Цифровые двойники как инструмент для бизнес-решений

Объём сегмента интернета вещей в России в 2024 году превысил 120 млрд рублей, а ежегодный прирост оценивается более чем в 20%. Цифровые двойники, хотя и не являются новым понятием, сегодня активно расширяют свой функционал, помогая оптимизировать производство, следить за безопасностью и моделировать сложные процессы.

Как отметил Илья Скрябин, генеральный директор компании Connective, основная задача цифровых двойников — уменьшить количество ошибок при реализации крупных проектов. Трёхмерное проектирование появилось в США в 1970-х годах в наукоёмких отраслях, таких как авиация и космос, а в 1980-е первые системы возникли в СССР.

Позже к трёхмерному проектированию добавилась возможность создавать динамические модели, позволяющие изучать поведение изделий до постройки прототипов. Изначально применялось вычислительное моделирование для решения задач прочности, гидрогазодинамики и электромагнитных задач.

Когда появилась возможность моделировать и системы управления, началась эра цифровых двойников. Их широко применяют в авиации, двигателестроении, а также для эксплуатации дорогостоящих объектов, например, нефтяных производств, где специализированные системы отслеживают тысячи параметров вместо сотрудников.

Александр Глазунов, директор по разработке программного обеспечения «Формат кода», подчеркнул: «Важно помнить, что цифровой двойник — это и не игрушка, и не точная копия объекта. Решаемые в том или ином контексте аналитические задачи никогда не требуют от нас построения модели, которая будет полностью воспроизводить собой объект, копировать его».

По его словам, самое важное — моделирование необходимых свойств для проведения конкретных исследований. В складской логистике двойники используют для проверки гипотез перед крупными закупками оборудования, тестирования ПО без остановки реального склада и дополнения систем мониторинга 3D-визуализацией для быстрого реагирования на проблемы.

Сергей Гумеров, основатель и CEO компании «Цифровой двойник», определил эту технологию как вычислительное ядро, поддерживающее управленческие решения на протяжении всего жизненного цикла системы. «Цифровой двойник не копирует объект, а описывает его поведение в мире, аккумулирует все фактические данные и статистику, на которых базируются решения», — сказал он.

Гумеров привёл пример цифрового двойника трубопроводной системы протяжённостью более 65 000 километров. Данные поступали из проектной документации, результатов диагностики, актов ремонтов и других источников. Интеграция этих сведений позволила сократить количество активных ремонтов и их стоимость более чем вдвое, экономя свыше 3 миллиардов рублей ежегодно.

Другой показательный пример — количественная модель городского хозяйства Петербурга, созданная в 2015–2018 годах. На её основе формировались тарифы, определялись объёмы потребления и корректировались программы почти 300 предприятий, что обеспечивало городу экономический эффект не менее 10 млрд рублей в год.

Артем Дмитриев, руководитель инновационных проектов Notamedia, отметил, что цифровой двойник отличается от BIM-модели работой без математических упрощений и обязательным подключением сбора данных в реальном времени. В качестве примеров он назвал моделирование залежей нефти и газа, а также цифровой двойник Москвы для сбора данных по застройке и авариям.

IoT и цифровые двойники тесно связаны. Александр Глазунов пояснил, что помимо датчиков, информацию можно получать через фирменное ПО оборудования, например, системы управления роботами. Это позволяет актуализировать состояние двойника и передавать управляющие воздействия.

Искусственный интеллект также играет ключевую роль. В сборочном цехе ИИ, анализируя видео с камер, помогает точно позиционировать вагоны. Илья Скрябин добавил, что нейросети используются для контроля качества, например, выявления дефектов в кафельной плитке.

Артем Дмитриев рассказал о применении Edge AI для минимизации задержек при обработке данных и использовании ИИ для постоянного мониторинга безопасности на таких объектах, как атомные электростанции.

Сергей Гумеров акцентировал, что главный ресурс — не оборудование, а компетенции в математическом моделировании и системном мышлении. «Россия всегда умела работать с большими данными, строить инженерные и балансовые модели. И именно эта способность позволяет создавать цифровые двойники, которые дают реальное управленческое преимущество», — сказал он.

Артем Дмитриев отметил тенденцию к удешевлению оборудования: за пять лет стоимость датчиков упала в среднем в четыре раза. Он выделил три базовых компонента двойника: сбор данных (телеметрия), платформы для обработки и комплекс физико-математических моделей.

Вопрос безопасности остаётся критическим. По словам Дмитриева, безоблачные решения, не требующие внешних облачных сервисов, являются основой для защиты стратегических объектов от кибератак.

Илья Скрябин отметил, что в государственном секторе актуальна задача импортозамещения датчиков и оборудования, в то время как частные компании в первую очередь ориентируются на экономическую выгоду и доступность решений.

Александр Глазунов согласился, что ключевой актив — это люди. При разработке платформы для складской логистики его команда столкнулась с необходимостью глубокого математического моделирования и бизнес-анализа, с чем помогли справиться высококвалифицированные специалисты.

Для моделирования суточной работы склада за несколько минут пришлось оптимизировать алгоритмы и использовать параллельные вычисления. Также была создана отдельная программа для быстрого преобразования чертежей в цифровую модель, что сократило процесс с месяцев до нескольких дней.

Артем Дмитриев считает, что для успеха необходимо тесное взаимодействие инженерной экспертизы и разработки программного обеспечения.

Сергей Гумеров отметил особенность российского развития: «Мы работаем в другом режиме: не через ритмичную эволюцию, а через мобилизационный рывок, который требует концентрации сил на одном крупном замысле».

Александр Глазунов выразил мнение, что будущее — за интеграцией решений различных компаний в единые системы для создания умных городов и производств.

Илья Скрябин подвёл итог, подчеркнув важность образования: «Если сейчас нет какой-то конкретной стратегии и суперпроекта, который улучшит нашу жизнь, значит, государству действительно надо инвестировать больше в обучение».