Технология цифровых двойников (digital twins) — концепция, включает в себя хранение виртуальной копии физического объекта или системы в памяти компьютера, к которой можно легко получить доступ и которой можно легко управлять. Эта технология обеспечивает экономичный и эффективный способ мониторинга, анализа и оптимизации производительности физических объектов и систем. Благодаря цифровому двойнику различные отрасли могут получить ценную информацию о функциональности, отказоустойчивости и ограничениях продукта без физической модификации прототипа.
Содержание:
Определение цифрового двойника сегодня
Цифровой двойник (digital twins) — это компьютеризированное представление реального продукта, операции или функции. Чтобы добавить контекст, цифровой двойник — это моментальный снимок физического актива/продукта, что означает, что цифровой двойник — это представление физического актива как есть.
Вы можете использовать цифровые двойники взаимозаменяемо с термином цифровая копия. Он действует как цифровой аналог объекта в физическом мире, копируя собранные данные о физическом товаре. Этот объект может быть одним объектом, таким как реактивный двигатель или ветряная турбина, или агрегированным объектом, таким как небоскреб, электростанция или даже целый город и связанные с ним процессы.
Вы можете использовать технологию цифровых двойников для воссоздания процессов и физических ресурсов для накопления информации, которую вы можете использовать для прогнозирования того, насколько хорошо эти процессы будут работать.
Технология цифровых двойников — это программное приложение, которое использует данные, собранные в реальном мире, для моделирования, которое может точно предсказать, как процесс или продукт будут работать в будущем.
Каково происхождение и история digital twins?
2002 год стал годом, когда широкое внимание привлекла концепция цифровых двойников. Предметом обсуждения стало построение центра управления жизненным циклом продукции. Он включал в себя реальное пространство, виртуальное пространство и дисперсию информации и данных, которые текут между реальным и виртуальным мирами.
Все эти компоненты являются общими для концепции цифрового двойника. С момента своего появления идея создания физического и цифрового двойников как единой сущности оставалась неизменной, хотя некоторые связанные термины могли со временем измениться.
Распространено заблуждение, что технология цифровых двойников появилась на рынке в 2002 году, так как эта технология существует гораздо дольше.
Технические инженеры создали концепцию digital twins и технологии цифрового двойника в 1960-х годах. IT-специалисты воплотили идею в жизнь вскоре после ее зарождения.
В частности, в это время кодирование космических исследований НАСА будет использовать определенные фундаментальные концепции цифровых двойников. Например, НАСА создало цифрового двойника, чтобы Аполлон-13 мог безопасно вернуться на Землю после приземления. Для этого они построили на земле физически идентичные системы, повторяющие орбитальные.
Применение цифровых двойников в сфере недвижимости
Цифровой двойник в сфере недвижимости — это виртуальная копия физического актива, такого как здание, собственность или целый город, созданная с использованием сложных технологий, таких как датчики, 3D-моделирование и искусственный интеллект.
Цифровые двойники управляют, контролируют и оптимизируют здания и недвижимость.
Они могут эмулировать различные сценарии, такие как изменения занятости, энергопотребления и графиков технического обслуживания, помогая специалистам по недвижимости принимать обоснованные решения.
Например, цифровой двойник здания может имитировать изменения температуры, влажности и уровня присутствия, чтобы установить оптимальные настройки температуры для различных частей здания. Он также может предвидеть потребности в техническом обслуживании, например, когда конкретный компонент может выйти из строя и нуждается в замене.
Какие типы цифровых двойников существуют?
Возможности моделирования цифровых двойников распространяются как на уровень отдельных элементов, так и на уровень больших систем. Цель каждого типа цифровых двойников и их уникальная функция значительно отличаются от других. Несмотря на то, что все они выполняют одну и ту же основную функцию, они в цифровом виде воспроизводят систему или элемент в реальном мире.
Близнецы компонентов
Цифровые представления конкретных продуктов или системных компонентов известны как двойники компонентов. Они имитируют цельные детали, в том числе подверженные высоким температурам или нагрузкам. Разработчики и инженеры могут определить, как вы можете улучшить компоненты, чтобы сохранить их целостность в возможных вариантах, спроектировав детали в электронном виде и отправив их на моделирование.
Близнецы активов
Двойники активов или продуктов — это цифровые представления реального объекта, а не компонентов продукта по отдельности. Цель двойников активов — понять, как различные компоненты конкретного продукта взаимодействуют друг с другом, хотя теоретически вы можете сформировать один двойник актива из нескольких двойников компонентов.
Системные близнецы
Системные двойники, иногда называемые блочными двойниками, представляют собой цифровые модели производственных систем, созданные для функционирования как единое целое. Разница между двойниками активов и системными двойниками заключается в том, что двойники активов представляют собой реальные продукты, состоящие из нескольких частей.
Напротив, системные двойники представляют эти конкретные продукты как части более широкой системы. Если вы поймете, как соединяются различные компоненты, вы сможете повысить производительность и эффективность компании.
Двойники процессов
Две или более взаимозависимые системы, функционирующие одновременно, могут быть представлены в цифровом виде как двойники процессов. Например, производственную линию можно смоделировать с помощью системного двойника. Тем не менее, двойник процесса может моделировать весь завод, включая персонал, управляющий оборудованием на производственной линии.
Этот подход предлагает мощный и гибкий инструмент для анализа и оптимизации сложных систем, позволяя разработчикам и инженерам выявлять потенциальные узкие места и недостатки и разрабатывать практические решения.
В чем разница между симуляцией и цифровыми двойниками?
Важно отличать симуляцию от цифрового двойника. Цифровой двойник — это виртуальная копия физического объекта, имитирующая его поведение. В то же время моделирование добавляет новые переменные в среду цифрового двойника, чтобы определить потенциальные результаты в различных условиях. Напротив, цифровой двойник воспроизводит то, что происходит с реальным продуктом.
В качестве возможностей цифрового двойника можно добавить как имитационное, так и прогнозное моделирование, повышая его функциональность и универсальность. Креативность разработчика является единственным ограничением модификаций, которые могут быть внесены в симуляцию.
Так как цифровой двойник обеспечивает подлинные входные данные, разработчик может оценить, работает ли он так, как ожидалось. Затем они могут внести необходимые коррективы, чтобы отразить, как он используется. Эта функция выходит за рамки капитала для других целей, таких как производственный процесс, который вы можете оценить с помощью фактических данных, чтобы реагировать на меняющиеся ожидания, потребности или экономические ситуации.
Основное различие между цифровым двойником и симуляцией заключается в том, что последняя является чисто гипотетической, тогда как первая основана на реальных данных.
Технология digital twins сегодня
Подобласть компьютерных наук, искусственный интеллект, фокусируется на поиске решений когнитивных проблем, которые обычно связаны с человеческим познанием. Эти задачи включают обучение, решение проблем и аналитическое мышление.
Применение искусственного интеллекта, известное как машинное обучение, включает в себя создание математических моделей и алгоритмов, которые позволяют компьютерным системам выполнять задачи без специальных инструкций, вместо этого в зависимости от тенденций и выводов.
Машинное обучение на практике
Технология цифровых двойников обрабатывает огромные объемы данных датчиков с использованием алгоритмов, разработанных для машинного обучения и выявления закономерностей в данных. Искусственный интеллект и машинное обучение предоставляют расширенную аналитику по оптимизации операций, обслуживанию, максимальному повышению эффективности и сокращению выбросов.
Примеры компаний, которые работают с цифровыми двойниками:
- Microsoft с цифровым двойником Azure, который представляет собой IoT-платформу;
- Siemens — позволяют анализировать работу продукта в различных условиях;
- Цифровые двойники Unity для 3D-проектов;
- Amazon Web Services (AWS) также является сервисом IoT;
- Работа с цифровыми двойниками IBM — для ресурсоемких отраслей;
- Цифровой двойник Tesla — компания создает цифрового двойника для каждого продаваемого автомобиля;
- Google Supply Chain Twin, решение Google Cloud.
Разработка и создание цифрового двойника
При создании цифровых двойников нужно в первую очередь помнить, что digital twins — это не только компьютерные симуляции мест реального мира, которые они представляют. Цифровые двойники постоянно взаимодействуют со связанными структурами, передавая информацию в режиме реального времени. Кроме того, их функциональность позволяет управлять интегрированными технологиями здания, такими как системы связи, системы хранения данных и другие корпоративные решения.
Создание цифрового двойника включает в себя сбор обширных данных о конфигурации, производстве, проверке, обслуживании, веб-датчике и различных источниках данных. Он использует набор высокоточных алгоритмических основанных на физике структур и расширенной аналитики, чтобы предвидеть состояние и функциональность инвестиций на протяжении всего срока службы продукта.
Со временем объем данных, используемых для улучшения модели, и количество сопоставимых ресурсов, развернутых вместе с ее цифровыми двойниками, повышают надежность представления цифрового двойника. Сбор данных происходит постоянно, чтобы поддерживать модель в актуальном состоянии.
Цифровые двойники не являются точными копиями своего окружения, вместо этого они являются расширениями этих сред. Разработчики смогут более эффективно устанавливать связи, если будут поддерживать эту руководящую идею в центре своих процессов.
Из каких компонентов состоит digital twins?
Технология цифрового двойника включает программные и аппаратные компоненты с промежуточным программным обеспечением для администрирования данных.
- Аппаратные компоненты
Датчики, подключенные к Интернету вещей или IoT, которые являются механизмом, управляющим цифровыми двойниками и инициирующим передачу данных между физическими активами и их цифровыми представлениями, являются важным компонентом этой технологии. Приводы, которые преобразуют цифровые импульсы в механическое движение, сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, периферийные процессоры и порталы IoT, среди прочего, также включены в аппаратный компонент.
- Промежуточное ПО для управления данными
Его основная функция заключается в том, чтобы действовать как центральное место для хранения и накопления данных, полученных из различных источников. В идеальной ситуации система промежуточного программного обеспечения возьмет на себя дополнительные обязанности, включая работу с сетью, управление конфигурацией, обработку информации, управление качеством данных, визуализацию, моделирование и администрирование данных и многое другое.
- Программные компоненты
Механизм аналитики имеет важное значение для цифрового дублирования, поскольку он преобразует необработанные данные в полезную информацию. Во многих случаях за его работу отвечают модели машинного обучения. Эти программные компоненты известны как системы управления зданием или системы автоматизации зданий.
Преимущества программного обеспечения цифровых двойников
Понятие технологии цифровых двойников относится к числу передовых концепций, которые развиваются самыми быстрыми темпами.
- Ускоренные системы анализа рисков и производства
С помощью цифрового двойника компании могут тестировать и проверять продукт до его физического воплощения, оптимизируя процесс разработки. Моделирование поведения сложных систем с использованием технологии цифровых двойников используется для выявления потенциальных угроз безопасности и принятия корректирующих мер перед запуском.
- Профилактическая аналитика и профилактическое обслуживание
Компании могут оценивать свои данные, чтобы предвидеть потенциальные проблемы внутри системы, поскольку датчики IoT, составляющие систему цифровых двойников, создают большие объемы данных в режиме реального времени. Благодаря технологии цифровых двойников сбои оборудования можно предвидеть до того, как они произойдут, что позволяет операторам планировать работы по техническому обслуживанию до того, как они приведут к дорогостоящим простоям.
- Удаленный мониторинг в режиме реального времени
Всесторонний обзор обширной физической системы в режиме реального времени может быть очень сложным, а в некоторых случаях даже невозможным. Мониторинг производительности оборудования и процессов в режиме реального времени позволяет технологии цифровых двойников выявлять области, в которых инженеры могут обеспечить эффективность.
И наоборот, к цифровому двойнику можно получить доступ из любого места, что позволяет пользователям удаленно контролировать и контролировать производительность системы.
Лучшие примеры технологий digital twins в действии
Технология цифровых двойников активно создает виртуальное представление физического объекта или системы, используя сложные методы моделирования и симуляции. Он обновляет это представление данными в реальном времени, собранными с датчиков и различных источников. Этот метод позволяет инженерам и операторам проверять и анализировать производительность в режиме реального времени, облегчая принятие обоснованных решений по оптимизации.
Технология имеет почти бесконечное количество применений в реальном мире. Вот четыре наиболее распространенных варианта использования технологии цифровых двойников:
Производство. Использование цифровых двойников существенно влияет на операции в нескольких различных отраслях, включая производство. Внедрение технологии цифровых двойников многими производителями автомобилей полностью изменило производство автомобилей.
В сфере здравоохранения медицинские работники могут создавать цифровых двойников пациентов или их органов, что позволяет им моделировать процедуры и точные условия, в которых они будут выполняться.
Энергетические системы: получая данные в режиме реального времени от датчиков, установленных на каждом роторе, цифровые двойники позволяют создавать более эффективные конструкции и дают рекомендации по повышению производительности каждого отдельного ротора в работе.
Умные города: поставьте совместное управление данными в основу городского планирования и преобразования. Эта технология поддерживает устойчивые города и будущую трансформацию ESG за счет интеграции цифровых технологий с городскими операционными системами.
Зачем компаниям и государственному сектору нужна эта технология?
Цифровые двойники — эффективные махинаторы для стимулирования инноваций и повышения производительности. Думайте об этом как о самых опытных экспертах по продуктам с самыми передовыми инструментами наблюдения, анализа и прогнозирования. Государственный сектор часто использует цифровые двойники для обслуживания ресурсов, администрирования и коммерческих требований, но существует множество других применений.
Технологии, меняющие отрасли
Многие отрасли используют технологии цифровых двойников в различных дисциплинах, таких как производство, здравоохранение, экологические системы, энергетические системы и т. д.
Технология цифровых двойников идеально подходит для разработчиков, промышленных дизайнеров и всех, кто стремится сократить расходы, оптимизировать процессы и улучшить качество обслуживания клиентов.
Максимальная операционная эффективность в различных функциях, таких как инженерные решения и решения по дизайну продукта.
Сокращение затрат и улучшение процессов;
Улучшение принятия решений и совместной работы;
Улучшение клиентского опыта;
Энергосбережение;
Уменьшить риск.
Технологии цифровых двойников в будущем
Технология цифровых двойников применяется в различных областях, включая мониторинг эффективности промышленного оборудования и моделирование сложных систем, таких как городские транспортные сети. Разработчики и инженеры используют эту технологию для прогнозирования неисправностей, оптимизации графиков технического обслуживания и повышения общей эффективности процесса.
Каково будущее этой технологии
Технология цифровых двойников — это быстро развивающаяся концепция, набирающая популярность в различных отраслях, таких как производство, здравоохранение, недвижимость и аэрокосмическая промышленность.
По сути, это технология будущего, которая определит будущее бизнеса компаний и производственных процессов. Возможности использования цифровых двойников практически безграничны. Они могут помочь ранее разделенным подразделениям прогнозировать техническое обслуживание, улучшать дизайн, контролировать использование и корректировать затраты.
Имея в виду устойчивость, цифровые двойники помогают организациям создавать более экологически чистые здания, понимая их строительные системы.
Новые комментарии: