Цифровой двойник.
Цифровой двойник – это виртуальная модель (прототип) существующего в реальности предмета: детали, устройства или технологического процесса.
Краткая характеристика технологии «цифровой двойник»
Способы применения цифровых двойников
Стадии эволюции цифровых двойников и их классификация
В чем смысл развития технологии цифрового двойника?
Технологии, составляющие концепцию цифрового двойника
Краткая характеристика технологии «цифровой двойник»:
Еще несколько лет назад понятие Интернет вещей вызывало недоумение даже у технически подкованных и современных людей. Сегодня – это стремительно развивающаяся технология, с успехом применяемая во многих отраслях – в промышленности, аграрном секторе, логистике, ритейле, городском строительстве и архитектуре и прочих. И, как логическое его продолжение, появилась технология цифровой двойник, все чаще называемая технологией будущего.
Цифровой двойник – это виртуальная модель (прототип) существующего в реальности предмета: детали, устройства или технологического процесса. Помещение подобной цифровой модели в компьютер позволяет хранить информацию о его первичных данных, имеющихся на начало его разработки или непосредственно функционирования, а также всех нюансах его работы, вплоть до поломки, окончания использования и сдачи в утилизацию, архив или списание. Все данные сбираются при помощи различных датчиков, располагающихся на устройстве или рядом с ним, стекаются к виртуальному прототипу, где обрабатываются, анализируются и хранятся неограниченный отрезок времени. Последний факт позволяет использовать их для улучшения работы реальной модели.
Так, проанализировав информацию об узле, детали или конструкции на промышленной линии, его операциях, состоянии и износе, можно запланировать работы по его ремонту или техническому обслуживанию, своевременной замене, что позволит снизить производственные потери от возможной поломки и остановки оборудования. При этом данные будут касаться не одной конкретной детали, а всего устройства или целой линии.
Способы применения цифровых двойников:
Если рассматривать идею цифрового двойника на примере работы промышленных предприятий, получается, что они открывают сервисным центрам неограниченный перечень возможностей. Сбор и анализ информации о реальной модели позволяет изучить его текущее состояние вплоть до мельчайших нюансов, а значит, выявить потенциальные проблемы с функционированием до их появления и подобрать оптимальный путь их решения. Так, инженеры и ремонтники могут заранее определить, какие запчасти понадобятся для ремонта в тот или иной период времени, вовремя позаботиться об их наличии и провести плановую замену до того момента, как оборудование выйдет из строя. Также появляется возможность оценки производительности, а значит, и ее повышения.
Идея цифрового двойника подразумевает сбор данных не только для изучения в реальном времени, но и использования их в дальнейшем. Это может быть:
– разработка более эффективных и производительных проектов,
– устранение проблем с проектированием на ранних этапах разработок,
– обеспечение необходимой информацией инновационных разработок,
– обучение сотрудников в виртуальной реальности, подготовка к работе с реальной моделью и прочее.
Еще одно преимущество цифрового двойника – это возможность получать данные практически непрерывно, причем из любой точки мира, а значит, доступ к информации есть у всех участников подобных процессов. Не так давно такой работе препятствовал низкий уровень развития технологий и отличные друг от друга виды программного обеспечения, установленные на платформах. Это затрудняло передачу информации, искажало некоторые данные или не позволяло получить их в требуемый срок. Сегодня эти препятствия практически исчезли: параметры собираются миллионами считывающих устройств и мгновенно стекаются к обозначенному месту обработки и хранения, после чего в любое время могут быть использованы для повышения качества работы реального прототипа.
Стадии эволюции цифровых двойников и их классификация:
Первая концепция цифрового двойника, полноценная и соответствующая реальным условиям, была описана еще в 2002 году, но все эти годы она продолжала совершенствоваться вслед за стремительно развивающимися инновациями. Сегодня цифровой двойник – это виртуальная модель, которая на всех уровнях соответствует реально существующему объекту. При этом цифровой двойник может быть как электронным дубликатом уже имеющегося объекта, так и только разрабатываемого, т.е. тем, что будет создано в будущем. А данные, получаемые при тестировании реальной модели, также могут быть получены и на базе тестирования его электронной модели.
На сегодняшний день имеется три вида цифровых двойников:
– прототипы (Digital Twin Prototype, DTP),
– экземпляры (Digital Twin Instance, DTI),
– агрегированные двойники (Digital Twin Aggregate, DTA).
Digital Twin Prototype (DTP, прототипы) представляет собой виртуальный аналог имеющегося в реальности физического объекта. Он включает данные для всесторонней характеристики модели, включая информацию по его созданию в реальных условиях. В перечень входят:
– требования к производству,
– трехмерная модель объекта,
– описание материалов и их специфика,
– выполняемые технологические процессы и/или услуги,
– требования к утилизации.
Digital Twin Instance (DTI, экземпляры) представляют собой данные по описанию того или иного физического объекта. В большинстве случаев они содержат:
– аннотированную трехмерную модель, включающую общие размеры и допуски,
– данные о материалах с учетом используемых в прошлом и настоящем времени и компонентах,
– информацию о выполняемых процессах во всех временных отрезках, включая выполненных при создании объекта,
– итоги всех тестовых операций,
– записи о проведенных ремонтах (плановых, внеплановых, предупредительных), ТО, замененных деталях и компонентах,
– операционные данные, полученные от датчиков,
– параметры мониторинга (ранние, текущие и ожидаемые).
Digital Twin Aggregate, DTA (агрегированный двойник) – это стандартная вычислительная система, объединяющая все цифровые двойники и их реальные прототипы, позволяющая собирать данные и обмениваться ими.
В чем смысл развития технологии цифрового двойника?
Известно, что решения, разрабатываемые на базе инновационных технологий, позволяют развиваться и самому техническому прогрессу, создавая новые и необходимые для этого возможности. Так, применение цифрового двойника включает в себя целый ряд разработок, совершенствующихся с каждым днем.
Основным местом хранения виртуальных прототипов является облако. Чтобы «построить» такое место хранения используются самые разные информационные инструменты. Прежде всего это многочисленные методики моделирования процессов (физических и информационных), которые как оценивают его текущую работу, так и позволяют делать прогнозы на будущее: как поведет себя модель при изменении того или иного ее параметра (увеличение нагрузки, замены материала и прочее). Другие методики (инструменты) дают возможность изучить внешние параметры и структуру объекта еще до его создания, проанализировать свойства материалов или же изучить имеющиеся параметры, размеры, выполняемые процессы. Третьи – получить данные и надежности объекта или системы, получаемые на базе модели, анализирующей последствия отказов. При этом все данные можно получать совместно и анализировать их в комплексе, что дает еще больше полезной информации.
Так, развитие одной IT-отрасли дает толчок к развитию другой: для сбора, хранения и анализа всех этих данных требуются высокоточные методики, надежные серверы, улучшенные программы. Все эти процессы взаимосвязаны, что и отражается на уровне технического прогресса.
Технологии, составляющие концепцию цифрового двойника:
Каждая виртуальная модель содержит данные о техническом обслуживании, ремонтах реального прототипа, особенностях его эксплуатации. Качественная обработка этой информации позволяет рассчитать, как реально существующий объект поведет себя в дальнейшем, при этом данные могут касаться как конкретной детали, так и целого механического комплекса или всего предприятия.
В цифровом двойнике часто задействуют технологию машинного самообучения, при которой система самостоятельно изменяет некоторые параметры своей работы, основываясь на данных, получаемых от множества различных источников:
– контролирующих и измерительных приборов, учитывающих показатели рабочего состояния физической модели,
– отчеты экспертных комиссий и специалистов,
– информацию о работе аналогичны приборов, их составляющих,
– наблюдений, проводимых физически.
Подобное самоусовершенствование после применяется на реальной модели, что улучшает ее производительность, сокращая затраты на ремонт или саму продукцию.
Объединение интернета вещей и новейших информационных технологий позволяет развиваться обеим отраслям. Для качественной работы цифровых двойников требуются высокоточные датчики, анализирующие работу реального объекта до самых незначительных параметров, и новейшее программное обеспечение, позволяющее своевременно получить эту информацию и обработать ее. Совершенствование подобных устройств и дает возможность прогрессу интернету вещей, помогая сделать сбор данных эффективным и экономически выгодным.
Если рассмотреть историю самой концепции цифровых двойников, ее начало можно найти в далеком прошлом. С тех пор, как человек изобрел письменность, он отражал на бумаге не только слова, но модели разных предметов, которые ранее создавались у него в голове. Все виды проектирования – это колыбель цифровых двойников. С момента появления компьютеров моделирование вышло на новый уровень: новые технологии позволили перенести чертежи в виртуальность, доверить создание моделей и вычисление данных машинам. Сегодня хранение и создание высокоточных, соответствующих реальным даже в мельчайших параметрах, моделей происходит в облаке и проводится практически без участия человека: практически всю информацию для этого модель получает самостоятельно из датчиков, считывающих и анализирующих устройств.
На каждом последующем этапе концепция обретала все новые и новые технологии: методики создания моделей, возможность анализа и прогнозирования, обучения и самообучения. И, судя по стремительности развития, этот процесс будет продолжаться и развиваться.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
цифровой двойник предприятия процесса производства в промышленности города изделия человека оборудования продукта
боровков проект создание технология институт стоимость создания цифровых двойников
умные цифровые двойники технологических процессов и цифровые тени статья примеры презентация википедия