Цифрові двійники, або «Digital Twins» – це віртуальна модель об’єктів, процесів або середовищ. Вони створюються шляхом сканування даних, що стосуються важливих функціональних областей досліджуваної фізичної одиниці, далі аналізуються за допомогою алгоритмів, а потім переносяться в цифрову копію.
Ця концепція була вперше використана у виробництві у 2002 році Майклом Грівсом (тоді викладачем Мічиганського університету), але термін «цифровий двійник» був введений лише за вісім років Джоном Вікерсом з НАСА.
4 з 10 промислових компаній вже використовують цифрових двійників
Промисловість має великі очікування від цієї технології. Згідно з опитуванням, проведеним цифровою асоціацією Bitkom, близько 63 відсотків промислових компаній переконані, що цифрові двійники необхідні для виживання в умовах міжнародної конкуренції.
Близько 44 відс. підприємств уже використовують цифрових двійників, 8 відс. планують це зробити, а ще 14 відс. вважають це ймовірним. Лише 10 відсотків не можуть уявити собі використання цього рішення в майбутньому, тоді як кожна п’ята промислова компанія (20 відсотків) ще навіть не розглядала цю технологію.
Близько 59 відсотків німецьких промислових компаній вважають, що цифрові двійники сприяють сталому виробництву. Трохи менше половини (49 відсотків) вважають, що цифрові двійники дозволяють створювати абсолютно нові бізнес-моделі. Лише 17 відсотків промислових компаній у Німеччині вважають, що цифрові двійники – це тренд, який скоро зникне.
Набагато більше, ніж звичайна симуляція
Цифрові двійники мають низку ключових властивостей, які їх визначають.
Репрезентативна базова правда – єдине джерело правди для віртуальних наборів даних. Фізична точність – відповідність законам фізики. Ідеальна синхронізація – точний час і ідеальна синхронізація з реальним світом. З підтримкою ШI – оптимізовано за допомогою ШI та дозволяє навчати ШІ», – каже Тімо Кістнер провідний фахівець у галузі штучного інтелекту для регіону EMEA в компанії NVIDIA, яка виробляє комп’ютери ШI.
Завдяки цим властивостям технологія цифрових двійників значно перевершує просту симуляцію, оскільки дозволяє аналізувати будь-яку кількість процесів одночасно, забезпечуючи більш точне відтворення майбутніх сценаріїв.
Коли команди виконують симуляцію можливих майбутніх сценаріїв, вони повинні мати можливість покладатися на точність своїх симуляцій. Щоб цього досягти їх симуляції мають бути максимально наближеними до реальності. Тому цифрові двійники, яких вони використовують для своїх симуляцій, повинні відображати правду про їхні операції та відповідати законам фізики», – пояснює Кістнер.
Можливість запобігання дорогим помилкам
Ця технологія пропонує багато переваг практично всім компаніям в різних галузях.
Наприклад, компанії можуть використовувати цифрових двійників, щоб трансформувати свою діяльність, зокрема, зменшити витрати та відходи, покращити якість та ефективність чи навіть прискорити час введення продуктів на ринок.
Цифрові двійники також підвищують продуктивність, оскільки дозволяють командам співпрацювати в режимі реального часу, щоб пришвидшити та покращити процес прийняття рішень», – каже експерт.
Підприємства також можуть проєктувати, тестувати та використовувати нові продукти повністю у формі цифрових двійників у режимі реального часу.
Групи, які займаються плануванням, проєктуванням, будівництвом та експлуатацією використовують цифрових двійників, наприклад, для розробки нових продуктів і систем, а також для моніторингу, симуляції та оптимізації виробничих середовищ. Вони використовують технологію для аналізу та кращого розуміння важливих подій або проблем, що відбулися, моніторингу існуючих процесів у режимі реального часу та симуляції майбутніх сценаріїв», – говорить Кістнер.
Використання штучного інтелекту та моделей навчання дозволяє максимально реалістично симулювати складні ситуації та значно знижує ризик для кінцевих користувачів. Помилки та слабкі місця можна розпізнати вже на ранній стадії.
Традиційно розробка та тестування продуктів було поєднанням цифрових і фізичних дій, які часто виконуються послідовно і вимагають великих зусиль від усіх залучених сторін. Як і на ранніх циклах промислового виробництва, помилка на будь-якому етапі процесу означала необхідність зупинки виробничих ліній і потенційний крок назад, щоб виправити помилку, або навіть почати з нуля. Тестування, особливо продуктів і сценаріїв критично важливих для безпеки, може мати величезний вплив на введення продукту на ринок, або, що ще гірше, призвести до вилучення продукту з ринку, якщо проблеми будуть виявлені після його введення на ринок», – пояснює Кістнер.
Цифрові двійники залишаться з нами надовго
Застосування та можливості використання цифрових двійників дуже широкі.
Наприклад, Digitale Schiene Deutschland (DSD), що є частиною Deutsche Bahn, будує першого цифрового двійника середовища залізничних ліній та станцій, щоб повністю симулювати автоматичне обслуговування потягів у всій мережі. Цифровий двійник створюється на основі цифрової мапи високої роздільної здатності, яка містить дуже точні розміри реальних маршрутів.
Це означає створення фотореалістичної та фізично точної копії всієї залізничної мережі. Вона містить колії, що проходять через міста та інші території, а також багато деталей із таких джерел, як вимірювання платформи та датчики потягів. Використовуючи цифрового двійника, який базується на штучному інтелекті, створеного за допомогою NVIDIA Omniverse, DSD може розробити високоефективні системи сприйняття, запобігання та управління, щоб оптимально розпізнавати та реагувати на нетипові ситуації в щоденних залізничних операціях», – говорить Кістнер.
Виробник автомобілів BMW також вже деякий час тестує виробництво з використанням віртуальних моделей. У 2021 році компанія створила кабіну для BMW iX за допомогою цифрового двійника. Використовуючи штучний інтелект симуляції виробництва структури несучої конструкції кабіни BMW iX виконувались таким чином, ніби справжні компоненти виготовлялися методом лиття під тиском. Це дозволило виконати цифрову симуляцію всього виробничого процесу з усіма його фізичними властивостями. Зараз ця технологія широко використовується на заводах BMW.
Завдяки різноманітності можливих застосувань цифрові двійники будуть необхідними в бізнесі та промисловості.
Результати справді революційні: від скорочення витрат і відходів до підвищення продуктивності, покращення якості та зберігання, а також прискорення виробництва та часу реалізації», – підсумовує Кістнер.
