Цифровые двойники. Кто они?

Новые термины возникают с завидной регулярностью. Иногда они отражают появление нового явления или идеи. Или повторного появления идеи у людей, не знающих о ее существовании. Чаще являются инструментом маркетинга для сознательного создания образа новизны у старого продукта.

Сравнительно недавно появилось словосочетание «цифровой двойник» и стало набирать популярность. Есть ли за этим термином что-то реально новое? Вот какие определения встречаются чаще всего: 

Определение от CIMdata: Цифровой двойник – это виртуальное представление некоторой физической сущности или набора таких сущностей (физического двойника), которое основано на использовании двустороннего информационного обмена с ассоциированным физическим двойником.

Определение от Рабочей группы по системному моделированию: Цифровой двойник – это цифровой заменитель (суррогат), являющийся описанием физической сущности, такой как продукты, процессы, системы, люди и устройства, который может быть использован с разными целями. Цифровой двойник использует данные и информацию от объекта реального мира и обеспечивает обратную связь с этим реальным объектом.

На мой взгляд, главными отличиями от более общего термина «модель» в этих определениях являются «двусторонний информационный обмен» и, еще лучше «обратная связь».

Эти словосочетания выдают область применения цифровых двойников - управление.

 

Для управления любым объектом необходимо сравнивать его актуальное и целевое состояния. Управляющее воздействие вырабатывается именно на основе такого сравнения. И важнейшей задачей является обеспечение НАБЛЮДАЕМОСТИ т.е. предоставление системе управления достаточной и достоверной информации об актуальном состоянии объекта. В простых системах эта информация может быть представлена одним или несколькими параметрами. Для сложных систем необходимо хранить значительный объем связанных данных – модель актуального состояния системы.

Некоторым прототипом цифровых двойников можно считать пультовые электростанций:

 

На схеме отображаются актуальные данные по всем параметрам и предупреждения о специфических состояниях системы в целом, требующие принятия решений.

Однако управление сложными объектами существует уже тысячелетия. Чем же отличается цифровой двойник? Только ли представлением данных в компьютерном виде? 

Возвращаясь к «обратной связи»: важным новшеством является высокая степень автоматизации получения информации о реальном объекте. Это не только скорость получения информации, но и более высокая ее достоверность.

Т.е. цифровой двойник это «модель актуального состояния объекта управления и технические средства поддержания ее актуальности». Необходимая часть контура автоматизированного управления.

Хорошо, а что это может дать в строительной отрасли? Проектировщики уже более-менее освоили BIM, но это статическая модель. При чем тут управление?

Объектом управления может быть и проект, и стройка, и готовое здание.

В рамках BIM технологии мы уже привыкли, что в процессе проектирования легко можно наблюдать степень проработанности частей здания и перераспределять ресурсы. Но тут «физический объект» тоже имеет цифровую форму и «сам себе двойник».

При строительстве для обеспечения наблюдаемости физического объекта все шире используются новые технические методы. Отчеты с планшетов. Видеосъемка, в том числе с дронов. Лазерное сканирование. Это необходимые, но не достаточные элементы «цифрового двойника». Нужно, чтобы эта информация оперативно и автоматизировано заносилась в модель строительства. Тогда можно проводить сравнение с планом и с целевой  BIM моделью.

Для задач эксплуатации сама модель может быть проще т.к. расхождения актуального и целевого состояния невелики. Зато получение информации о состоянии объекта может оказаться много сложнее. Особенно если речь идет не о гражданском строительстве, а о промышленном объекте. Но и задача автоматизированного сбора информации на промышленных объектах не нова (я уже говорил о пультовой). Технические средства сбора информации о состоянии объекта закладываются в проект.

Вот мы и вернулись к проектировщику. Раньше он закладывал технические средства измерения различных параметров с выводом их на пульт управления. Теперь его задача – заложить такие средства измерения и наблюдения, чтобы они просто стыковались с цифровой моделью актуального состояния.