Архитектура цифрового двойника

В прошлой статье мы кратко рассмотрели вопрос, связанный с подходами к созданию цифровых двойников (ЦД). Сегодня мы сделаем акцент на архитектуре и рассмотрим аспекты, касающиеся жизненного цикла изделия и его двойника.

Целью цифрового двойника является подготовительная работа для принятия эффективных решений в достижении разных, но все же конкретных целей, и для ответа на конкретные вопросы. Эти вопросы могут возникнуть на любом этапе жизненного цикла. Например, когда на этапе проектирования с помощью моделирования нужно проверить функциональность различных компонентов во взаимодействии. Тем не менее, основное преимущество цифрового двойника должно проявиться на более поздних этапах. Поэтому цифровой двойник – это своеобразное приложение к продукту, создаваемое на ранних стадиях. Также сферы его основного использования определяются заранее и поэтому ограничиваются решением определенных задач.

Для этого необходимо, чтобы создатель цифрового двойника описал его назначение. Исходя из этой цели, определяются задачи, которые затем выполняются, для того чтобы ответить на какие-то вопросы. Последний шаг – это спецификация необходимых данных и имитационных моделей, которые строят архитектуру цифрового двойника для конкретного применения и набора целей. Положительным побочным эффектом такой четко определенной структуры является то, что на основе доступной (и постоянной) информации, предоставляемой архитектурой цифрового двойника, в некоторых случаях могут быть реализованы новые сферы применения, которые изначально, возможно, даже не рассматривались.

Тем не менее, цифровой двойник по-прежнему является абстрактной концепцией, которая позволяет эффективнее работать с компонентами, продуктами или системами. Основная методология базируется на нескольких аспектах. Первый – это разработка на основе моделей. Обмен информацией больше не ориентирован на документы; вместо этого в качестве компактного средства обмена информацией и поддержки взаимосвязей используются модели. Другим важным аспектом методологии является тот факт, что модели могут использоваться в различных ситуациях, поскольку они являются модульными и имеют стандартизированные интерфейсы, например, FMI [1]. Система управления моделями поддерживает отдельные модели в актуальном состоянии по мере возникновения изменений. Кроме того, система управления моделями поддерживает сосуществование разных моделей разной точности и позволяет выбрать правильную модель для конкретного случая использования. Выбор правильной модели для выполнения «достаточно точного моделирования» означает, что выбрана модель с такой степенью детализации, которая достаточна для того, чтобы ответить на вопросы проектирования, но не более. Кроме того, в двойнике также присутствуют алгоритмы для выполнения анализа в реальном времени и анализа имеющихся данных.

На каждой фазе цифровой двойник эволюционирует и затем, во время эксплуатации и обслуживания, используется как интегрированное ценное дополнение.
На каждой фазе цифровой двойник эволюционирует и затем, во время эксплуатации и обслуживания, используется как интегрированное ценное дополнение.

Соответствующие части цифрового двойника должны разрабатываться параллельно с разработкой и физической реализацией наблюдаемой системы. Как было описано выше, архитектор цифрового двойника в самом начале определяет структуру и интерфейсы всех имитационных моделей, которые должны содержаться в цифровом двойнике. Эта структура объединяет отдельные цифровые артефакты во всеобъемлющее описание функциональности и физики. Эта структура выстраивается, исходя из предполагаемых областей применения двойника. В структуру включаются и подготавливаются только нужные модели, а другие цифровые артефакты все еще содержатся в существующих ИТ-системах, таких как PLM. По мере продвижения разработки структура заполняется реальными моделями и соответствующими данными. В конце концов, цифровой двойник становится частью физического продукта. Эта процедура осуществляется путем последовательного использования методов MBSE.

Таким образом, цифровой двойник является частью цифрового мира, и содержит всю информацию и все модели, необходимые для решения задач на более поздних этапах и для создания новых возможностей, например, системы помощи для операторов, пользователей и обслуживающего персонала. На этапе проектирования и разработки объем цифрового двойника будет увеличиваться. В зависимости от конкретного компонента, продукта или системы, переход к эксплуатации может осуществляться различными способами. Так что, возможно, что не все данные и модели будут переданы. Тем не менее, во время эксплуатации и обслуживания данные, собранные и сохраненные в цифровом двойнике, будут снова пополняться. Особенностью цифрового двойника является то, что часть его содержимого станет частью реальной системы, например, исполнимая имитационная модель может послужить в качестве модуля вспомогательной системы ПО автоматизации. Таким образом, цифровой двойник соединяет части цифрового мира с физической системой.

 

[1] Modelisar Association (2014) Functional mock-up interface. www.fmi-standard.org.