Эксперты ЛАНИТ озвучили “топ” отраслей для внедрения цифровых двойников

В настоящее время технология цифровых двойников пользуется большим спросом  и считается одной из самых перспективных.

Цифровой двойник  — это модель физического объекта, явления или процесса, воспроизведенная в цифровом поле и взаимодействующая с оригиналом. При более детальном рассмотрении термина, цифровой двойник имеет несколько слоев: физический (реальные объекты), цифровой (виртуальные копии физических объектов), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, поддерживающие процесс взаимодействия между физическим и цифровым слоями).

Понятие “цифровая модель” описывает ситуацию, в которой виртуальная копия объекта никак не влияет на оригинал. К примеру, в космической отрасли создается цифровая модель спутника, которая используется для отработки различных нештатных ситуаций, что в итоге делает реальный аппарат более надежным и эффективным.

Цифровая тень — упрощенный аналог цифрового двойника. В этом случае  физический объект передает информацию в цифровой слой (цифровой браслет, транспортное приложение).

Полноценный цифровой двойник обязательно содержит программный слой, который определяет возможность двустороннего информационного обмена между физическим объектом и его цифровой копией (например, программа-навигатор).

В настоящее время развитие технологии находится на этапе, который предполагает интеграцию отдельных цифровых двойников и создание крупных сетей. Следующий шаг — доработка концепции алгоритмами машинного обучения и искусственного интеллекта для создания прогнозных цифровых двойников, обрабатывающих большие массивы данных и на основе этого формирующие высокоточные прогнозы.

История цифровых двойников началась в 1980-х годах, в 1990-х появление интернета вещей дало мощный толчок для развития технологии. В 2002 году в своей книге “Происхождение цифровых двойников” Майкл Гривз из Мичиганского университета впервые изложил концепцию цифрового двойника.

Первое официальное упоминание термина “цифровой двойник” появилось в отчете NASA о моделировании и симуляции за 2010 год, который описывал создание сверхреалистичной цифровой копии космического корабля. Ее основной задачей  было воспроизведение всех этапов строительства, испытаний и полетов аппарата.

Стремительный рост вычислительных мощностей сделал технологию более доступной для обычных людей.  Один из наиболее прогрессивных примеров реализации технологии — автомобиль Tesla, цифровой двойник которого отслеживает состояние всех систем и оперативно корректирует их работу в дистанционном формате.

Цифровые двойники пользуются спросом в самых разных индустриях. По данным отчета Fortune Business Insights за 2021 год, 75% мирового рынка занимают категории “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. При этом общий объем рынка составляет  $6,75 млрд при среднегодовом темпе прироста  — более 40%.

Рейтинг экспертов ЛАНИТ сформирован на основе анализа предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации. Эксперты выделили отрасли, которые имеют больше возможностей для внедрения цифровых двойников. Это индустрия городского хозяйства (безопасность, транспорт, сфера услуг), добыча полезных ископаемых (снижение рисков при добыче и переработке), строительная и архитектурная отрасли (проектирование зданий и прогнозирование их “поведения” в различных климатических условиях), а также промышленное производство (цифровые двойники продуктов и производственных линий).

Обмен данными между реальным объектом и его цифровым двойником происходит за счет различных датчиков, и самым интересным решением в этой области стали системы компьютерного зрения. Они оснащены камерами различных диапазонов, с помощью которых системы искусственного интеллекта получают изображения для определения локации объектов, измерения их физических параметров и дефектов на основе анализа поверхностей и формы.

Проекты по разработке и внедрению полноценных цифровых двойников предполагают серьезные финансовые вложения, которые оправданы в том случае, если у крупных системных интеграторов есть запрос на большое количество цифровых двойников, а также потребность в их постоянной доработке и поддержке. Когда компании нужно разовое решение, наиболее оптимальным вариантом будет аутсорсинг.

На сроки реализации проектов влияют реальный объем задач и масштаб предприятия. Так, моделирование двигателя может занять несколько недель или месяцев, а разработка цифрового двойника нефтеперерабатывающего завода  —  несколько лет. Во всех случаях проект включает несколько этапов: изучение объекта, дооснащение его оборудованием и датчиками, а также обучение персонала.

Основной задачей проекта компании “ЛАНИТ-Интеграция” для заказчиков из Казахстана стало создание высокоточных цифровых моделей объектов культурного наследия. В их число вошли как отдельные артефакты, так и целые здания. Процесс работы включал в себя оцифровку и фотограмметрию. При последующем совмещении были получены модели с высокой детализацией, которые подходят для использования как научных целях, так и для публичной демонстрации в сети. Важным результатом стало то, что благодаря проекту удалось сохранить в цифровом виде памятники и артефакты, которые могут быть разрушены людьми или природными катаклизмами.

Компания “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) завершила проект по созданию цифрового двойника для крупного российского завода по  изготовлению труб. В итоге предприятие получило возможность выявлять дефекты и брак в изделиях при высокой температуре, не прерывая при этом производственный процесс. Заказчику удалось существенно сократить периоды простоев и минимизировать связанные с этим затраты. По предварительной оценке, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.

Дальнейшее развитие технологии способствует расширению области ее применения. Сейчас зарубежные специалисты заняты разработкой цифровых двойников мозга и тела человека, которые в теории должны увеличить качество жизни и ее продолжительность.

Также интересной выглядит перспектива создания цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели Digital Twin as a Service. Модель будет представлять собой универсальный “каркас”, который легко адаптируется под запросы заказчика и снижает стоимость проектов.