Содержание:
Недавно в жизни людей появилось новой понятие — цифровые двойники. К этой технологии прибегает все больше компаний из разных отраслей экономики и социальной сферы. Не остался в стороне и губернатор Санкт-Петербурга Александр Беглов. 7 сентября этого года он рассказал о старте цифрового двойника города. Это позволит контролировать техническое состояние городской инфраструктуры и своевременно выявлять проблемы и устранять их.
Создание цифровых двойников уже не совсем новая идея. У многих городов мира уже есть двойники или близнецы, в дословном переводе означают «digital twin». Самый первый масштабный проект виртуального близнеца разработали в Сингапуре в 2014 году. Сейчас эта технология обновилась, благодаря развитию интернета и 5G-сетей.
По прогнозам ResearchAndMarkets, рынок цифровых двойников должен вырасти с $2,66 млрд в 2020 году до $29,57 млрд в 2025 — с темпами роста около 62% в год.
Понятие цифрового двойника определяется как виртуальный прототип настоящего объекта, который полностью повторяет его характеристики и процессы. Это получается за счет датчиков, которые подключены на реальном устройстве. Эти датчики собирают данные о его работе и параметрах, а затем передают их компьютерному двойнику. Это позволяет контролировать состояние реального устройства в режиме онлайн, чтобы предотвратить различные проблемы в его работе. Еще на таком близнеце можно спрогнозировать различные рабочие ситуации, чтобы проверить оборудование и предотвратить его сбой. Это намного экономнее и быстрее, чем проверять настоящее оборудование и делать на нем эксперименты. Очень часто теперь цифровые аналоги оборудования появляются раньше, чем настоящие. Так делают для того, чтобы заранее проверить, как работает оборудование и устранить возникшие проблемы до начала его производства.
Стать цифровым двойником может все что угодно. Это может быть какая-то отдельная деталь от станка или даже целое промышленное предприятие. Несмотря на сложный процесс внедрения, технологию двойников начинают опробовать все больше отраслей. Она помогает экономить средства, прогнозирует поломки и аварии.
Нефтегазовая отрасль
Технологии двойников одной из первых начала использовать нефтегазовая отрасль. По некоторым подсчетам, цифровые двойники позволяют добывающим компаниям экономить от 5 до 20% капитальных затрат. Всемирно известная компания ВР, благодаря своей системе для создания двойников производственных систем APEX, увеличила производство нефти на 30 тысяч баррелей. С помощью систем APEX появилась возможность спрогнозировать различные ситуации на производстве, оценивают их безопасность и настраивают отдельные параметры, чтобы наладить бесперебойный рабочий процесс.
Самая важная сфера, где применяется технология цифровых аналогов в нефтегазовой промышленности – это «умные» скважины, которые оснащены различными датчиками, передающими в систему обо всех процессах, происходящих в точке добычи. В соответствии с переданной информацией, система принимает решение о процессах бурения, сообщает о проблемах, замене оборудования. Над проектированием «умных» скважин работают многие российские компании, среди них – «Газпром», «Роснефть», ЛУКОЙЛ.
Не так давно дочерняя компания «Газпромнефти» — «Газпромнефть-Хантос» запустила проект «Цифровое месторождение». Был создан двойник процесса подъема жидкости из скважин. Еще одна инициатива «Роснефти» — проект «Цифровой керн», осуществляющий создание виртуального аналога кернового материала. Этот материал извлекают из скважин для изучения в лаборатории. Если проводить этот процесс в реальности, то уходит много затрат и занимает много времени. А сканирование столбика керна в томографе в его цифровом образе ощутимо прост и все процедуры гораздо дешевле.
Металлургия и другие промышленные отрасли
Металлургическая отрасль не обошла стороной технологии цифровых двойников и активно их использует в своей работе. Эти технологии очень ценны в промышленных сферах, так как они требуют много затрат и сложного оборудования, а двойники обходятся гораздо экономнее и работать на них легче и быстрее. Например, в горнодобывающей промышленности виртуальные аналоги позволяют заранее заносить данные о новых месторождениях, все характеристики процесса добычи. При помощи этой информации определяется место извлечения породы, в каких количествах и осуществляется оптимизация процесса.
В России в горнодобывающей отрасли активно использует виртуальные аналоги и инвестирует туда средства компания «Норникель». В R&D-лаборатории был создан цифровой аналог главного пролета Медного завода, который имитирует процесс работы целого плавильного цеха. С его помощью моделируются планы работы и оцениваются слабые места, чтобы организовать слаженный процесс производства.
На обогатительной фабрике «Кольская ГМК» того же «Норникеля» совсем недавно запустили систему-советчика, которая сообщает о технологических показателях и параметрах материала, чтобы потом выдавать советы по оптимизации рабочих процессов. Система еще усовершенствуется и скоро сможет полностью принимать самостоятельные решения.
В других отраслях промышленности тоже эффективно используются технологии цифровых двойников. В химической промышленности эти двойники позволяют протестировать сложные химические процессы, учитывая качество сырья и технологические параметры. В энергетической промышленности технологии цифровых аналогов позволяют сократить время обслуживания электросетей. Системы применяются также и к другим источникам энергии, например в 2021 году планируется разработка виртуального двойника для ветровой энергетики в Арктике.
Транспортная промышленность
Один из главных двигателей бизнеса цифровых двойников – автомобилестроение. При помощи систем виртуальных аналогов появилась возможность создавать двойники автомобильных деталей, что позволяет компаниям проводить их тестирование быстро и без больших затрат. Еще до начала испытаний автомобиля, его можно поверить на цифровой шине, как она поведет себя при изменении погодных условий и проводить испытания для улучшения ее свойств. Виртуальные аналоги автомобилей позволяют сократить количество тестов, что значительно уменьшает время и затраты при создании новой модели. Такие компании, как Volkswagen, Volvo и Maseratti автивно используют системы виртуальных двойников в своей работе. В России можно выделить КамАЗ, который создает виртуальные близнецы производственных процессов на базе технологий компании Siemens.
Из всех представителей транспортного строительства первыми создавать и активно использовать виртуальные двойники начали авиастроительные компании, в частности Airbus и Boeing начали пользоваться этими технологиями еще с 90-х годов. К примеру, цифровой аналог двигателя тестирует его работу при разных нагрузках, температурах или катаклизмах. За время таких исследований значительно снижается стоимость ремонта любых неисправностей, которые были выявлены в виртуальной модели двигателя самолета.
Строительная сфера
Применение виртуальных двойников в строительстве основано на применении BIM-технологий, позволяющее создание цифровой модели будущего здания, моста, автодорога и многие другие сооружения. При использовании данных технологий повышается точность проектирования. Но система BIM пока несовершенна и не позволяет учитывать изменения, которые произошли во время эксплуатации объекта, не позволяет также определить что произойдет со зданием через несколько лет. На смену этой системы приходят более совершенные технологии цифровых аналогов, которые решат все перечисленные задачи. А еще виртуальная модель может показать, как будет вести себя здание во время пожара или во время сильного ливня.
В дорожном строительстве создание цифровых двойников несет огромную ценность и помощь. Здесь с ее помощью выявляются наиболее проблемные участки дороги, и получить информацию для ремонта и улучшения качества. Такая виртуальная модель дороги была создана совсем недавно в Оренбургской области. При содействии системы Глонасс-БДД была изучена дорога почти в 3 тысячи километров, собраны все данные о ней и на основании полученной информации система предложила советы по улучшению ее качества.
Здравоохранение
В медицине виртуальные аналоги используются в двух направлениях- в создании новейшего медицинского оборудования и виртуальные модели человеческих органов.
Сейчас создается много новых аппаратов МРТ и КТ, которые сложно и дорого разрабатывать. Поэтому, используя их виртуальные двойники, можно быстро их изучить и пустить в эксплуатацию.
Медицина постоянно развивается и использование виртуальных двойников тела человека является актуальной для сбора подробных данных о состоянии человека для определения тактики лечения и создания лекарственных препаратов.
Появление полностью цифрового человека дело будущего, но наука быстро к этому приближается.
По материалам: https://vc.ru/u/46092-kirill-bychkov/163596-cifrovye-bliznecy-kak-virtualnye-dvoyniki-menyayut-promyshlennost-medicinu-i-stroitelstvo