ЛАНИТ создал высокоточные цифровые модели объектов культурного наследия
Технология цифровых двойников — одна из самых популярных и перспективных на современном мировом рынке.
Цифровой двойник представляет виртуальную модель реальных объектов, явлений или процессов, которая точно воспроизводит форму и действия оригинала, а также взаимодействует с ним. При детальном рассмотрении, технология имеет несколько слоев: физический (объекты реального мира), цифровой (представление физических объектов в цифровом виде), программный (приложения, базы данных и облачные алгоритмы, выстраивающие систему взаимодействия физического объекта и его цифрового прототипа).
Понятие “цифровая модель” подразумевает отсутствие влияния виртуальной копии объекта на его оригинал. Подобная технология применяется в космической отрасли: для повышения надежности и эффективности спутника создается его цифровая модель, позволяющая отрабатывать различные нештатные ситуации.
Цифровая тень — более сложная ситуация, когда объект из реального мира передает информацию в цифровой слой (цифровой браслет, транспортное приложение).
В полноценном цифровом двойнике обязательно присутствует программный слой, за счет которого синхронизируются физический и цифровой объекты. Программа-навигатор проводит анализ собранной с устройств информации об их местонахождении и скорости перемещения и рекомендует варианты наиболее удобных маршрутов.
Сейчас развитие технологии проходит этап, на котором активно используется способность отдельных цифровых двойников объединяться в крупные сети. В частности, это применяется в промышленной сфере для создания программных аналогов заводов или буровых установок. Следующий шаг — модернизация технологии за счет алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта. Это сделает возможным создание прогнозных цифровых двойников, которые на основе больших массивов данных и исторической информации составляют высокоточные прогнозы.
Идея цифровых двойников возникла в 1980-х годах. В 1990-х начал развиваться интернет вещей, а в 2002 году в книге “Происхождение цифровых двойников” Майкла Гривза из Мичиганского университета впервые было описано понятие “цифровой двойник”.
Первое официальное упоминание термина “цифровой двойник” датируется 2010 годом. В отчете NASA о моделировании и симуляции понятие раскрывалось в контексте разработки максимально реалистичной цифровой модели космического аппарата, включающей, помимо самого объекта, все этапы его строительства, испытаний и полетов.
Сегодня вычислительные мощности по сравнению с 2010 годом выросли многократно, что дало возможность сделать технологию более доступной для обычных людей. Одной из наиболее прогрессивных разработок стал автомобиль Tesla. Цифровой двойник устройства контролирует состояние всех систем, и информация о возникающих электронных ошибках передается на завод для оперативного исправления в удаленном формате. В будущем планируется реализация функции автопилота, которая предполагает обмен данными между высокотехнологичными автомобилями.
Главная задача цифрового двойника — улучшение управляемости сложных процессов или объектов. В отраслях с высоким уровнем цифровизации технология способствует оптимизации внутренних процессов и сохранению контроля в процессе расширения бизнеса с целью увеличения прибыли.
Цифровые двойники широко представлены в самых разных индустриях. Согласно отчету Fortune Business Insights за 2021 год, 75% мирового рынка приходится на долю категорий “аэрокосмическая отрасль и оборона”, “автомобили и транспорт”, “производство” и “здравоохранение”. Общий объем рынка составляет $6,75 млрд при среднегодовом темпе прироста — более 40%.
Эксперты ЛАНИТ создали собственный рейтинг на основании анализа предыдущих волн цифровизации и цифровой трансформации. Так, по их мнению, к наиболее подходящим для внедрения цифровых двойников отраслям относятся индустрия городского хозяйства (безопасность, транспорт, сфера услуг), добыча полезных ископаемых (снижение рисков при добыче и переработке), строительная и архитектурная отрасли (проектирование зданий и прогнозирование их “поведения” в различных климатических условиях), а также промышленное производство (цифровые двойники продуктов и производственных линий).
Самым интересным решением, обеспечивающим обмен данными между объектом и его цифровым двойником, стали системы компьютерного зрения. Они оснащены камерами различных диапазонов для передачи системам искусственного интеллекта изображения, анализ которого дает информацию о локации объекта, его физических параметрах и дефектах.
Для разработки полноценных цифровых двойников требуются большие финансовые и интеллектуальные ресурсы, что делает технологию доступной только для крупных компаний или системных интеграторов. В связи с этим аутсорсинг является наиболее экономически выгодным вариантом в том случае, если компании необходимо разовое решение.
Сроки реализации проекта по созданию и внедрению цифрового двойника зависят от масштабов задачи и величины предприятия: моделирование двигателя может занять несколько месяцев, а создание цифрового двойника нефтеперерабатывающего завода — несколько лет. В любом случае выделяются обязательные этапы проекта: изучение объекта, его дооснащения датчиками, обучение персонала.
Для заказчиков из Казахстана компания “ЛАНИТ-Интеграция” разработала высокоточные цифровые модели объектов культурного наследия: от отдельных артефактов до целых зданий. Работа состояла из двух частей: оцифровка и фотограмметрия. Дальнейшее совмещение позволило получить модели с высокой детализацией, которые могут быть использованы как для научных и реставрационных работ, так и для публичной демонстрации в сети. Кроме того, благодаря проекту появился шанс сохранить в цифровом виде памятники и артефакты, которые со временем могут пострадать от природных катаклизмов или человеческих действий.
Компанией “Системы компьютерного зрения”( входит в группу ЛАНИТ) был проведен проект по созданию цифрового двойника для крупного российского завода по изготовлению труб. Проект был направлен на обеспечение возможности определять дефекты в изделиях при высокой температуре, а также корректировать производственный процесс без необходимости его остановки. В результате удалось минимизировать время простоев и связанных с ними финансовых издержек. По предварительной оценке заказчика, экономический эффект к 2025 году составит порядка ₽700 млн.
Последующее развитие технологии позволит существенно расширить область ее применения. Сейчас за рубежом идет разработка цифровых двойников мозга и тела человека, которые призваны увеличить продолжительность жизни. Индивидуальный цифровой двойник даст возможность определять оптимальные пути развития, а также предвосхищать различные заболевания.
Еще одна интересная перспектива — создание цифровых двойников, предоставляющихся по сервисной модели Digital Twin as a Service. Универсальность модели упрощает процесс настройки технологии под желания заказчика и значительно снижает стоимость проектов.
