Принцип работы цифрового двойника и области его применения

 

Имитационная модель тормозной системы автомобиля

Цифровой двойник может быть создан только тогда, когда технический объект подготовлен к обмену данными с виртуальной моделью, – данных, которые необходимы для создания модели фактического изделия, отражающей структурные, эксплуатационные, ремонтно-технологические характеристики [11, 12]. При этом важно понимать основные отличия традиционной CAE-модели технического объекта от его цифрового двойника. Например, можно использовать компьютерное моделирование тормозной системы автомобиля для исследования поведения автомобиля при заданных дорожных условиях. Использовать такой подход гораздо быстрее и дешевле, чем создавать несколько физических транспортных средств для испытаний. Однако компьютерное моделирование, как правило, ограничено текущими событиями и условиями эксплуатации. Другими словами, оно не дает возможности предсказать реакцию транспортного средства на будущие вероятные сценарии. Цифровые двойники и Интернет вещей могут сыграть в данной ситуации очень важную роль. Для проведения виртуального тестирования цифровой двойник использует данные, собранные с датчиков, подключенных к транспортному средству. Кроме того, с помощью данных, предоставляемых Интернетом вещей (например, температура, влажность), становится возможным показать производительность системы и состояние работоспособности цифрового двойника и использовать эту информацию для прогнозирования поведения физического оборудования. Обладая такими данными, цифровой двойник может отслеживать историю поведения (то есть отражать события и опыт) своего физического близнеца в течение всего его жизненного цикла.

Будучи виртуальной репрезентацией, цифровой двойник легче поддается регулированию. Гораздо проще изучать цифровой двойник в контролируемой среде виртуального испытательного стенда, чем изучать его физический аналог в условиях эксплуатации. Эта гибкость позволяет экономически эффективно исследовать поведение и чувствительность системы к различным типам системных и внешних сбоев. Кроме того, данные, полученные цифровым двойником в условиях моделирования аварии, могут использоваться для улучшения будущих систем; оптимизации циклов обслуживания; разработки нового встроенного ПО; обоснования предварительных проектных решений и прогнозирования реакции системы на различные виды сбоев в полевых условиях. В частности, цифровой двойник может быть использован для:

  • Обновления модели данными из реальных условий эксплуатации. Данные о рабочей среде и взаимодействии системы с этой средой могут быть направлены цифровому двойнику для обновления его моделей и составления оценок и прогнозов.
  • Поддержки принятия решений и оповещения пользователей. После объединения данных об эксплуатации, обслуживании и работоспособности системы цифровой двойник можно использовать в режиме анализа возможных ситуаций, чтобы получить специфическую четко подобранную информацию в поддержку того или иного решения. Также цифровой двойник может быть использован для оповещения операторов/пользователей физической системы.
  • Прогнозирования изменений, происходящих с течением времени в физической системе. Анализ данных об эксплуатации, техническом обслуживании и исправности оборудования, производимый с помощью моделирования, может облегчить оптимизацию операций (включая приведение системы к соответствию требованиям и выявление первопричин неисправностей), также облегчить планирование мер по предотвращению аварийных ситуаций и прогнозирование производительности системы. Цифровой двойник может быть встроен в контур управления для прогнозирования изменений в физической системе и настройки/изменения параметров физической системы в случае аварийной ситуации.
  • Открытия новых возможностей применения и новых источников дохода. С помощью цифрового двойника можно оценить различные версии систем и определить, какие функции обеспечивают наибольшую эффективность. Машинное обучение и другие технологии обработки данных могут облегчить своевременный анализ больших объемов данных, тем самым предоставляя информацию о потенциально новых способах применения и потоках доходов.

До сих пор, во время первой серии инициатив по созданию цифровых двойников все усилия были сосредоточены на сложных, дорогостоящих системах. Однако сегодня, благодаря удешевлению стоимости датчиков, развитию коммуникационных сетей, аналитики и моделирования, можно разработать цифровой двойник практически для любого технического объекта или производственного процесса.