Цифровые двойники: преимущества, недостатки и перспективы

Когда организации разрабатывают новый продукт, перестраивают цепочки поставок или хотят получить бóльшую видимость своих операций, нарушение существующих процессов и систем для проведения экспериментов может быть сложным, рискованным и дорогостоящим. Однако сегодня они могут снизить эти риски с помощью цифрового двойника, который стал реальным решением благодаря развитию Интернета вещей (IoT), датчиков, периферийных вычислений, облачных технологий, беспроводной связи и данных.

Что такое технология цифрового двойника?

Цифровой двойник — это виртуальное представление, или цифровая копия физической системы или среды. С его помощью организации могут проверить, подходит ли им то или иное операционное изменение или инвестиция, прежде чем принять решение об их проведении.

Официальное определение Digital Twin Consortium описывает цифровой двойник как «виртуальное представление реальных объектов и процессов, синхронизируемое с определенной частотой и точностью».

Цифровые двойники — это точные копии реальных активов, смоделированные таким образом, чтобы имитировать их работу в физическом мире. Это может быть заводское оборудование, прототипы автомобилей, самолеты, производственные системы и даже целые цепочки поставок.

Один реплицированный актив может показаться незначительным, но если использовать их для создания цифровой сети, включающей весь набор реальных активов организации, цифровые двойники могут дать предприятиям реалистичное представление существующего оборудования и систем, а также их производительности.

С такими системами, созданными на основе данных, полученных от реальных активов, можно экспериментировать в цифровом формате без риска для реальных систем. Данные сегодня являются одной из самых ценных валют в мире, и внедрение технологий цифровых двойников позволяет предприятиям использовать эту информацию для получения действенных инсайтов.

Типы цифровых двойников

Цифровые двойники могут быть столь же разнообразны, как и активы, которые они представляют. Они могут быть основаны на объектах, системах или процессах. Они могут быть созданы для моделирования существующих систем и цепочек поставок, проверки совместимости активов или тестирования физических материалов и компонентов. Такой тип известен как композитный цифровой двойник.

Сегодня многие компании пользуются цифровыми двойниками, разработанными для предиктивного технического обслуживания и работы в качестве виртуальных клонов сложных систем. Один из ключевых типов цифровых двойников используется для разработки и усовершенствования новых продуктовых линеек, что может оказать неоценимую помощь на этапах прототипирования и последующего тестирования продукции.

Еще одно потенциальное применение технологий цифровых двойников — создание виртуальных образов клиентов. Согласно Gartner, создание «цифрового двойника клиента» (digital twin of the customer, DToC) может повысить точность прогнозирования спроса и улучшить поведенческую аналитику.

Преимущества цифровых двойников

Преимущества технологий цифровых двойников весьма обширны.

Цифровые двойники позволяют организациям разрабатывать, тестировать и корректировать дизайн продукции или операционные процессы, не нарушая действующие цепочки поставок и рабочие процессы.

Рассмотрим следующий пример: производитель хочет проверить, улучшит ли изменение определенного набора настроек на производственной линии результаты ее работы. Вместо того чтобы останавливать работу линии, производитель может провести эксперимент, используя данные о производительности и состоянии системы, полученные от датчиков, встроенных в оборудование, и создать виртуальную копию для проведения теста.

Это позволит компании определить, будут ли изменения работать, и при этом избежать расходов, связанных с приостановкой производства. То же самое можно сказать и о дизайне продукции, когда компании могут оценивать прототипы, не вкладывая средства в их разработку или изготовление.

Согласно исследованию McKinsey, руководители компаний, занимающиеся исследованиями и разработками, утверждают, что технологии цифровых двойников уже оказывают «значительное» влияние на разработку продуктов, зачастую сокращая общее время разработки на 20-50% и снижая расходы.

Преимущества технологий цифровых двойников распространяются и на удаленный мониторинг активов в режиме реального времени. Цифровые двойники могут получать данные от физического оборудования, отслеживать его производительность и предупреждать пользователей о потенциальных проблемах, чтобы их можно было быстро устранить.

Цифровые двойники также играют важную роль в дизайне окружающей среды. Хотя создание виртуальных моделей продуктов в таких системах, как САПР, не является чем-то новым, цифровые двойники могут создавать реалистичные копии для поддержки городского планирования и развития критически важной инфраструктуры.

Потенциальные недостатки технологий цифровых двойников

Технологии цифровых двойников могут способствовать росту бизнеса и предоставлять ценные инсайты на основе данных для совершенствования существующих процессов, однако они не лишены потенциальных недостатков.

Внедрение этих технологий не должно рассматриваться в отрыве от отдачи от потенциально высоких уровней инвестиций. Создание точных копий реальных активов может быть трудоемким процессом с высокими начальными затратами, и окупаемость инвестиций может не проявиться до тех пор, пока организация не сможет извлечь полезную информацию из своего цифрового двойника и применить изменения на практике.

Кроме того, создание правильной среды для развертывания цифрового двойника может быть сложным, особенно если возникают проблемы с совместимостью. Эти системы также должны постоянно контролироваться и обслуживаться.

Кроме того, необходимо учитывать риски безопасности. Цифровые двойники нуждаются в сети доступа к внутренним ресурсам, облачным хранилищам и данным, и, как правило, требуют точек входа в реальные активы и среды. Если система безопасности организации недостаточно надежна, киберзлоумышленники могут проникнуть в систему цифрового двойника, чтобы узнать обо всех технологиях и активах жертвы, украсть информацию или вызвать масштабные разрушения.

Аналитические выводы и прогнозы

• По данным исследования Gartner «Emerging Technologies: Revenue Opportunity Projection of Digital Twins», к 2031 г. объем рынка цифровых двойников достигнет примерно 183 млрд. долл. По оценкам аналитиков, наибольшие возможности открывают композитные цифровые двойники.

• Исследование MarketsandMarkets прогнозирует, что мировой рынок цифровых двойников вырастет с 10,1 млрд. долл. в 2023 г. до 110,1 млрд. долл. в 2028-м, что обусловлено необходимостью снижения производственных затрат наряду с растущим интересом к этой технологии в отрасли здравоохранения.

• По прогнозам Fortune Business Insights, мировой рынок цифровых двойников, оцениваемый в 12,91 млрд. долл. в 2023 г., вырастет до 17,73 млрд. долл. в 2024 г. и 259,32 млрд. долл. в 2032-м.

• Согласно IDC, к 2027 г. 35% компаний из списка G2000 будут использовать инструменты оркестровки цепочек поставок с функциями цифрового двойника.

• По данным исследования McKinsey, около 75% компаний уже внедрили технологии цифровых двойников как минимум «среднего» уровня сложности.

Реальные примеры внедрения цифровых двойников

Информация о технологии цифрового двойника быстро распространяется по всем отраслям, включая промышленное производство, аэрокосмическую промышленность, транспорт, розничную торговлю и здравоохранение. Опрос, проведенный компанией IDC, показал, что в этих и других отраслях растет уровень ознакомления с этой технологией. В общей сложности 52% респондентов в сфере ресурсов и строительства заявили, что знакомы с технологией, за ними следуют 40% в сфере производства и профессиональных услуг, 37% в сфере транспорта и логистики, а также в энергетике, и 36% в финансовой сфере.

Наиболее быстро технологии цифровых двойников развиваются в отраслях с большим количеством активов, включая обрабатывающую промышленность, нефтегазовую, аэрокосмическую и автомобильную отрасли. Однако эти технологии также используются в розничной торговле, здравоохранении и в экспериментальных схемах «умных городов».

Реальные примеры применения технологии цифрового двойника сегодня включают:

• Swisscom. Компания Swisscom совместно с Ericsson реализовала проект, в котором цифровые двойники сети использовались для выработки сетевых рекомендаций. Это помогло швейцарской телекоммуникационной компании добиться общего снижения мощности передающего оборудования на 20%, уменьшить энергопотребление базовых станций и повысить скорость обслуживания клиентов.

• Клиника Mayo. Благодаря данным, включая цифровые изображения, генетическую информацию и данные с носимых устройств, медицинская организация Mayo Clinic использует цифровых двойников для создания индивидуальных моделей пациентов для диагностики и лечения.

• Siemens. Немецкий технологический конгломерат использует виртуального цифрового двойника электростанции для составления инфраструктурных схем электростанций, включающих такие компоненты, как солнечные батареи и ветряные турбины.

• NTT Indycar. Американская автогоночная организация использует технологии цифрового двойника в сочетании с искусственным интеллектом и аналитикой данных для получения информации о гонках в режиме реального времени.

• E.ON. Немецкая энергетическая компания пользуется услугами подрядчика DNV для внедрения цифровых двойников для мониторинга своих активов и сбора данных о производительности.

• BMW. Автопроизводитель сотрудничает с SAP для создания виртуальных моделей всех своих действующих заводов.

• Экономическое партнерство Орландо. OEP, некоммерческая организация, занимающаяся экономическим и общественным развитием, привлекла помощь SAP для внедрения цифровых двойников для разработки инструмента городского планирования, включающего 3D-представления мегаполисов.

Еще в 2018 г. компания Deloitte рассказала о реальных примерах внедрения цифровых двойников, отметив, что их используют компании во все большем числе отраслей, упрощая проектирование и эксплуатацию сложных продуктов и процессов — от ветряных турбин до проходов в супермаркетах. При этом цифровые двойники ускоряют разработку продуктов и процессов, оптимизируют производительность и позволяют осуществлять предиктивное обслуживание. Вот некоторые примеры:

• Maserati. Автопроизводитель использует технологии цифровых двойников для ускорения разработки продуктов. Виртуальное моделирование и симуляция сокращают количество дорогостоящих прототипов, а также необходимость проведения физических испытаний в аэродинамической трубе и тест-драйвов, что позволяет уменьшить время разработки автомобиля на 30%.

• GE. Технологический гигант использует цифровых двойников для моделирования цепочки поставок и заводских процессов на своем предприятии в Неваде, чтобы улучшить управление запасами.

• Dassault Systems. Компания, работающая в сфере здравоохранения, создает библиотеку реалистичных симуляторов человеческого сердца, которыми могут пользоваться врачи, чтобы лучше понять состояние пациента в режиме реального времени.

Наряду с облачными технологиями, ИИ, машинным обучением и аналитикой данных, технологии цифровых двойников способны значительно улучшить производство и цепочки поставок. Цифровые двойники не статичны, они могут интегрировать множество современных технологий, обеспечивая предприятиям целостный и прозрачный обзор их активов и их совместной работы, что позволяет улучшать результаты бизнеса, принимать взвешенные решения и повышать эффективность.

Поскольку интерес к технологиям цифровых двойников и их и понимание растут с каждым годом, можно ожидать, что в будущем гораздо больше организаций будут создавать свои собственные цифровые двойники и извлекать из них выгоду.

Источник: https://www.itweek.ru/digitalization/article/detail.php?ID=230670