Цифровые двойники от ЛАНИТ помогают работе крупных предприятий

Цифровые двойники — одна из самых востребованных и перспективных технологий.

В общем смысле технология цифровой двойник —  это цифровое представление объекта, явления или процесса, имеющее несколько слоев.

Физический слой — это объекты. Например, автобус, который движется по заданному маршруту.

Цифровой слой — это виртуальный мир, к примеру, электронная карта дорог, по которым перемещается автобус.

Программный слой — приложение, база данных, облачные алгоритмы, объединяющие физический и цифровой слои.

Цифровая тень —  упрощенный вариант цифрового двойника, при котором происходит трансляция данных от физического объекта к его виртуальному прообразу.  В качестве примера можно привести фитнес-браслет или транспортное приложение.

Полноценный цифровой двойник, помимо обмена информацией между физическим и цифровым слоем, предполагает их влияние друг на друга, которое возможно благодаря добавлению программного слоя. Например, программа-навигатор способна собирать информацию о местонахождении и скорости сотен тысяч машин, анализировать ее и определять оптимальные маршруты движения.

Отдельные цифровые двойники можно объединить в крупные сети, что в настоящее время широко используется, в частности, на промышленных предприятиях. Следующий шаг — подключение четвертого слоя, а именно алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта. Это так называемые прогнозные цифровые двойники, которые на основе большого объема обработанных данных могут с высокой точностью предсказывать будущие события.

Идея цифровых двойников появилась в 1980-х годах. В 1990-х начал развиваться интернет вещей, а в 2002 году первую концепцию цифрового двойника описал Майкл Гривз из Мичиганского университета.

Термин “цифровой двойник” впервые появился в отчете NASA в 2010 году, но на тот момент это было связано с цифровой моделью космического аппарата, которая должна была охватывать не только сам объект, но и этапы работы с ним — строительство, испытания и полет.

Сегодня вычислительные мощности выросли многократно и стали гораздо доступнее. Один из наиболее прогрессивных примеров реализации технологии — это Tesla. Автомобиль содержит в себе цифрового двойника, который непрерывно следит за его состоянием и анализирует данные.

В хорошо цифровизированных отраслях двойники помогают более качественно решать привычные задачи. Это касается не только экономии ресурсов и оптимизации деятельности, но и возможности масштабировать бизнес, сохраняя при этом его управляемость и эффективность.

Цифровые двойники применяются в самых разных индустриях. Согласно отчету Fortune Business Insights за 2021 год, 75% рынка занимают категории “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. При этом общий объем рынка составляет $6,75 млрд, а среднегодовой темп прироста  — более 40%.

Кроме того, эксперты ЛАНИТ сформировали собственный “топ” отраслей для внедрения цифровых двойников, основанный на анализе  предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации. Это городская инфраструктура, добыча полезных ископаемых, строительная и архитектурная отрасли и промышленное производство, где цифровые двойники позволяют усовершенствовать продукты без необходимости создания экономически невыгодных реальных прототипов, а также оптимизировать и повысить эффективность работы производственных линий.

В России главные заказчики — это представители промышленной и строительной отраслей, а также энергетического сектора. Концепция цифровых двойников используется в работе цифровых сервисов: такси, доставка, навигатор, банкинг.

Одно из самых интересных решений в области передачи данных объекта цифровому двойнику  — системы компьютерного зрения. Они состоят из камер различных диапазонов и их ключевая задача — давать системам искусственного интеллекта изображение для анализа местоположения объекта, его физических параметров или существующих дефектов.

Еще одна классификация цифровых двойников разделяет их на прототипы (цифровые копии физических объектов, сохраняющие всю информацию с оригиналов), экземпляры (двойники, работающие с физическим объектом, копией которого являются) и агрегированные цифровые двойники, которые представляют собой совокупность множества экземпляров.

Разработка цифрового двойника требует больших финансовых и интеллектуальных ресурсов, и поэтому доступна только крупным компаниям или системным интеграторам. В случае возникновения потребности в разовом решении, вариант аутсорсинга будет более экономически выгодным.

Сроки реализации проектов зависят от масштабов предприятия, где внедряется цифровой двойник. К обязательным этапам работы относятся изучение объекта, дооснащение его необходимым оборудованием и датчиками, а также обучение персонала. Среднее время создания минимально жизнеспособного продукта (MVP) — один календарный год.

Для заказчиков из Казахстана разработчики компании “ЛАНИТ-Интеграция” создали высокоточные модели объектов культурного наследия: как целых зданий, так и отдельных артефактов. Процесс состоял из двух этапов: оцифровка и фотограмметрия. Полученные модели имеют максимально возможный уровень детализации и используются как в научных целях, так и для демонстрации в сети, что дает возможность сохранить в цифровом виде те памятники и артефакты, которые могут пострадать из-за природных катаклизмов или действий людей.

Компания “Системы компьютерного зрения”, которая входит в группу ЛАНИТ, разработала цифровой двойник для крупного российского завода, специализирующегося на изготовлении труб. Его задача — выявлять дефекты и брак в изделиях при высокой температуре в непрерывном режиме, корректировать производственный процесс и таким образом минимизировать простои и связанные с ними финансовые издержки. По оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.

В будущем технология продолжит развиваться и станет применяться еще чаще. За рубежом идут разработки цифровых двойников мозга и тела человека, что поможет увеличить продолжительность жизни за счет выбора оптимального пути поддержания здоровья с учетом индивидуальных факторов риска.

Также в ближайшей перспективе появление цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели Digital Twin as a Service. Данная модель позволяет разработать некий универсальный “каркас”, который свободно адаптируется под желания заказчика.