На современном мировом рынке цифровые двойники стали одной из самых востребованных и перспективных технологий.
В широком смысле цифровой двойник — это цифровая копия объекта, явления или процесса. Технология включает несколько слоев: физический (объекты и действия реального мира), цифровой (представление реальных объектов в виртуальном мире), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, с помощью которых происходит объединение и взаимодействие физического и цифрового слоев).
Цифровая модель — это виртуальный прототип объекта, который никак не влияет на свой физический оригинал. В архитектурной и строительной отраслях к цифровым моделям относятся проекты зданий со всеми коммуникациями. Также существует понятие “цифровая тень” . В этом случае информация от реального объекта передается в цифровой слой. Например, фитнес-браслет или транспортное приложение.
Для создания полноценного цифрового двойника обязательно добавление программного слоя, который обеспечивает взаимодействие физического и цифрового слоев. Программа-навигатор анализирует собранную с устройства информацию о его местонахождении и скорости движения и предлагает варианты наиболее удобных и быстрых маршрутов.
Отдельные цифровые двойники могут объединяться в крупные сети. Например, на промышленных предприятиях цифровые аналоги станков и связанной с ними инфраструктуры формируют цифровой двойник целого завода. Следующий шаг — дополнение концепции четвертым слоем — алгоритмами машинного обучения и искусственного интеллекта. Таким образом, развитие технологии движется в сторону создания прогнозных цифровых двойников, которые на основе больших массивов данных и исторической информации будут давать высокоточные прогнозы.
Идея цифровых двойников возникла в 1980-х годах, а в 1990-х начал развиваться интернет вещей. В 2002 году Майкл Гривз из Мичиганского университета впервые изложил концепцию цифрового двойника.
В 2010 году в отчете NASA в контексте создания максимально реалистичной виртуальной копии космического аппарата был впервые упомянут термин “цифровой двойник”. Модель должна была охватывать как сам объект, так и все этапы работы с ним.
В настоящее время вычислительные мощности значительно выросли, и технология распространилась на жизнь обычных людей. Одним из самых ярких примеров может служить разработка автомобиля Tesla, цифровой двойник которого используется для контроля за состоянием всех систем, а информация о возникающих ошибках передается на завод, где происходит их оперативное устранение. В будущем планируется доработка технологии, в результате чего станет возможен обмен информацией между высокотехнологичными автомобилями и реализация функции автопилота.
В отраслях с высоким уровнем цифровизации, помимо экономии ресурсов и увеличения скорости решения задач, использование цифровых двойников способствует лучшей масштабируемости бизнеса без потери его управляемости.
Технология цифровых двойников применяется в самых разных индустриях. По данным отчета Fortune Business Insights за 2021 год, 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 — более 40%.
Собственный рейтинг экспертов ЛАНИТ, созданный на основе анализа предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации, выделяет индустрию городского хозяйства (безопасность, транспорт итд), добычу полезных ископаемых, строительную и архитектурную отрасли, а также промышленное производство, где цифровые двойники продуктов и производственных линий позволяют выйти на новый уровень качества и эффективности.
Помимо этого, концепция цифровых двойников используется в популярных цифровых сервисах: такси, доставка, навигатор, банкинг.
Обмен данными между объектом и его цифровым двойником осуществляется за счет систем компьютерного зрения. Камеры различных диапазонов дают системам искусственного интеллекта изображение, анализ которого позволяет определить актуальное состояние объекта: локацию, физические параметры или дефекты.
Большая стоимость проектов по разработке полноценных цифровых двойников делает их доступными только для крупных компаний или системных интеграторов. В ситуации, когда есть потребность в разовом решении, наиболее выгодным вариантом становится аутсорсинг.
Сроки реализации проекта по внедрению цифрового двойника напрямую зависят от масштабов задачи и величины предприятия. Более того, зачастую использование цифровых двойников кардинально меняет бизнес-модель предприятия, и тогда внедрение может длиться дольше, чем разработка. Среднее время создания минимально жизнеспособного продукта (MVP) — один календарный год.
Проект компании “ЛАНИТ-Интеграция” для заказчиков из Казахстана был направлен на создание высокоточных моделей объектов культурного наследия. Процесс проходил в два этапа: получение трехмерного скана объекта и снятие текстуры в максимально высоком разрешении. Конечные модели используются как в научных целях, так и для демонстрации всем желающим в сети. Благодаря этому появляется возможность сохранения в цифровом виде тех памятников и артефактов, которые наиболее подвержены разрушению под влиянием природных катаклизмов или человеческого вмешательства.
В рамках проекта компании “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) проводилась разработка цифрового двойника для крупного российского завода, изготавливающего трубы. В результате стало возможно выявление дефектов в изделиях при высокой температуре без прерывания производственного процесса, что значительно сократило время простоев и связанные с этим финансовые издержки. По предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.
В будущем технология продолжит развиваться и станет более доступной. Зарубежные компании занимаются разработкой цифровых двойников мозга и тела человека, что положительно скажется на продолжительности жизни, поскольку позволит учитывать индивидуальные особенности здоровья каждого человека.
Еще одной интересной перспективой является появление цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели — Digital Twin as a Service. Востребованность данного продукта объясняется тем, что создание универсального “каркаса” упростит процесс адаптации цифрового двойника под желания заказчика и существенно снизит стоимость внедрения.