Нафта, NASA і склади. Як працює технологія Digital Twins

Digital Twin — це технологія, яка дозволяє створювати цифрові копії реальних об’єктів та процесів, що відбуваються з ними. Ці копії не тільки точно відтворюють їхній зовнішній вигляд, але й дозволяють моделювати поведінку в різних умовах.

Director Engineering GlobalLogic Денис Братчук розповів, з чого почалася історія «цифрових двійників», як на сферу вплинула пандемія, про використання великими компаніями та власний досвід застосування в Україні. 

Що таке Digital Twin

Digital Twin (цифровий двійник) — цифрова копія фізичного об’єкта чи процесу, що допомагає оптимізувати ефективність бізнесу, рішення чи продукту. 

Ідея створення «двійника» пристрою для симуляції й тестування його роботи була вперше запроваджена NASA в 1960-тих. Тоді інженери випробовували різноманітні сценарії на репліці космічного корабля, поки справжній спейс-шатл виконував місію в безповітряному просторі. Спадкоємицею ідей, які вперше використали у своїй роботі фахівці американського космічного агентства, стала програмна екосистема Digital Twins.

Наразі Fortune Business Insights прогнозують зростання глобального ринку технології віртуального моделювання до $96,49 млрд до 2029 року.

Як вплинула пандемія

Повернімось у 2019 рік, коли в дослідницький компанії Juniper Research зробили прогноз щодо розвитку Digital Twins. За їхніми оцінками, у поточному 2023 році доходи від технології на світовому ринку мали сягнути $13 млрд із середньорічним рівнем зростання 35%. 

Проте на той момент компанія не знала, що світова спільнота зіткнеться з глобальною пандемією. Напевно, якби Juniper Research уявляли масштаби неочікуваної кризи, то скорегували б свій прогноз в песимістичний бік.

Але саме під час пандемії Covid-19 Digital Twins застосували в незвичний спосіб: за допомоги технології був створений застосунок для запобігання розповсюдження інфекції. 

NHS COVID-19 був використаний в Великобританії для прийняття найбільш ефективних рішень в подоланні пандемії. Застосунок збирав важливі анонімні персональні дані в режимі онлайн, після чого отримана інформація аналізувалася за Big Data і Data Science-методиками. Це дозволяло сформувати спеціальні віртуальні моделі, на яких тестували різноманітні сценарії з впровадження обмежень. 

В результаті влада країни отримувала обґрунтовані рекомендації — і на їх основі ухвалювала рішення для запобігання спалахів вірусу в локальних і національних масштабах. Впровадження та використання застосунку NHS COVID-19 дозволило запобігти 600 000 випадкам вірусних інфікувань. 

До речі, українські інженери під час пандемії також розглядали технологію у перспективі боротьби з вірусом. Розробники зауважували, що Digital Twins може стати частиною електронного мозку смарт-будівлі. За допомогою показників, що оновлюються в режимі онлайн, така система могла б підтримувати безпеку і надавати рекомендації щодо дотримання ковідних обмежень. 

Платформа, посилена технологією цифрових двійників, могла б самостійно викликати екстрені служби, підтримувати рівень освітлення і температури в будівлі, визначати коло контактів людини, що захворіла на COVID-19. Водночас її можна було б застосувати не тільки в приватному секторі, але й в громадських місцях (вокзалах, супермаркетах, лікарнях, урядових установах тощо). 

Станом на червень 2022-го глобальний ринок Digital Twins оцінювали в $6,9 млрд, що майже вдвічі менше прогнозу Juniper Research у 2019 році. Проте падіння в логістиці та закупівлях під час пандемії вдалося частково компенсувати розповсюдженням технології у сфері охорони здоров’я і харчовій промисловості. 

Як з інструментом працюють великі компанії

Світові технологічні гіганти створюють окремі бізнес-напрямки на базі технології цифрових близнюків. Наприклад, в Microsoft розробили платформу Azure Digital Twins, яка дозволяє моделювати місця, підприємства, бізнес-процеси та навіть людей. 

Oracle оперує автономними базами даних, що дозволяють використовувати технологію за різними напрямами: для створення моделей в хмарі, використання аналітичних реплік для прогнозування й інтеграцію ідей в поточне ПЗ бізнесу. 

А інженери в IBM розробили власну екосистему Digital Twins. Вона дозволяє клієнтам переглядати, купувати, завантажувати та керувати цифровими двійниками в рамках усієї партнерської мережі.

Одним з найбільш ефективних прикладів впровадження Digital Twins є досвід енергетичного гіганта Chevron Corp.

Вона використовує технологію для прогнозування ремонту та обслуговування обладнання на власних нафтових родовищах і переробних заводах. Також компанія планує розмістити сенсори на найбільш цінному устаткуванні, що разом з Digital Twins дозволить зекономити мільйони доларів на запобіганні поломок. 

Digital Twins в Україні

Хоча сфера використання цифрових двійників в Україні досить обмежена, у вітчизняних фахівців вже є досвід впровадження технології в межах закордонних корпорацій і виробництв. Наприклад, інженери використовують цифрових близнюків для покращення роботи виробничих підприємств іноземних замовників. 

Проєктування складів 

В одному з випадків, з яким стикнулися фахівці компанії GlobalLogic, необхідно було спроєктувати виробничий склад з урахуванням його майбутньої автоматизації. Створена віртуальна репліка приміщення дозволила протестувати різні комбінації пристроїв і обрати найбільш продуктивний варіант. Причому ще на стадії проєктування — до початку будівництва реального складу.

Моделювання реплік складних пристроїв

Також у вітчизняних розробників є досвід моделювання реплік окремих складних пристроїв, що можуть бути затребувані в іноземних виробництвах. До таких, наприклад, належать розробка софту для ПК, що дозволяє провести повну симуляцію роботи витратоміра (устаткування для вимірювання витрат в однофазних потоках рідин, газів чи сипких речовин). 

За допомогою цифрової копії тестується мікропрограмне забезпечення та інтерфейс користувача. Це дозволяє підібрати найкращу модель й необхідну кількість витратомірів індивідуально для кожного підприємства. 

Уже зараз за допомогою Digital Twins можна змоделювати компоненти функціонального девайсу, механізми, системи або виробничої лінії.

Зокрема, технологія доступна і в Україні, де вже працюють спеціалізовані фахівці. Тим паче практичний досвід українських інженерів свідчить, що використання цифрових двійників дозволяє суттєво збільшити продуктивність підприємства. 

Моделювання платформ

Один з іноземних замовників, що займався автоматизацією складів, зіткнувся з проблемами під час випуску апдейтів і впровадження нових програмних модулів. Оновлений софт потребував тестування впродовж декількох годин, протягом яких робота зупинялася.

Українські фахівці вирішили змоделювати платформу, яка дає можливість перевірити взаємодію різних програмних модулів і мікросервісів в динамічному середовищі. В результаті швидкість тестування виросла в 10 разів, апдейтинг пришвидшився на 20%, а необхідність в робочій силі при проєктуванні зменшилась на 85%.

Висновки

Загалом технологія Digital Twins є важливою частиною високотехнологічного виробництва нового покоління. У симбіозі з IoT, ШІ й Machine Learning вона дозволяє проводити ефективне проєктування, передбачати знос і необхідність ремонту обладнання, запобігати аваріям. Все це допомагає знизити рівень видатків на обслуговування устаткування і покращити продуктивність виробництва. 

Використання Digital Twins в промисловості та підприємствах наближає настання четвертої промислової революції — повністю автоматизованого виробництва, де кіберфізичні системи керують єдиною мережею пов’язаних девайсів за допомогою віртуального моделювання, прогнозування й самонавчання.