Человечество научилось создавать цифровых дублёров реальных производственных процессов, объектов, зданий и даже целых городов. Рассказываем, где используются цифровые двойники и как они меняют экономику.
Что такое цифровой двойник
Цифровой двойник — это точная виртуальная копия физического объекта или отдельного процесса. Она строится с помощью технологий искусственного интеллекта на реальных данных.
Национальный стандарт в области ЦДИ утверждён в России ещё в 2021 году. Изначально стандарт предназначался для изделий машиностроения, но на его базе уже создаются документы для других отраслей.
Согласно российскому ГОСТу, термином обозначается система, включающая цифровую модель объекта и двусторонние информационные связи с ним и его компонентами.
Технология позволяет оптимизировать затраты на обслуживание оборудования за счёт автоматизации процессов и упрощения управления производственными задачами. Ещё одним преимуществом считается возможность предоставления совместного доступа в единое цифровое рабочее пространство для участников процесса. Это способствует повышению оперативности и согласованности действий.
Современные виртуальные двойники способны не только хранить информацию об объекте, но и проводить анализ его ключевых показателей. В случае выявления признаков износа система может автоматически уведомить об этом и предложить решения для устранения проблемы.
Современные технологии позволяют виртуально дублировать практически любой физический объект. Это достигается за счёт использования сложных математических и компьютерных моделей, а также создания системы информационных взаимосвязей.
Возможности цифрового двойника:
- Связность. Должен поддерживаться постоянный информационный обмен между физическим объектом и его виртуальной копией.
- Работа в реальном времени. Модели начинают функционировать ещё до появления физического объекта.
- Виртуальное прототипирование. На этапе разработки виртуальная модель позволяет предварительно тестировать и прогнозировать работу объекта на стадиях жизненного цикла.
- Синхронизация информации. Данные регулярно обновляются, что обеспечивает актуальную информацию о состоянии физического объекта.
- Точность и достоверность. Модели основываются на математических вычислениях и симуляциях, что гарантирует высокую точность предоставляемых данных.
- Интерактивность. Пользователи могут изменять параметры модели и наблюдать за результатами в режиме реального времени.
Виды цифровых двойников
Цифровые двойники классифицируются по различным критериям. Одним из популярных считается деление по назначению:
- Информационные. Эти модели предназначены для синхронизации с физическим объектом в реальном времени. В результате удаётся получить актуальные данные о состоянии объекта. Требуется это для своевременной диагностики и мониторинга, например, производственного оборудования, конвейеров или транспортных средств.
- Предиктивные. Предиктивные модели позволяют прогнозировать поведение объектов в различных условиях эксплуатации. Они помогают предсказать, при каких обстоятельствах объект может выйти из строя. Это важно в авиации, энергетике или автомобильной промышленности.
- Операционные. Такие модели используются для оптимизации бизнес-процессов и решения управленческих задач. С их помощью компании могут моделировать различные сценарии работы, анализировать возможные риски и принимать решения для устойчивости бизнеса.
Ключевым параметром двойника становится полнота и точность. Неполная или неточная модель объекта теряет свою ценность и не способна выполнять возложенные на цифрового двойника задачи.
Вторая Москва
Вот уже пять лет у России… две столицы. Нет, не Москва и Петербург, а Москва и созданный в 2019 году «Цифровой двойник Москвы».
«Дублёр» столицы помогает планировать строительство жилых комплексов, промышленных и социальных зданий, управлять потоками транспорта и коммунальным хозяйством.
«Цифровой двойник Москвы» — точная 3D-копия (так называемая фотограмметрическая модель) территории города.
- На копию Москвы нанесены сети инженерных и транспортных коммуникаций так, как они расположены в реальном городе.
- Двойник формируют более 12 миллионов подробных фотографий территории столицы. Сами фото делаются под разными ракурсами с воздуха (с вертолётов) и с земли.
- Модель должна меняться в полном соответствии с тем, как меняется город. Поэтому каждый год снимки в «Цифровом двойнике Москвы» полностью обновляются.
Кроме «банка фотографий» в копию Москвы загружены несколько тысяч слоёв массивов данных по разным сферам жизни города. Данные обновляются в реальном времени. Но и это ещё не всё. Часть «Цифрового двойника Москвы» — архив панорам полной территории города с 2013 года. Заархивированы все 13 тысяч километров. Этот архив помогает максимально точно проводить измерения при проектировании новых городских объектов.
В 3D-модели Москвы используются три алгоритма. Их задача — лучшая детализация снимков, проведение цветокоррекции фотографий и удаление с них объектов, которые могут мешать движению транспорта.
«Цифровой двойник Москвы» стал важнейшим инструментом градостроительных решений и развития городского хозяйства. Работает это так. В фотограмметрическую модель загружают 3D-копии проектируемых зданий, сооружений и прочих трёхмерных объектов. Модель оценивает, как постройка впишется в имеющуюся архитектуру и какую нагрузку создаст на инфраструктуру, как организовать вокруг новостройки движение транспорта. Так можно сразу спланировать застройку целого микрорайона, посмотреть, как это место выглядело раньше и как изменится после окончания строительства.
С помощью «Цифрового двойника Москвы» уже построено более 3000 тысячи зданий, в том числе известный инновационный кластер «Ломоносов» на Воробьёвых Горах.
Двойник также помогает контролировать ход строительных работ с помощью видео с городских камер и квадрокоптеров. Им пользуются для контроля вывоза отходов строительства и сноса зданий, наблюдения за движением городского общественного транспорта и выполнения работ в коммунальном хозяйстве.
Москва — далеко не единственный город в мире со своим двойником. Таких копий городов на разных континентах уже десятки. Кстати, в ближайшие три года планируется создать виртуальные копии всех российских городов-миллионников.
Цифровых двойников используют в городском планировании, контроле за состоянием мостов, туннелей, электросетей. Городские цифровые дублёры управляют системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Они просчитывают спрос на энергию и помогают городским властям сокращать её потребление без последствий для жителей.
Важная функция «цифровых городов» — помощь в быстром реагировании городских служб на стихийные бедствия. «Двойники» помогают экстренным службам в перемещении по городу (известные всем автолюбителям навигаторы), оценивать ущерб, координировать работу спасателей.
Данные с камер видеонаблюдения — самая известная жителям больших городов работа «цифровых двойников». Они помогают предотвращать и раскрывать преступления, управлять дорожным движением.
Виртуальный налоговый инспектор
Технологию цифрового двойника в России собираются применять для определения налогового режима в нефтегазовой отрасли. Министерство энергетики совместно с Минфином намерены использовать цифровую модель расчёта налогов на всех российских нефтяных и газовых месторождениях.
Для этого создаются точные цифровые копии конкретных месторождений, нефтеперерабатывающих заводов, отдельных буровых установок. Эти копии будут собирать данные о работе реальных производственных объектов и выбирать персональный налоговый режим для конкретного месторождения. Модели показывают, на каком месторождении можно добыть больше нефти, с какими затратами. Данные цифровых двойников объектов нефтегазового сектора могут стать основой для начисления налога на дополнительный доход на добычу углеводородного сырья.
Технологию уже тестируют некоторые нефтяные компании. Цифровые двойники позволяют им наблюдать за техническим состоянием своих НПЗ и буровых установок.
Цифровые двойники также уже применяются для разведки месторождений. Дублёр реального геологического массива помогает смоделировать различные сценарии и определить, где лучше всего проводить бурение и как сделать добычу максимально выгодной.
Цифровые копии буровых установок выявляют потенциальные дефекты, учат персонал реагировать на чрезвычайные происшествия. Использование двойников скважин уже помогает российским нефтяным компаниям экономить до 20% капитальных вложений.
Где ещё используют цифровых двойников
Цифровые двойники востребованы для модернизации атомных станций. Также дублёры используются для проектирования и тестирования самолётов, для создания авиационных двигателей, ракет и автомобилей. Кроме того, цифровые двойники широко применяются в одной из самых динамично развивающихся отраслей экономики – логистике. С их помощью управляют железнодорожными, морскими и автомобильными грузовыми перевозками.
Другая область применения — это строительство. Технология позволяет создавать виртуальные модели зданий, районов или даже целых городов. Такие модели помогают:
- Рассчитать нагрузки на несущие конструкции и учитывать климатические условия.
- Визуализировать, как новый объект вписывается в существующую архитектуру.
Примером считается цифровой двойник Сингапура — подробная трёхмерная карта города-государства. Он охватывает здания, подземные коммуникации, мосты и даже деревья. Это позволяет оптимизировать инфраструктуру, ЖКХ и озеленение.
В ритейле новая методика используется для решения нескольких задач:
- Прогнозирование потока покупателей и оптимизация штата сотрудников.
- Тестирование выкладки товаров, дизайна интерьера и настроек освещения.
- Анализ маршрутов покупателей в магазине для размещения персонала и повышения продаж.
В автомобильной отрасли модель цифрового двойника помогает выявлять поломки и предупреждать о возможном выходе деталей из строя. Это важно для развития российского производственного рынка.
Используются цифровые двойники и в ресторанах — они помогают тестировать сценарии работы, оптимизировать численность персонала, улучшать условия для посетителей и сотрудников.
Производственные предприятия используют модели для управления цепочками поставок и оптимизации процессов. А в медицине технология помогает отслеживать жизненно важные показатели пациента и создавать виртуальные копии человеческого тела.
