ЛАНИТ разрабатывает цифровые двойники для промышленности

29 ноября

Технология цифровых двойников  —  одна из самых востребованных и перспективных на современном мировом рынке.

При широком рассмотрении цифровой двойник — это цифровая модель реальных объектов, явлений или процессов, точно воспроизводящая форму и действия оригинала, а также синхронизированная с ним. Технология разделяется на несколько слоев: физический (объекты, явления и процессы реального мира), цифровой (представление физических объектов в виртуальном пространстве), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, на основе которых строится взаимодействие физического объекта и его цифрового прототипа).

Цифровая модель  — это виртуальная копия объекта, не оказывающая влияния на оригинал. В космической отрасли цифровая модель спутника позволяет повышать надежность и эффективность реального аппарата за счет отработки различных нештатных ситуаций. Понятие “цифровая тень” возникает тогда, когда информация  передается от физического объекта цифровому (цифровой браслет, транспортное приложение).

В полноценном цифровом двойнике обязательно используется программный слой, объединяющий физический и цифровой объекты для их взаимодействия. В качестве примера можно привести программу-навигатор, осуществляющую анализ собранной с устройств информации об их местонахождении и скорости перемещения и предлагающую варианты наиболее удобных маршрутов.

Сейчас  развитие технологии находится на этапе соединения отдельных цифровых двойников в крупные сети, что активно используется, в частности, в промышленной сфере для создания программных аналогов заводов или буровых установок. Следующим шагом будет усовершенствование цифрового двойника алгоритмами машинного обучения и искусственного интеллекта. Таким образом, перспективным направлением является создание прогнозных цифровых двойников, обрабатывающих большие массивы данных и исторической информации и способных прогнозировать будущие события.

Появление идеи цифровых двойников относится к 1980-м годам. В 1990-х начал развиваться интернет вещей, а в 2002 году понятие “цифровой двойник” было  описано в книге “Происхождение цифровых двойников” Майкла Гривза из Мичиганского университета.

Первое официальное упоминание термина “цифровой двойник” произошло в 2010 году в отчете NASA о моделировании и симуляции. Отчет был посвящен разработке максимально реалистичной цифровой модели космического аппарата, охватывающей не только сам объект, но и все этапы его строительства, испытаний и полетов.

Одним из наиболее ярких примеров реализации технологии, ориентированной на обычных людей, стал автомобиль Tesla, цифровой двойник которого контролирует состояние всех систем и в случае возникновения неисправностей передает информацию на завод, где в удаленном режиме проводится процесс корректировки. Дальнейшее развитие технологии направлено на реализацию функция автопилота, которая предполагает обмен данными между высокотехнологичными автомобилями.

Главной задачей цифрового двойника является улучшение управляемости сложных процессов или объектов. Отрасли с высоким уровнем цифровизации используют технологию для налаживания внутренних процессов и поддержания управляемости, что дает возможность повысить масштабируемость бизнеса и значительно увеличить прибыль.

Цифровые двойники востребованы в самых разных индустриях. Более узкое деление представлено в отчете Fortune Business Insights за 2021 год. По данным отчета, 75% мирового рынка приходится на долю категорий “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. Общий объем рынка оценивается в $6,75 млрд, а среднегодовой темп прироста превышает 40%.

Собственный “топ” экспертов ЛАНИТ, основанный на анализе предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации, выделяет наиболее подходящие для внедрения цифровых двойников отрасли. К ним относятся индустрия городского хозяйства (безопасность, транспорт, сфера услуг итд), 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 объектом и его цифровым двойником обеспечивается различными датчиками. Самым интересным решением в этой области стали системы компьютерного зрения, которые оснащены камерами различных диапазонов для передачи системам искусственного интеллекта изображения, позволяющего  определить локацию объекта, его физические параметры и дефекты.

Разработка полноценных цифровых двойников предполагает большие финансовые вложения, которые  могут себе  позволить только крупные компании или системные интеграторы. В связи с этим при появлении необходимости в разовом решении использование аутсорсинга является наиболее экономически выгодным вариантом.

Время, требуемое для реализации проекта по созданию и внедрению цифрового двойника, варьируется в зависимости от масштабов задачи и величины предприятия. Однако в любом случае проект проходит стадии изучения объекта, его дооснащения датчиками, а также обучения персонала. В среднем период, требуемый для разработки минимально жизнеспособного продукта (MVP) составляет один календарный год.

Для заказчиков из Казахстана компания “ЛАНИТ-Интеграция”  разработала высокоточные цифровые модели объектов культурного наследия: как отдельных артефактов, так и целых зданий. Проект проходил в  два этапа: создание трехмерного скана объекта и снятие текстуры в максимально высоком разрешении. Последующее совмещение позволило получить модели с высокой детализацией, которые могут быть использованы как в научных целях и для реставрационных работ, так и для публичной демонстрации в сети. Вместе с этим проект дал шанс сохранить в цифровом виде памятники и артефакты, которые подвержены разрушению под влиянием природных катаклизмов или человеческих  действий.

Компанией “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) был реализован проект по созданию цифрового двойника для крупного российского завода по изготовлению труб. Основной задачей проекта стало выявление дефектов в изделиях при высокой температуре, а также корректировка производственного процесса без необходимости его остановки. В итоге значительно сократилось время простоев и связанных с ними финансовых издержек. Так, по предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.

Развитие технологии позволит в будущем существенно расширить область ее применения. В настоящее время за рубежом идет разработка цифровых двойников мозга и тела человека, которые в теории должны увеличить продолжительность жизни человека. Благодаря индивидуальному цифровому двойнику станет возможен выбор оптимальных путей развития, а также расчет вероятных факторов риска для здоровья.

Помимо этого, планируется создание цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели Digital Twin as a Service. Универсальность модели упрощает процесс настройки технологии под потребности заказчика и значительно снижает стоимость проектов.

Читайте также