Технология «цифровых близнецов» меняет способы создания, тестирования и совершенствования сложных устройств и решений Интернета вещей, искусственного интеллекта, а также передовых систем и приложений в области анализа данных.
Проще говоря, цифровые близнецы - это виртуальные копии физических устройств или сложных систем, на которых ИТ-специалисты, например, специалист по обработке данных, проводят симуляции - часто до того, как эти устройства действительно собираются (производятся), программируются и запускаются. Это позволяет быстро и удобно проверить свои возможности, обнаружить потенциальные проблемы и оптимизировать аппаратное и программное обеспечение.
Изначально этот метод использовался главным образом в промышленности, сегодня он становится все более распространенным в мире информационных технологий, уделяя особое внимание Интернету вещей, решениям в области искусственного интеллекта и системам, отвечающим за анализ данных. Такие среды имеют много общих функций, но их сложность является ключевой - и именно поэтому они так популярны у цифровых двойников, которые позволяют «безопасной» цифровой модели оптимизировать проекты для максимальной эффективности и удобно тестировать самые сложные и маловероятные сценарии событий ( например, необычные сбои или проблемы, которые необходимо решить).
Смотрите также:
Заговор датчиков. Колонна Михаила Бонаровского
Сама идея построения моделей виртуальных устройств, очевидно, не нова - она возникла во времена первых проектов космического агентства США NASA, в которых были созданы копии космических капсул для тестирования установленного в них аппаратного и программного обеспечения. Со временем развитие ИТ позволило перенести концепцию близнецов из физической копии в виртуальную модель, известную нам сегодня. В последние годы идея быстро развивалась, и сегодня технология позволяет создавать цифровых близнецов не только для отдельных устройств, но и для целых зданий, заводов или городов. Есть также мнения, что в ближайшем будущем мы даже начнем строить цифровых близнецов ... людей.
Термин «цифровые близнецы» был популяризирован два года назад, когда аналитическая компания Gartner сформулировала его в своем отчете, представляющем десять наиболее важных технологических тенденций на 2017–2022 годы. В нем говорится, что в течение 3-5 лет «миллиарды устройств будут представлены цифровыми близнецами или динамическими программными моделями устройств или систем». Аналитики Gartner также сохранили свои прогнозы в прошлом году, добавив, что популяризация цифровых близнецов будет тесно связана с растущим числом внедрений в области Интернета вещей, различных датчиков, датчиков и т. Д.
Цифровые близнецы. Как работает цифровой близнец
Понятно, что цифровой близнец - это просто компьютерная программа, которая использует данные о предмете. физический объект или система и среда для имитации его работы и предоставления пользователю данных о том, как объект или система работает в определенных условиях и как изменяющиеся условия влияют на его работу.
Модель обычно создается специалистами в области науки о данных или прикладной математики, которые сначала тщательно анализируют функционирование физического устройства, изучают принципы его работы, а затем используют эту информацию для построения математической модели, работающей в цифровом пространстве, которая отображает реальную среду устройства (системы).
Двойник предназначен для получения данных от датчиков, окружающих его физическую версию, что позволяет виртуальной модели полностью моделировать поведение объекта, устройства или системы в режиме реального времени и одновременно предоставлять ему полные данные об окружающей среде, о том, как они изменяются и возможных изменениях. проблемы.
Конечно, цифровой близнец не обязательно должен быть эквивалентом существующего устройства - он может также основываться на его прототипе: тогда он будет служить для предоставления информации, необходимой для улучшения пробной версии. Все чаще случается, что физический прототип создается на более позднем этапе работы, а первый реальный прототип - это виртуальная модель.
Цифровой близнец может быть простой или очень сложной моделью или проектом (примером последнего могут служить даже цифровые близнецы контейнеровозов, обслуживающих большую часть грузовых перевозок в морях и океанах, созданные Eniram). Точность и эффективность в предоставлении знаний о функционировании физического партнера зависит от того, сколько полезной информации будет доставлено в систему.
Цифровые близнецы в реальных приложениях
Количество заявок на создание близнецов и потенциальных моделей неограниченно. Они используются для создания и тестирования автомобилей, авиационных двигателей, поездов, горных платформ или турбин. Близнецы также полезны при решении специальных проблем, например, сбоев - технические специалисты могут использовать модели для проверки и тестирования различных способов устранения сбоев, а когда один из них оказывается эффективным, затем внедрить его в физическое устройство.
В индустрии внедрения цифровых близнецов, вероятно, находятся на самой продвинутой стадии. Многие заводы уже используют модели для моделирования процессов и тестирования оборудования.
Использование цифровых двойников в автомобильной промышленности проще, потому что современные автомобили полны датчиков телеметрии, поэтому они могут легко предоставлять данные для моделирования. Однако эта технология потребует дальнейшего совершенствования автомобилей, особенно с распространением автономных автомобилей.
В свою очередь, в системе здравоохранения создаются цифровые близнецы пациентов, данные о которых предоставляются датчиками размера патча, установленными на теле человека. Это позволяет легко контролировать состояние здоровья и прогнозировать изменения.
Цифровые близнецы в интернете вещей
Феномен, который в значительной степени способствовал популяризации концепции цифровых близнецов, - это взрыв популярности Интернета вещей и различных датчиков, датчиков и других измерительных устройств, используемых в системах IoT.
Близнецы используются там, среди других прогнозировать различные поведенческие результаты и действия на основе различных наборов входных данных. Это приложение мы хорошо знаем, среди прочего из научно-фантастических фильмов, в которых герои тестируют различные потенциальные сценарии в цифровой среде. Это в сочетании с передовым аналитическим программным обеспечением позволяет использовать цифровых близнецов для оптимизации внедрения систем Интернета вещей, а также для обеспечения их максимальной эффективности или даже для планирования всего IoT.
Чем лучше этот двойник способен дублировать свойства физического объекта, тем лучше будет информация о его работе. В промышленности, где использование многих современных датчиков, контролирующих работу устройств, является стандартом, это позволяет, например, создавать чрезвычайно точные модели. Это, в свою очередь, позволяет заранее предсказать, как устройство будет работать в течение более длительного периода времени, и какие сбои можно ожидать с течением времени.
Цифровые близнецы. Там нет стандартов
Процесс создания цифровых близнецов сложен, тем более что нет стандартизированной платформы для их создания. Интересно, что ситуация в этом сегменте довольно необычная, поскольку в то время как в других областях рынка ключевые инновации обычно приходят от молодых, амбициозных игроков (например, стартапов), в создании двойников лучшие результаты дают крупнейшие компании. Это не должно удивлять, однако, потому что виртуальные модели являются наиболее полезными для них.
Примером является концерн GE, который самостоятельно разработал собственную технологию для создания цифровых близнецов и использует ее, в частности в производстве и испытаниях реактивных двигателей. Также отлично справляется Siemens IT компаний, но и не засыпают груши в золе. - значных решений в этой области предлагают, например, IBM и Microsoft (в рамках Azure).
Сегмент Oracle также работает в этом сегменте - компания предлагает инструмент для создания двух типов близнецов: цифровой и прогнозирующий. Первый используется для анализа текущего поведения его оригинала и построен на основе подробного описания данного устройства, его 3D-рендеринга и текущих данных от датчиков. Позволяет отслеживать текущее состояние устройства и проверять его поведение при повседневной работе. Второй - прогнозирующий - должен моделировать будущее состояние устройства, происходящие в нем изменения, возможные сбои и другие инциденты, требующие реакции оператора.
Преимущества цифровых близнецов
Практика показывает, что цифровые двойники в настоящее время превращает работу многих организаций, обеспечивая постоянную видимость в устройства и предвидя возможные сбои, значительно упростить и организовать управление инфраструктурой. Chevron ожидает, что из-за снижения стоимости обслуживания своих устройств и систем с «миллионы долларов», в то время как Siemens предусматривает, что использование виртуальных моделей в создании новых устройств будет быстро обнаружить в них потенциальные недостатки и дефекты, а также значительно сократить время разработки новых продуктов ,
С другой стороны, Gartner оговаривает, что эта технология не должна рассматриваться как средство решения всех проблем бизнеса и производства - напоминая, что ее использование для слишком простых операций может привести к стрельбе из пушки воробья. Все сводится к правильной оценке проекта и отчета о прибылях и убытках.
