Что такое цифровой двойник и где применяется эта технология

Цифровой двойник — виртуальная модель физического объекта или системы. Технология позволяет анализировать и предсказывать поведение объектов в разных условиях. Ее применяют во многих отраслях.

КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ

Данный текст создан автоматически при помощи ИИ и не проходил проверку редактора, поэтому может содержать фактологические или грамматические ошибки. Подробности в публикации

• Цифровой двойник - это виртуальная модель физического объекта или системы, используемая для мониторинга, анализа и управления его состоянием в реальном времени.
• Технология цифровых двойников применяется во многих отраслях, включая промышленность, здравоохранение, строительство и сельское хозяйство, позволяя оптимизировать процессы и повышать эффективность.
• Несмотря на преимущества, внедрение цифровых двойников сопряжено с вызовами, такими как необходимость в качественных данных, сложность моделирования и высокая стоимость реализации.

Цифровой двойник — цифровая копия физического объекта

Что такое цифровой двойник? Цифровой двойник (digital twin) — это виртуальная модель или копия физического объекта, процесса или системы, которая используется для мониторинга, анализа и управления его состоянием в реальном времени. Цифровые двойники создаются с помощью данных, собираемых с сенсоров и устройств, которые фиксируют информацию о реальном объекте. Эта информация обновляется и отражает изменения в реальном времени, что позволяет лучше понимать поведение объекта, прогнозировать возможные проблемы и оптимизировать его работу.

На сайте одного из крупнейших производителей ПО пишут, что это виртуальное представление объекта или системы, разработанное для точного отображения физического объекта. Цифровой двойник охватывает жизненный цикл объекта, обновляется на основе данных в реальном времени и использует моделирование, машинное обучение и рассуждения для принятия решений.

Как может выглядеть цифровой двойник? Цифровой двойник может выглядеть по-разному в зависимости от области применения и уровня детализации, но обычно он представлен в виде 3D-модели, виртуального интерфейса или информационной панели с данными, визуализирующими состояние физического объекта. Это может быть цифровой двойник завода или машины, интерактивная карта города с 3D-изображениями зданий, 3D-модель человеческого тела, виртуальный проект здания и многое другое.

Технология цифрового двойника начала зародилась в 1960-x

Основатель BSMA Enterprises, специалист в области передовых технологий и инновационных стратегий Сантош Кумар Бхода пишет, что генезис технологии Digital Twin можно проследить до 1960–1970-х, на зарождающихся этапах автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного проектирования (CAE).

Можно выделить несколько ключевых этапов развития цифрового двойника:

1. Разработка систем численного моделирования (1960-е). В частности, в НАСА использовали методы симуляции и моделирования для управления сложными системами космических кораблей.
2. Развитие интернета вещей (IoT) (1990–2000-е годы). В это время сенсоры, устройства и системы начали подключать к интернету, что дало возможность собирать большие объемы данных о состоянии физических объектов и систем.
3. Ввод термина «цифровой двойник». Термин официально был введен в 2002 году Майклом Гривзом, американским ученым и профессором.
4. Активное внедрение искусственного интеллекта и анализа данных для работы с цифровыми двойниками (с середины 2010-х).

В настоящее время цифровые двойники применяются во множестве отраслей. Развитие 5G и облачных технологий ускоряет использование цифровых двойников в реальном времени и их массовое внедрение.

Цифровые двойники применяются в различных отраслях

Цифровой двойник активно используется в различных отраслях и сферах благодаря его способности моделировать и контролировать физические объекты и процессы в реальном времени. На сайте профессионального общества Института инженеров электротехники и электроники (IEEE Computer Society) приведены примеры вариантов применения цифрового двойника:

1. В дизайне технология цифровых двойников позволяет создавать более качественные продукты, здания и города.
2. С помощью цифрового двойника можно контролировать производительность активов, систем и процессов в режиме реального времени.
3. Цифровые двойники могут использоваться для оптимизации производительности путем тестирования различных сценариев и выявления возможностей для улучшения.
4. Создав цифрового двойника сети цепочек поставок, компании могут моделировать и тестировать различные сценарии для выявления узких мест и неэффективности, а также оптимизировать поток товаров и материалов в цепочках поставок.

Это только малая часть того, где может применяться цифровой двойник. Он встречается в промышленном, аэрокосмическом и автомобильном производстве, энергетике и здравоохранении, строительстве, логистике, спорте, сельском хозяйстве и многом другом.

Перспективы технологии цифрового двойника выглядят многообещающе

Ожидается, что рынок цифровых двойников за короткое время вырастет более чем в 10 раз в ключевых отраслях в течение этого десятилетия, особенно в таких секторах, как производство, автомобилестроение и авиация. Заместитель декана Института науки и технологий Бэйханского университета профессор Фэй Тао отметил, что по прогнозам к 2026 году рынок цифровых двойников достигнет $48,2 миллиарда.

Цифровые двойники уже находят применение в различных областях, включая умные города, где они помогают в планировании и оптимизации инфраструктуры, в медицинской сфере для мониторинга состояния здоровья пациентов.

Они используются в сельском хозяйстве для повышения урожайности и устойчивости к изменению климата, как отметили на сайте международной консалтинговой компании McKinsey & Company. Например, системы, основанные на цифровых двойниках, могут анализировать состояние почвы и погодные условия, что позволит фермерам принимать более обоснованные решения.

Однако внедрение цифровых двойников сопряжено с определенными вызовами. Необходимость в высококачественных данных, сложность объектов и систем, которые нужно моделировать, а также постоянное обновление и поддержка этих моделей стали ключевыми аспектами. Их необходимо учитывать для успешного применения технологии.

Цифровой двойник — сложная и дорогая технология

Технология цифрового двойника имеет как свои преимущества, так и недостатки. Вот достоинства цифровых двойников:

1. Позволяют моделировать и оптимизировать процессы в реальном времени. Например, компании могут тестировать различные сценарии без риска реальных сбоев, что помогает улучшить эффективность работ.
2. Способствуют значительному сокращению затрат на обслуживание и эксплуатацию оборудования.
3. Позволяют разрабатывать более качественные продукты. На этапе проектирования проводят тестирование и анализ различных вариантов дизайна и функциональности.
4. Цифровые двойники используют данные из различных источников, что позволяет анализировать их и принимать более обоснованные решения.
5. В здравоохранении цифровые двойники могут использоваться для создания индивидуальных моделей пациентов, что позволяет врачам более точно предсказывать эффективность лечения и оптимизировать медицинские процедуры.

Из минусов стоит выделить сложность реализации и высокую стоимость технологии. Цифровой двойник зависим от данных. Нехватка или некачественные сведения ведут к неправильным выводам и решениям. К недостаткам стоит добавить устаревание цифровых двойников и возможные проблемы с безопасностью.

Цифровые двойники представляют собой мощный инструмент для оптимизации процессов и повышения эффективности в различных отраслях. Однако для успешного внедрения этой технологии необходимо учитывать потенциальные риски и сложности, связанные с ее реализацией.