Что такое цифровой двойник, где используют и зачем он бизнесу

Бизнес далеко не всегда предсказуем. Каждый форс-мажор несёт для владельца потерю времени, сорванные сроки и миллионы убытков. Поэтому так важно заранее подготовиться к неожиданностям. Это возможно, если на предприятии есть цифровой двойник — виртуальная копия компании. 

В материале разберёмся, что такое цифровой двойник, как и где он используется, а также расскажем как их правильно создавать и внедрять.

Что такое цифровой двойник

Цифровой двойник (digital twin) — по сути это виртуальный прототип реального объекта, который является сложным программным продуктом и полностью его повторяет, учитывая все характеристики и особенности. Наличие виртуального близнеца позволяет не только прогнозировать ряд событий, но и проводить управленческие эксперименты без реального риска для компании.

Например, металлургический комбинат внедрил цифрового двойника на склад. Теперь точная 3D-модель со всеми помещениями, стеллажами, размещённой продукцией и оборудованием есть на компьютере. То есть такая модель даёт возможность прогнозировать нагрузку склада, оптимизировать маршруты передвижения техники и количество требуемого персонала. 

Для построения цифрового двойника первоначально необходимо собрать информацию:

• режим работы склада и оборудования;

• ключевые показатели и состояние техники на текущий момент;

• история действий за определённый временной промежуток не только по товару, но и по обслуживанию техники;

• условия эксплуатации;

• программное обеспечение (если таковое имеется).

После сбора данных наступает время для их анализа, затем специалисты дают рекомендации по обслуживанию, выявляют сильные и слабые стороны объекта и возможные риски. Такая информация существенно снижает вероятность аварий и прочих сбоев в работе. 

Цифровой двойник позволяет смоделировать различные ситуации с учётом разнообразных факторов. Благодаря этому управленец может найти наиболее эффективные решения, выстроить оптимально процессы и сократить стоимость многих проектов.

Не стоит путать понятие цифрового двойника с цифровой тенью, которая способна предсказать поведение объекта исключительно в рамках собранных данных. То есть, она не может моделировать ситуации в которых объект не находился в реальной жизни.

Для чего нужна технология цифрового двойника

Цифровой близнец помогает решить бизнесу ряд задач:

• Снизить финансовые издержки, а также время на проектирование и разработку.

• Сократить количество тестовых испытаний за счёт отработки вариантов на цифровом двойнике.

• Увеличить надёжность и ресурсность оборудования за счёт своевременного технического обслуживания.

• Минимизировать простой оборудования благодаря быстрому реагированию на любые ситуации.

• Повысить экономическую эффективность оборудования за счёт соблюдения рекомендаций по эксплуатации.

• Оптимизировать работу благодаря повышению управляемости процессами и их предсказуемости.

Цифровой близнец позволяет выявить проблемы ещё до запуска. Поэтому они востребованы не только на производстве, но и в других сферах. Например, в маркитенге, где с помощью двойника определяют спрос на продукцию и её характеристики.

Целевое действие: добавить баннер для получения email читателя.

Виды цифровых двойников

На сегодняшний день есть несколько видов Digital Twin:

1. Прототип. Виртуальная копия физического объекта (помещения), в которой отображены все данные о нём: 3D-модель, техническая информация, условия эксплуатации и прочее.

2. Экземпляр. Содержит информацию о физических характеристиках объекта: материалы и компоненты из которых он состоит, результаты мониторинга, данные с различных датчиков. Помимо этого такая модель включает результаты тестирования. В комплексе это позволяет оптимизировать оценку состояния оборудования и рассчитать вероятность сбоев, а также провести симуляцию поведения объекта в различных условиях.

3. Агрегированный двойник. Этот вид используется для проведения тренировок персонала и оптимизации процесса технического обслуживания. Включает в себя сеть устройств, которые собирают необходимую информацию. За счёт этого отслеживаются возникающие ошибки. 

4. Гибридный близнец. Такая модель может собирать и анализировать и оценивать данные. Речь идёт о сочетании нескольких технологий: машинное обучение и интернет вещей. Используется для оценки технического состояния, остатков либо для прогнозирования перспективных изменений. Также применяется для оптимизации эксплуатации. 

5. Комплексный двойник. Сочетает все имеющиеся технологии моделирования, визуализации и обработки информации.

В каком бизнесе применяется цифровые двойники

Создание и внедрение двойника обходится компании далеко не бюджетно, поэтому к вопросу стоит подходить сознательно. Максимальный эффект можно достичь если соблюсти ряд условий:

– жизненный цикл объекта более пяти лет;

– имеется техническая возможность получить технические данные, в том числе провести мониторинг состояния;

– возможность масштабирования: бессмысленно создавать двойник для одного небольшого объекта;

– вариативность: эксплуатации, обслуживания, ремонтных мероприятий.

Как правило, экономически оправдано внедрение цифрового близнеца в следующих сферах бизнеса:

1. Добыча и переработка полезных ископаемых. Применяется для минимизирования вреда для окружающей среды, оптимизации производственных издержек, снижения вероятности аварий. Например, в сфере нефтедобычи с помощью двойника можно предсказать ряд аварийных ситуаций и за счёт этого избежать их и не понести многомиллионных убытков. В нашей стране одной из первых применять технологию стала компания «Татьнефть». Там смогли увеличить добычу на 150 млн тонн благодаря обнаружению точных мест для бурения.

2. Производство. Крупные заводы используют технологии для разработки агрегатов либо для оптимизации цепи поставок. Популярная компания Tesla применяет технологии в производстве автомобилей. Там создают цифрового клона для каждой машины. Это позволяет им контролировать качество и постоянно работать над надёжностью.

3. Энергетика. Помогают обеспечить стабильность энергоснабжения и предотвращают аварии. 

4. Строительство. С помощью Digital Twin можно проектировать здания, кварталы, районы и даже целые города. Это помогает понять степень нагрузки на конструкцию, рассчитать загруженность инфраструктуры, оценить влияние климата и проанализировать насколько новый объект впишется в общую картину. На сегодняшний день цифровой двойник есть у города-государства Сингапура. 

5. Торговля. Технологии помогают оценить степень загруженности торговых площадей для оптимизации работы магазина в целом. Например, современный двойник может с высокой точностью спрогнозировать увеличение или снижение потока покупателей. За счёт этого администрация принимает решение о количестве продавцов в определённое время. 

6. IT-предприятия. Используются с целью минимизирования кибератак.

7. Логистика. С помощью двойника можно оптимизировать маршруты как грузоперевозок, так и пассажирского транспорта. Цифровой двойник учитывает большое количество данных: состояние дорожного полотна, климатические условия и загруженность дорог. Это позволяет грамотно распределить, например, пассажиропоток. Например, компания «СИБУР» уже несколько лет использует технологию для оптимизации железнодорожных маршрутов, а также ремонтных работ. 

8. Дизайн. Позволяет точно визуализировать конечный результат.

9. Медицина. Технология позволяет создавать точную копию человека, которая учитывает все его особенности. За счёт этого можно спрогнозировать реакцию организма на лечение и вероятный ход болезни. 

10. Космонавтика. Используется для тестирования запусков и отработки нештатных ситуаций. 

11. Спорт. Широко применяется в командных видах спорта, где с учётом особенностей каждого участника прогнозируется наиболее эффективная стратегия игры.

12. Сельское хозяйство. Умные модели помогают повышать плодородность почвы и урожайность. С их помощью фермер может оптимизировать расход удобрений, рассчитать точное время посадок конкретных культур и определить какие из них целесообразно сажать в этом сезоне с учётом всех возможных рисков.

Преимущества цифрового двойника

Внедрение двойника имеет ряд преимуществ:

– высокая скорость оценки рисков;

– улучшение сервисов;

– мониторинг эксплуатации в реальном времени

– высокая координация между участниками процесса;

– тестирование гипотез без реального риска для процесса;

– повышение эффективности в целом;

– повышенный контроль и усиление безопасности;

– сокращение финансовых издержек.

Недостатки цифрового двойника

Наряду с преимуществами внедрение цифрового двойника имеет и недостатки:

– высокая стоимость внедрения технологии делает процесс доступный не для любого бизнеса;

– сложность внедрения — процесс весьма трудоемкий и длительный. Полный цикл может занять от нескольких лет до нескольких лет;

– технические ограничения, связанные с наличием специализированных навыков и знаний у персонала;

– недостаточный уровень безопасности данных в связи с частыми атаками киберпреступников;

– большой объём необходимой для создания двойника информации. В случае недостаточности информации или её неточности эффективность двойника значительно снижается.

Этапы создания цифрового двойника

Как и выполнение любой задачи, разработка цифрового двойника делится на несколько этапов:

Исследование 

На начальном этапе разработчики собирают данные о техническом состоянии, бизнес-процессах, собирают обратную связь от сотрудников. Всё это необходимо для создания максимально приближённого к реальности цифрового двойника, способного решать поставленные задачи.

Создание цифрового клона

Моделируется трёхмерная модель, которая повторяет всю инфраструктуру, характеристики и процессы реального объекта. Для этого используют разные методики:

1. FEA (Finite Element Analysis). Производит расчет нагрузки, деформаций, электро-, гидродинамических показателей, теплообмена.

2. FMEA (Failure Mode and Effects Analyses). Оценивает надёжность, выявляет уязвимости и последствия сбоев системы.

3. CAD-модели. Осуществляет автоматизированное проектирование для расчёта структуры, параметров, материалов.

Воплощение цифрового двойника

Производится размещение цифрового близнеца на платформу типа Dassault Systemes или аналогичную. 

Тестирование

На данном этапе осуществляется тестирование основных процессов реального прототипа. Работы проводят до полного совпадения двойника с объектом. В этот же период проводятся дополнительные тестирования на предмет поведения объекта при нештатных ситуациях: повышенных нагрузках, аварийных ситуациях. Затем выявляются уязвимости и рассчитываются алгоритмы поведения для различных ситуаций.

Внедрение

На завершающем этапе, когда выявлены и отработаны все процессы, вносятся изменения в реальный объект. Например, цифровой двойник выявил ряд неисправностей — необходимо их устранить. 

Однако стоит учитывать, что на этапе внедрения работа с цифровым двойником не заканчивается. Необходимо регулярно развивать, дорабатывать и проводить поддерживающие мероприятия, чтобы добиться долгосрочного эффекта.

Требования к цифровому двойнику компании

Для того, чтобы результат оправдал ожидания к цифровому двойнику применяют ряд требований:

1. Единая IT-система. Разработка продукта должна вестись в едином программном продукте для обеспечения лучшей интеграции.

2. Комплексный подход. При разработке необходим системный, комплексный подход. Все процессы должны быть описаны максимально детально. Присутствует не только бизнес-архитектура, но и IT-архитектура, соответствующая современным стандартам.

3. Оцифровка информации. Вся собранная информация должна быть переведена в формализованный электронный формат. Важно оцифровать также все метрики и показатели (процессы, IT-системы и оборудование, подразделения и их персонал, филиалы).

4. Наличие возможности моделирования в реальном времени. Имитировать работу реального объекта модель должна в онлайн режиме. Это необходимо для прогнозирования ситуаций, управления рисками, оптимального распределения нагрузки.

5. Регулярное обновление. Информация должна систематически актуализироваться.

6. Оперативное получение данных. При необходимости любая информация должна передаваться максимально быстро (за несколько секунд или кликов).

7. Практическая ценность. Необходимо чёткое понимание практической пользы от двойника: экономический эффект, сфера применения, влияние на KPI. Недопустима абстракция.

8. Уровень доступности. К работе с цифровым двойником доступ должны иметь все заинтересованные сотрудники. Возможно разграничение прав. 

Главное

1. Цифровой двойник — технология виртуального представления реального объекта, которым может быть не только процесс, но и человек.

2. Digital twins на сегодняшний день широко применяется в самых различных сферах бизнеса. Наиболее эффективно и оправдано их внедрение в технологичных или крупных компаниях.

3. Для бизнеса цифровой двойник — инструмент для увеличения прибыли, повышения эффективности, улучшения безопасности и снижения рисков. Это возможность экспериментировать и тестировать гипотезы без реальных рисков.

4. Создание и внедрение цифрового двойника — процесс длительный и дорогостоящий. Точные сроки зависят от степени сложности поставленной задачи.

5. Прежде чем решиться на создание цифрового двойника, необходимо проанализировать текущую ситуацию в организации и оценить потенциальную эффективность. Польза должна превышать понесённые расходы.