Для чего нужны цифровые двойники

Цифровой двойник — это, по сути, аватар физического объекта в виртуальном мире, позволяющий людям управлять им удаленно и отслеживать его работу, собирая данные со встроенных датчиков. Технология цифровых двойников является ключевым элементом цифровой трансформации.

Концепция цифровых двойников восходит к усилиям NASA по исследованию космоса в 1960-х годах. Эта технология сделала еще один шаг вперед в 2002 году, когда Майкл Гривз публично представил концепцию и модель цифрового двойника на конференции Общества инженеров-технологов. В 2010 году Джон Викерс из NASA представил новое использование термина "цифровой двойник", которое не ограничивалось обрабатывающей промышленностью, а применялось во всех секторах, включая строительство, машиностроение, транспорт и аэрокосмическую промышленность.

Определение цифровых двойников

Цифровой двойник — это трехмерное цифровое представление физического объекта. Цифровые двойники — это виртуальные копии физических устройств, инфраструктур или зданий, которые могут контролировать, отслеживать и анализировать их работу, производительность и износ. Эти модели также можно использовать для имитации будущего состояния системы до фактического внесения каких-либо изменений, что позволяет прогнозировать любые потенциальные результаты.

Цифровые двойники позволяют пользователям принимать более обоснованные решения о том, когда заменять или модернизировать детали, сокращать время простоя или даже полностью избегать его, предоставляя упреждающие уведомления для профилактического обслуживания.

Они доказали свою полезность для технического обслуживания и прогнозной аналитики в таких областях, как коммунальные услуги, транспорт, здравоохранение, строительство, розничная торговля, медицина, производство, сельское хозяйство, управление инфраструктурой, автомобильная, аэрокосмическая и оборонная промышленность.

Производственные компании чаще всего используют их для повышения эффективности производственных процессов за счет управления операциями как в виртуальном, так и в реальном мире. Эти близнецы работают вместе, чтобы повысить эффективность обслуживания, время безотказной работы и производительность.

Как работают цифровые двойники?

Цифровой двойник — это 3D-модель физического актива на основе искусственного интеллекта (ИИ), созданная для получения представления о производительности соответствующего физического объекта. Он делает это путем агрегирования всех данных об объекте.

Затем вы можете проанализировать эти данные и решить, что нужно исправить или улучшить. Цифровые двойники также могут предсказывать возможные сбои до того, как они произойдут, поэтому вы можете принять превентивные меры, чтобы избежать проблем до того, как они произойдут. С цифровым двойником компании могут лучше понимать операционное состояние своих активов и принимать более взвешенные решения на основе информации, полученной из данных.

Поскольку каждая компания уникальна, не существует универсального подхода к созданию для них цифрового двойника. Однако одно остается неизменным: начальным шагом всегда является получение доступа к как можно большему количеству данных о физическом активе. Чем детальнее, тем лучше.

Создайте 3D-модель этого актива, чтобы использовать ее в качестве основы для создания цифрового двойника. Как только модель будет готова, установите различные датчики и соберите несколько точек данных.

Если необходимо принять решение о том, какой датчик лучше всего подходит для вашего бизнеса, попробуйте сопоставить его характеристики с теми, которые существуют в аналогичных моделях. Это поможет избежать информационных пробелов в вашем цифровом двойнике.

Типы цифровых двойников

Цифровые двойники могут отслеживать, анализировать и прогнозировать будущее поведение всей производственной системы или отдельных активов. Затем эти цифровые модели могут моделировать различные сценарии для принятия стратегических решений о том, как лучше всего управлять активом. Существует четыре типа цифровых двойников.

Компоненты или детали близнецы

Близнецы компонентов или двойники частей относятся к цифровому представлению отдельных частей системы или машины. Это базовая форма цифровых двойников, которая имитирует наименьший пример функционирующего компонента для хранения данных о его состоянии, использовании и производительности.

Близнецы активов

Двойники активов или двойники продуктов — это виртуальное моделирование функциональной совместимости двух или более отдельных компонентов. Например, информационный центр состоит из множества элементов, которые должны работать, чтобы объект функционировал оптимально.

Цифровой двойник может позволить вам смоделировать взаимодействие между этими различными компонентами и посмотреть, не нарушает ли одна часть функциональность другой в этой моделируемой среде.

Система или блок-близнецы

Системные двойники, также известные как блочные двойники, представляют собой виртуальное представление функциональной совместимости нескольких системных активов. Эти близнецы состоят из данных, которые относятся ко всей системе или продукту и его отдельным компонентам.

Благодаря технологии дублирования системы вы можете следить за тем, как ваши продукты ведут себя с течением времени. Это позволяет инженерам обнаруживать аномалии в том, как эти продукты взаимодействуют друг с другом, и вносить необходимые коррективы.

Двойники процессов

Двойники процессов — это цифровые представления систем, работающих вместе для создания целостного производственного объекта. Они не ограничиваются физическими объектами. Они помогают определить, что происходит в деловом мире, и предоставляют данные, которые можно использовать для прогнозирования потенциальных проблем до того, как они возникнут.

Двойники процессов представляют разные части бизнеса, включая машины, рабочие процессы и сотрудников. Они позволяют компаниям заблаговременно выявлять риски и проблемные области, что приводит к повышению эффективности на всех уровнях.

Преимущества цифровых двойников

Преимущества цифровых двойников могут быть огромными для любого бизнеса. Они обеспечивают эффективную работу, быстрое время отклика, лучшее прогнозирование спроса, более экономичное техническое обслуживание, быстрые инновации, повышенную безопасность и тесное сотрудничество персонала.

Даже небольшая компания может воспользоваться преимуществами цифровых двойников. Однако важно понимать, что не каждая отрасль будет иметь такие же потребности в цифровых двойниках, как другие отрасли.

Цифровые двойники позволяют компаниям оптимизировать свои операции на детальном уровне. Это помогает компаниям быть более эффективными в оптимизации производительности своих активов, ресурсов и персонала. Они также помогают организациям экономить деньги, предсказывая проблемы до того, как они возникнут.

Они дают менеджерам представление о критических KPI, которые исторически было трудно измерить или контролировать, потому что у организации не было возможности знать, что делает ее оборудование 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Двойники также предлагают визуализацию данных в реальном времени, что означает, что вы можете видеть, как события разворачиваются по мере их возникновения, и реагировать соответствующим образом. А также предоставляют сотрудникам доступ к операционным данным, поэтому они знают, что происходит в любой момент времени, что способствует лучшему обмену информацией между сотрудниками о потенциальных проблемах и возможностях.

Варианты использования и примеры цифровых двойников

Производство

Цифровые двойники были невероятно полезны для производственных компаний, использующих 3D-печать на протяжении десятилетий. Самое приятное то, что процесс почти полностью автоматизирован с помощью искусственного интеллекта (ИИ).

В производстве цифровой двойник обеспечивает виртуальное представление смоделированных объектов или машин реального мира. Если система на основе ИИ обнаружит проблему, она автоматически уведомит инженера о том, что происходит, чтобы он мог исправить ее до того, как что-то пойдет не так.

Здравоохранение

Цифровые двойники в секторе здравоохранения контролируют использование и техническое обслуживание медицинского оборудования, такого как кислородные баллоны, рентгеновские сканеры, компьютерные томографы, аппараты МРТ и оборудование для диализа. Цифровые двойники также помогают прогнозировать будущие потребности в оборудовании на основе нагрузки на текущее оборудование.

Например, предположим, что цифровой двойник обнаруживает, что часть оборудования начала работать со сбоями из-за старения. В этом случае он подаст соответствующий сигнал инженерам, и они переключатся на другое устройство, пока будут ремонтировать неисправное.

Цепочка поставок

Отрасль цепочки поставок может использовать цифровых двойников, чтобы получить представление о своей логистической системе. Цифровой двойник может представлять собой виртуальную карту складов, портов и распределительных центров. Виртуальное картографирование позволяет организациям узнать, где находятся продукты в цепочке поставок в любой момент, чтобы они могли принимать более обоснованные решения.

К ним относятся знание того, с какого склада наиболее эффективно осуществлять отгрузку, определение того, какой заказ должен быть первым при обработке отгрузок, обеспечение соблюдения стандартов безопасности во время транспортировки и выявление рисков в пути.

Строительство

Строительные площадки по всему миру оснащены интеллектуальными устройствами, которые измеряют все, от температуры, влажности, уровня освещения до атмосферного давления. Благодаря тому, что данные, генерируемые этими устройствами, сопоставляются вместе в среде моделирования цифровых двойников, строители теперь имеют доступ к исчерпывающей информации о строительных конструкциях и материалах задолго до начала строительства.

Розничная торговля

Цифровые двойники используются в розничной торговле для моделирования и моделирования клиентов, чтобы улучшить качество обслуживания клиентов. Данные о клиентах, собранные с помощью цифровых двойников, дают ритейлерам ценную информацию о покупательских привычках и позволяют брендам создавать индивидуальные маркетинговые кампании.

Будущее цифровых двойников

В будущем цифровые двойники станут обычным явлением во всех отраслях. Предприятия будут использовать их для принятия более взвешенных решений, снижения рисков, повышения эффективности и предоставления потребителям лучшего опыта.

На сегодняшний день, глобальная индустрия цифровых двойников оценивается примерно в 6,5 млрд долларов США в год, и, по прогнозам, к 2030 году она достигнет 125,7 млрд долларов США, увеличившись со среднегодовым темпом роста (CAGR) на 39,48% в период с 2022 по 2030 год. Эти данные отражают огромный потенциал этой технологии по мере того, как все больше компаний используют ее возможности.