Двойники на службе

Рынок цифровых двойников стремительно растет, но в России его развитие тормозит нехватка решений и инфраструктуры

Технология, предполагающая создание виртуальной копии объекта или процесса с возможностью моделирования его поведения в реальном времени, активно применяется в машиностроении, энергетике, логистике, строительстве и даже в городских системах жизнеобеспечения. Спрос на такие решения подогревается не только ростом автоматизации, но и необходимостью сокращения издержек и повышения операционной устойчивости. Как развивается рынок, с какими вызовами сталкиваются компании и в каких отраслях цифровые двойники уже стали нормой — выяснил «Коммерсантъ».

Фото: Getty Images

Фото: Getty Images

Сам по себе цифровой двойник — это система данных IoT-сенсоров, аналитики и искусственного интеллекта, которая позволяет «оживить» модель, воспроизводя поведение объекта в реальном времени. Цель — прогнозировать, предупреждать и оптимизировать процессы в отраслях. В мировой промышленности технологии цифровых двойников стали одним из столпов Industry 4.0. В России они только набирают обороты, сдерживаемые в том числе уходом иностранных разработчиков и необходимостью импортозамещения.

Сферы применения широки: от городской инфраструктуры до нефтяных месторождений и буровых установок. В России цифровой двойник внедряется, например, в проекте «Цифровое месторождение» «Роснефти», а также в системах метрополитена и проектах «Мосводоканала», писал «Ъ» в 2023 году. Тогда же Москва готовилась масштабировать цифровое моделирование инженерной инфраструктуры на весь город.

В 2024 году в интервью для «Ъ» директор представительства компании «СиСофт Девелопмент» Александр Белкин рассказывал, что цифровые двойники уже сейчас — повседневная реальность. По его мнению, технологии виртуальной и дополненной реальности помогают организовать обучение сотрудников. «Дом.РФ» и Минстрой при участии Минцифры должны были создать реестр решений с использованием ИИ для строительной отрасли, в связи с чем цифровые двойники сооружений, процессов, изделий и целых городов применялись бы больше, напоминал Александр Белкин. Однако большей информации о судьбе инициативы нет.

Цифровой двойник состоит из двух ключевых компонентов: «цифровой тени» (данных с датчиков и сенсоров) и математической модели, способной воспроизводить поведение объекта, уточнил Евгений Александров, директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н. Э. Баумана. В сложных системах цифровой двойник способен существовать автономно — например, при моделировании поведения космического аппарата в различных условиях эксплуатации, говорит он.

«С его помощью можно запускать множество расчетов и получать оптимальные инженерные решения, не прибегая к дорогостоящим физическим испытаниям,— объясняет Евгений Александров.— Для атомных электростанций и ракетной техники такие модели уже стали обязательными».

В первую очередь цифровых двойников стоит искать в тех областях, где слишком высока цена ошибки любого действия и отсутствия прогнозов, уточнил Евгений Александров. Например, цифровой двойник автомобиля необходим для прогнозирования результата краш-теста. При построении верной матмодели требуется разрушить меньше автомобилей, чтобы установить допустимые варианты конструкций и условий эксплуатации. Другой пример: атомные электростанции, которые должны работать автономно и с высокой надежностью. Для АЭС должны быть просчитаны все варианты небезопасных случаев, рассказал он. Среди других примеров — ракеты и космические аппараты, для которых нужно спрогнозировать поведение.

В 2024 году «Ъ» уже писал о возможностях применения цифровых двойников. Сферами применения являются не только высокотехнологичные компании и промышленность, но и здравоохранение, логистика и даже электронная коммерция. Среди успешных кейсов — проект IT-интегратора BIA Technologies для одной из крупнейших дистрибуторских компаний России АЛИДИ. Специалисты компании разработали имитационную модель склада, позволяющую в виртуальной среде тестировать логистические гипотезы без риска для реальных процессов. Цифровой двойник анализирует плотность хранения и предлагает наименее затратные сценарии размещения товаров.

По оценке компании, использование технологии позволило сократить пробеги складской техники до 30%, ускорить процессы комплектации заказов и оптимизировать размещение товаров. Кроме того, за счет учета неочевидных взаимосвязей между товарными матрицами и составом заказов удалось выявить потенциал для сокращения перемещений персонала и оптимизировать фонд оплаты труда на 5–15%.

Среди других успешных примеров применения цифровых двойников можно вспомнить проект ADNOC в ОАЭ, где сразу 20 нефтедобывающих предприятий были объединены в единую цифровую платформу, что позволило унифицировать процессы и снизить затраты. Об этом «Ъ» рассказал генеральный директор компании «Инвенторус» Евгений Елфимов. Другой пример — цифровые двойники двигателей и поездов позволили немецкой Siemens сократить время тестирования на 30%. А Boeing, по словам экспертов, давно применяет AR-приложение на базе цифрового двойника самолета для обучения техников и прогнозирования поломок.

Если ссылаться на данные Gartner, то 75% международных компаний уже внедрили технологии цифровых двойников, а к 2025 году 60% мировых производителей планируют их использовать в своей деятельности, подчеркнул эксперт. В РФ цифровыми двойниками пользуются около 22%, а успешными примерами служат цифровой двойник «Мосводоканала», проект «Роснефти» «Цифровое месторождение», цифровые двойники станций метро и цифровой двойник производственного комплекса СИБУР, подчеркнул заместитель директора Центра научно-технологической политики МГУ им. М. В. Ломоносова Тимофей Воронин.

Рынок цифровых двойников растет экспоненциально, считает Евгений Елфимов. Так, например, в 2023 году он составлял $10–12 млрд, а в 2028 году прогнозируется рост до $110 млрд, согласно статистике MarketsandMarkets. В 2037 году ожидаемый рост должен составить уже $1,14 трлн, следует из Research Nester, при CAGR 36,4%. Основными бустерами для отрасли станут Северная Америка (до 35% рынка) — благодаря внедрению Industry 4.0 и технологическим лидерам, а также Китай, Индия и ряд стран Европы, уточнил эксперт.

Темпы создания и внедрения цифровых двойников в России эксперты не оценили. Однако, как считает Тимофей Воронин, можно утверждать, что темпы создания двойников в России зависят в первую очередь от того, как быстро принимаются новые эффективные отечественные решения для их эксплуатации.

Основные ограничения развития цифровых двойников сейчас — это необходимость совершенствования соответствующего ПО и сбор данных об объектах оцифровывания, отмечает Евгений Александров. Кроме того, говорит он, пока не во всех сферах целесообразно их создавать с экономической и инженерной точек зрения. С ним согласен и Евгений Елфимов: требования к реализации цифровых двойников упираются в технологии: нужны IoT-датчики для сбора данных в реальном времени, мощные аналитические платформы, интеграция данных с другими системами и искусственный интеллект — для анализа и прогнозирования. Отсюда вытекают проблемы отрасли в виде высоких затрат, необходимости обеспечивать кибербезопасность, сложность интеграции и катастрофическая нехватка экспертов, считает он.

Цифровые двойники уже доказали свою практическую пользу в ряде отраслей, от логистики до тяжелой промышленности, но для масштабного распространения в России им предстоит преодолеть технологические и кадровые барьеры, соглашаются эксперты. Учитывая мировой тренд и потенциальный экономический эффект, развитие отечественной технологической базы моделей может стать одним из драйверов применения цифровых двойников повсеместно и в России.

Вероника Читанава