Цифровые помощники находят новое применение в различных отраслях экономики
Цифровые двойники - программные виртуальные аналоги физических устройств - быстро находят применение в разных отраслях. Такие технологии позволяют моделировать возможные сценарии работы оборудования и благодаря этому снижать риски сбоев.
Сначала разработкой и внедрением цифровых двойников занимались в основном в промышленности, например, в аэрокосмическом и автомобильном секторах. Но растущие потребности в автоматизации и виртуализации, а также доступность мощных вычислительных ресурсов и хранилищ данных открыли новые возможности для внедрения таких технологий в торговле, банковском секторе, проектировании городов, здравоохранении. По данным исследовательской консалтинговой компании Grand View Research, мировой рынок цифровых двойников с 2023 до 2030 года вырастет на 37,5 процента и составит 155,83 миллиарда долларов. С каждым годом все больше предприятий внедряют цифровых двойников. А вузы, учитывая современный тренд, занимаются разработкой подобных технологий.
Ученый Самарского университета имени академика С.П. Королева Максим Иванушкин разработал цифровой двойник системы электропитания малых космических аппаратов. Этот программный комплекс должен помочь снизить число нештатных ситуаций на борту. Дело в том, что, как определил ученый, чаще всего нештатные ситуации на борту космического аппарата происходят из-за отказов по вине системы электропитания. С помощью цифрового двойника, который моделирует работу этой системы, можно прогнозировать ее показатели и характеристики, отказы компонентов. Такой прогноз повышает шансы спутника на "выживание".
- Цифровой двойник должен учитывать, насколько это возможно, все особенности своего оригинала. Например, принимать в расчет деградацию аккумуляторных и солнечных батарей, а также учитывать светотеневую обстановку и ее влияние на энергобаланс и возможности работы остальной аппаратуры космического аппарата, - отметил Максим Иванушкин.
Важный момент - цифровой двойник можно адаптировать для работы с разными аппаратами.
- Система энергопитания космических аппаратов имеет практически неизменный состав своих основных элементов, поэтому данный цифровой двойник может стать полезным инструментом для большого числа потребителей, в числе которых могут быть и предприятия-разработчики бортовой аппаратуры, частные космические компании и учебные заведения, а также наземные комплексы управления, - отметил разработчик.
Цифровой аналог, оказывается, может быть и у человека. Ученые Самарского государственного медуниверситета (СамГМУ) заявляли о проекте создания цифрового двойника космонавта. Под ним разработчики понимают совокупность показателей состояния здоровья человека, который летит в космос. Их можно достоверно измерять, пока человек находится на орбите, а значит, своевременно реагировать на изменения. Тем более что до сих пор не решены медико-биологические проблемы, связанные с продолжительным воздействием на организм человека микро- и гипогравитации. А цифровой двойник космонавта может помочь в разработке программ подготовки человека к полетам в ближний и дальний космос.
Также он пригодится программам по реабилитации людей после возвращения на Землю - они смогут быстрее, чем сейчас, вставать на ноги и ходить.
С каждым годом все больше предприятий внедряют цифровых двойников, а вузы их разрабатывают
В свою очередь, в Тольяттинском госуниверситете (ТГУ) на базе собственной эколаборатории разрабатывают экологический цифровой двойник Тольятти. Он поможет прогнозировать изменение экологической обстановки в городе и предотвращать ее ухудшение.
Цифровой экодвойник будет способен выдавать динамические данные о выбросах на предприятиях города с учетом розы ветров. Благодаря этому проверяющие и надзорные органы смогут локализовать источник сверхнормативного выброса. А предприятия смогут учитывать текущую фоновую нагрузку загрязняющих веществ и метеоусловия, чтобы регулировать технологические мощности и проведение ремонтных работ для уменьшения антропогенной нагрузки.
Цифровой экодвойник будет выдавать данные о выбросах на предприятиях города, а надзорные органы локализуют источник сверхнормативного загрязнения
Как объяснил директор Института химии и энергетики ТГУ Павел Мельников, по закону крупные промышленные предприятия с повышенным воздействием на окружающую среду должны установить на источники выбросов автоматизированные датчики. Ученые, интегрируя получаемые данные от таких датчиков и сопоставляя их с текущим состоянием атмосферного воздуха на основе данных наблюдения городской онлайн-сети, смогут определить, как вырастет нагрузка от загрязняющих веществ на городской территории. Также с помощью цифрового двойника можно моделировать перемещение аэродинамических масс и пики концентрации примесей.
По словам ученого, с математической точки зрения можно также использовать данные сервиса "Яндекс.Пробки", чтобы, исходя из трафика, моделировать выбросы от автотранспорта и определять наиболее неблагоприятные территории.
- Для получения таких математических зависимостей и построения моделей нужны многократные полевые исследования. Но после их проведения можно построить экологический цифровой двойник, который фактически в условиях реального времени будет отображать состояние атмосферного воздуха в каждой конкретной точке и источники выбросов, влияющие на это, с учетом текущих метеорологических условий, - отметил Павел Мельников.
Кстати
Сегодня на некоторых производствах, как, например, на самарском двигателестроительном предприятии "ОДК-Кузнецов", уже невозможно обойтись без цифровых двойников. Если раньше конструкторы разрабатывали новый двигатель в течение 10-15 лет, то сегодня заказчик ставит очень короткие сроки - 4-5 лет. Двигателю необходимо пройти весь объем испытаний фактически с первого раза. И чтобы это получилось, разработчики долго "гоняют" через цифровые двойники сотни вариантов конструкций. И, кстати, у завода уже есть опыт прохождения испытания двигателя с первого раза после такой цифровой обкатки.
