсов и оптимизации деятельности, но и лучшей масштабируемости бизнеса с сохранением его управляемости, что приводит к увеличению прибыли.
Цифровые двойники востребованы в самых разных индустриях. Согласно отчету Fortune Business Insights за 2021 год, на долю категорий “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение” приходится 75% мирового рынка. При этом его общий объем достигает $6,75 млрд, а среднегодовой темп прироста - более 40%.
Рейтинг экспертов ЛАНИТ, созданный на основе анализа предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации, включает индустрию городского хозяйства, добычи полезных ископаемых, строительную и архитектурную отрасли, а также промышленное производство, где большим спросом пользуются цифровые двойники продуктов и производственных линий, позволяющие выйти на новый уровень качества и эффективности.
Помимо этого, цифровые двойники включены в работу популярных цифровых сервисов, таких как такси, доставка, навигатор, банкинг.
Системы компьютерного зрения - решение, поддерживающее обмен данными между объектом и его цифровым двойником. С помощью камер различных диапазонов изображение передается системам искусственного интеллекта, которые определяют местоположение объекта, его физические параметры или дефекты.
Еще один вариант классификации делит цифровые двойники на прототипы (цифровые копии реальных объектов), экземпляры (двойники, взаимодействующие со своей физической копией) и агрегированные цифровые двойники (совокупность множества экземпляров).
По финансовым причинам разработка полноценного цифрового двойника зачастую доступна крупным компаниям или системным интеграторам. Если существует запрос на разовое решение, то экономически оправдано использование аутсорсинга.
Сроки реализации проекта по внедрению цифрового двойника напрямую зависят от масштабов предприятия. К обязательным этапам относятся изучение объекта, дооснащение его необходимым оборудованием и датчиками, а также обучение персонала.
Проект компании “ЛАНИТ-Интеграция” для заказчиков из Казахстана был нацелен на создание высокоточных моделей объектов культурного наследия. Процесс проходил в два этапа: оцифровка и фотограмметрия. Конечные модели отличаются максимальной детализацией и используются как в научных целях, так и для демонстрации всем желающим в сети. Одним из преимуществ является возможность сохранения в цифровом виде тех памятников и артефактов, которые могут пострадать из-за природных катаклизмов или действий людей.
Проект компании “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) был направлен на разработку цифрового двойника для крупного российского завода, изготавливающего трубы. Ключевая задача проекта - выявление дефектов в изделиях при высокой температуре, не предполагающее остановку производственного процесса. Это дало возможность минимизировать простои и связанные с ними финансовые издержки. По предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ?700 млн.
Дальнейшее развитие технологии положительно скажется на ее востребованности. Зарубежные компании работают над созданием цифровых двойников мозга и тела человека, что позволит учитывать индивидуальные особенности здоровья и увеличит продолжительность жизни.
Также в ближайших планах создание цифровых двойников, которые будут объединены универсальным “каркасом” - единой сервисной моделью Digital Twin as a Service. Это существенно упростит адаптацию технологии под потребности заказчика и снизит ее стоимость.