Коллектив авторов Научного центра мирового уровня Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) «Передовые цифровые технологии» и Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» во главе с проректором по цифровой трансформации СПбПУ Алексеем Боровковым в партнерстве с Инфраструктурным центром по развитию направления «Технет» НТИ подготовил обзор «Цифровые двойники: вопросы терминологии».

Обзор представляет собой развитие монографии «Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности. Краткий доклад (сентябрь 2019 года)», являющейся сокращенной версией исследования, издание которого запланировано на 2022 год.

Авторский коллектив:

• Алексей Боровков, проректор по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), руководитель Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ;
• Юрий Рябов, начальник отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ;
• Людмила Щербина, заместитель директора по информационно-аналитической работе Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ;
• Анна Гамзикова, главный специалист отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ.

В обзоре приведены отдельные, наиболее интересные с точки зрения авторов, подходы к определению цифровых двойников, их целей, задач и особенностей. Рассмотрен ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения», основанный на консолидированной позиции разработчиков документа – СПбПУ и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», обладающих многолетним опытом в области цифрового проектирования и моделирования, и отечественных промышленных организаций, которые на практике применяют передовые цифровые и производственные технологии.

Также в исследовании отмечена востребованность и значимость технологии цифровых двойников для различных отраслей экономики, что особо подчеркивается представителями научного сообщества и экспертами крупнейших компаний мира.

 

«В технологии цифровых двойников наша цель – проектировать продукт виртуально, тестировать его виртуально, виртуально производить и обеспечивать виртуальную техническую поддержку. Мы хотим, чтобы все это выполнялось в рамках комплексного, целостного, кросс-дисциплинарного подхода» - Профессор Майкл Гривс, научный специалист Технологического института Флориды (с 2013 г.), консультант NASA (2009–2019 гг.)

 

«Главная задача цифрового двойника – создание, тестирование и строительство техники NASA в виртуальной среде. Только когда инженеры убеждаются, что цифровой двойник удовлетворяет всем требованиям, осуществляется переход к реальному производству. Затем нужно обеспечить обратную связь реальной конструкции с цифровым двойником при помощи датчиков, причем сделать это таким образом, чтобы цифровой двойник содержал всю информацию, которую можно было бы получить при технических осмотрах данной реальной конструкции» - Джон Викерс, ведущий эксперт NASA в области передовых производственных технологий

 

«Большинство определений цифровых двойников сложны, но это не сложная идея. Цифровые двойники используются для реактивных двигателей, марсохода, полупроводникового чипа, зданий и многого другого. Что действительно делает цифрового двойника сложным, так это отсутствие понимания и стандартизации» - Ричард Соли, Исполнительный директор Digital Twin Consortium, председатель и главный исполнительный директор OMG, исполнительный директор Cloud Standards Customer Council, исполнительный директор Industrial Internet Consortium

 

«Технология цифровых двойников уже давно готова к внедрению и может помочь вам решить реальные проблемы. Технология может использовать искусственный интеллект для непрерывного мониторинга и более точных прогнозов, а также для аналитики, чтобы вы могли лучше управлять своим оборудованием и процессами.
Мы внедряем технологию цифровых двойников и на производстве: от отдельных производственных линий до целых заводов или фабрик. Технология улучшается и приносит все более качественные результаты.
Другим важным достоинством цифровых двойников является их потенциал для моделирования. Если вы определите, как должен выглядеть процесс ремонта, вы можете смоделировать его с помощью цифрового двойника, чтобы убедиться, что результаты ремонта будут успешными. И тогда вы направите нужного специалиста в нужное время с нужными инструментами». - Дебора Шерри, генеральный директор и главный коммерческий директор GE Digital в Европе

 

«Цифровые двойники поддерживают весь жизненный цикл, от проектирования до строительства и ввода в эксплуатацию, вплоть до эксплуатации. С помощью цифровых двойников клиенты могут прогнозировать будущее состояние своих моделей, а также моделировать потенциальные изменения. Цифровой двойник помогает повысить ценность IoT-данных в модели. Очень важно подключаться к устройствам и датчикам в реальном мире, чтобы обеспечить получение данных о функционировании в реальном времени, а не просто идеализированное состояние системы». - Сэм Джордж, директор Azure Internet of Things, Microsoft

 

«Boeing переходит к моделе-ориентированному инжинирингу (Model-Based Engineering), оцифровывая всю систему проектирования и разработки, вплоть до цепи поставок, и связывая ее в рамках единой платформы с производственной системой, а также со службами технического обслуживания и ремонта. Полученный таким образом цифровой жизненный цикл можно рассматривать и в качестве цифровых двойников всех самолетов Boeing». -  Деннис Мюленберг, председатель совета директоров, президент и главный исполнительный директор компании Boeing (2015–2019 гг.)

 

«Понятие “цифровой двойник” для разных людей может означать разное. Еще 20 лет назад мы строили 3D-модели изделий для наших заказчиков, определяли взаимосвязи объектов в больших сборках, имитируя цифровой двойник изделия. Он существовал уже тогда. Но ценность цифрового двойника зависит от того, насколько точно вы можете с его помощью моделировать физический мир и поведение в нем вашего объекта. В моем понимании цифровой двойник – один, но его представлений может быть множество. При этом ценность цифрового двойника для каждого своя, и она зависит от задач заказчика. Развитие технологии цифрового двойника будет выражаться в ещё больших усилиях вендоров, направленных на то, чтобы как можно точнее представить физический объект в виде цифрового двойника». - Тони Хеммельгарн, председатель совета директоров и президент компании Siemens Digital Industries Software

 

«Численное моделирование – единственный способ, позволяющий полностью раскрыть огромную ценность, заключенную в цифровых двойниках». - Аджей Гопал, Президент и исполнительный директор Ansys

 

«Определение цифрового двойника – «в глазах смотрящего». Всё зависит от того, что вы хотите заложить в него и затем отслеживать в течение жизненного цикла продукта». - Брайан Томпсон, первый вице-президент CAD-подразделения PTC

 

«Гибридный двойник ESI основан на виртуальном прототипе, к которому добавляются три дополнительных уровня моделирования: моделирование систем для активации продукта (например, электропроводка, механизмы и т. д.), затем моделирование окружающей среды продукта и то, как он работает в этом контексте; наконец, взаимодействие между продуктом, системой и средой в процессе эксплуатации». - Ален де Рувре, основатель и генеральный директор компании ESI Group

 

«Цифровой двойник может использоваться на стадиях разработки, производства и эксплуатации устройства или реализации процесса. Цель его использования заключается в возможности более детально и тонко понимать, прогнозировать, оптимизировать и контролировать реальную систему, основанную на виртуальной модели». - Эд Фонтес, технический директор COMSOL

 

«Вся промышленность ушла в цифровые двойники. Цифровые двойники – это не цифровые тени, когда мы датчиками всё обвешиваем и получаем Big Data и 90% мусорных данных. Это математические модели высокого уровня адекватности, которые позволяют нам описывать с высокой степенью точности поведение объекта во всех ситуациях и на всех этапах жизненного цикла, включая аварийные ситуации и так далее; указывают нам, соответственно, критические зоны, критические параметры, где датчики размещать.
И соответственно, у мировых лидеров, с которыми мы работаем более десяти лет, – половина бизнеса в цифровых двойниках. То есть выходит продукт, материализуется за 3-4 месяца тогда, когда требует конъюнктура рынка. Это резко меняет структуру интеллектуальной собственности, она уходит в интеллектуальные ноу-хау и, соответственно, хранится в цифровых двойниках.
Почему?
Потому что мы смотрим, как выросла экономика Китая, она выросла через «научение через копирование». Соответственно, всё, что вышло на рынок, материальное, мгновенно подлежит копированию во всех центрах реверсивного инжиниринга, вплоть до химического состава материалов.
Поэтому темпы развития принципиально другие. Соответственно, происходит цифровая трансформация бизнес-процессов и бизнес-моделей, и ключевым понятием, мейнстримом в цифровой экономике и в промышленности, которое интегрирует и робототехнику, и промышленный интернет, и большие данные, и искусственный интеллект и так далее – [становятся] конечно же, цифровые двойники, а на этапе эксплуатации – цифровые тени» - Алексей Боровков, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии»

 

«Технология цифровых двойников может применяться на всех этапах жизненного цикла продукта, от моделирования, прогнозирования и оптимизации продукта до систем производства и эксплуатации. Благодаря возможностям междисциплинарного моделирования, анализа данных и машинного обучения цифровые двойники позволяют смоделировать и оценить влияние изменений требований, сценариев использования, технологий производства, условий окружающей среды и множества других переменных на работоспособность двигателя. Можно утверждать, что цифровой двойник – это продолжение парадигмы управления жизненным циклом изделий (PLM) с использованием достижений в цифровизации объектов». - Юрий Шмотин, заместитель генерального директора – генеральный конструктор АО «ОДК», д-р техн. наук

 

«В успешном опыте внедрения цифровой энергетики основной акцент делается на интеллектуальном управлении распределенной генерацией электроэнергии в сетевых энергетических системах, элементами которых являются единицы энергетического оборудования. Именно они представлены цифровыми двойниками. При этом цифровые двойники собственно энергетического оборудования разрабатываются исходя из простых, как правило, балансных моделей протекающих в них технологических процессов.
Между тем реальные процессы турбулентного тепломассопереноса, горения, фазовых переходов и физико-химических превращений имеют сложный, неравновесный и многомасштабный характер. Упрощенное моделирование таких процессов равновесными балансными моделями может привести к существенным ошибкам, что способно свести на нет все конкурентные преимущества цифровой энергетики.
Однако более адекватные физико-математические модели упомянутых явлений зачастую сложны для интеграции в цифровой двойник (как, например, вихреразрешающие модели турбулентности), а то и вовсе отсутствуют.
Отсюда возникла идея восполнить недостатки современных математических моделей сложных турбулентных и реагирующих течений за счет применения адаптивных самообучающихся методов управления, в частности нейросетевых технологий и машинного обучения. Интеллектуальное управление повышает эффективность технологических процессов, происходящих в энергетическом оборудовании, и дает дополнительный толчок развитию цифровой энергетики». - Дмитрий Маркович, руководитель лаборатории моделирования энергетических процессов Института теплофизики СО РАН, академик

 

«Цифровой двойник» – это совокупность сведений об изделии – маленьком или большом, составном или индивидуальном. Это массив информации, который содержит в себе все сведения о его конструкции, расчeтных параметрах, способе производства, испытаниях, ресурсе и т.д. <…> На практике использование цифрового двойника должно значительно повысить скорость доступа к этой информации и, соответственно, скорость работы с изделиями на всех стадиях жизненного цикла». - Михаил Гордин, И.о. ректора МГТУ имени Н.Э. Баумана

 

«Под цифровым двойником подразумевается комплекс цифровых технологий, которые используют подходы статистического анализа, машинного обучения, химии, физики, теории управления, теории надежности, теории массового обслуживания, численного моделирования, оптимизации. Цифровой двойник позволяет по минимальным ключевым параметрам воспроизвести все остальные показатели объекта. Это как, например, по верхушке айсберга мы определили бы его точный объем и форму. С помощью этой технологии можно решать различные классы задач диагностики состояния объекта, прогнозирования, оптимизации работы, управления». - Дмитрий Шварц, руководитель направления отдела исследования и разработки Центра цифровых инноваций ПАО «Газпром нефть»

 

«Ключевой целью дальнейшего развития [суперкомпьютерных технологий] станет совершенствование и внедрение новых технологий на основе цифровых двойников изделий. Они обеспечат качественно новый уровень использования вычислений при проектировании, создании и сопровождении на всех этапах жизненного цикла высокотехнологичной продукции». - Рашит Шагалиев, заместитель директора Российского федерального ядерного центра – Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ), заместитель научного руководителя РФЯЦ-ВНИИЭФ, первый заместитель директора ИТМФ РФЯЦ-ВНИИЭФ, начальник математического отделения, доктор физ.-мат. наук

 

«Многие предприниматели считают, что у них есть цифровой двойник только потому, что они создали цифровую модель своей продукции или производства. … Для цифрового двойника должны быть цифровой образец (Digital Master) и цифровая тень (Digital Shadow). Если вы соедините оба, вы получите цифрового двойника». - Кай Линдоу, профессор Института промышленных систем и технологий проектирования Общества Фраунгофера

 

«Цифровые двойники – основное направление нашего подразделения. Их применение позволяет в разы сократить сроки, затраченные на проектирование. Испытания на виртуальных стендах позволяют многократно проводить проверки и заранее просчитывать все возможные отказы и поведение машины. За цифровыми двойниками большое будущее. В перспективе испытания на цифровых двойниках станут обыденностью, а процесс разработки будет идти параллельно с испытаниями». - Татьяна Маковская, инженер научно-исследовательского центра суперкомпьютерных технологий ОКБ Сухого

 

Ознакомиться с обзором можно по ссылке.

Источник