Москва
Мероприятия
Блог
Корзина
Регистрация Войти
main-bg
Блог

Как устроены цифровые двойники: этапы разработки и примеры использования

Инна Гресева
Инна Гресева,
редактор блога Softline
29.04.2025

Представьте, что у каждого станка на заводе, здания в городе или даже у целого нефтеперерабатывающего предприятия есть точная виртуальная копия. И это не просто 3D-модель. Это живая виртуальная копия, которая:

  • повторяет все процессы в реальном времени;
  • предупреждает о поломках;
  • автоматически подбирает оптимальные режимы работы.

Это и есть цифровой двойник. По данным McKinsey на 2023 год, почти 75% компаний уже использовали цифровых двойников как минимум среднего уровня сложности. В 2024 году объем рынка цифровых двойников оценивался в 19,9 млрд долл. К 2029-ому он может достигнуть 91,92 млрд долл. По мнению экспертов, рынок будет расти за счет распространения концепции четвертой промышленной революции и промышленного интернета вещей (IoT). Бизнес все больше нуждается в сокращении затрат, оптимизации технического обслуживания и сокращении времени вывода на рынок новых продуктов.

Цифровые двойники: суть понятия и история появления

Единого определения цифрового двойника пока нет, но эксперты сходятся в главных аспектах. Цифровой двойник — это виртуальная копия реального объекта, процесса или системы. Она точно воспроизводит характеристики и изменения физических объектов в лайв-режиме.

«Многие ошибочно понимают под цифровым двойником простую схематическую или 3D-визуализацию объекта. Но это не так. Их ценность — в глубокой интеграции с производственными процессами. Они не просто отображают, что происходит с объектом, но благодаря методам машинного обучения способны анализировать текущую ситуацию, прогнозировать ее развитие, подсказывать операторам, какое решение принять, чтобы получить желаемый результат», — объясняет лидер проектного направления по внедрению ИИ Softline Digital (ГК Softline) Максим Милков.

В 2021 году в России утвердили стандарт ГОСТ Р 57700.37–2021, в котором дается определение цифрового двойника изделия. Документ больше описывает нормативы для машиностроения, но его разработчики ожидают, что он ляжет в основу требований к цифровым двойникам и в других отраслях промышленности.

«Цифровой двойник изделия — система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями».

«Цифровая модель изделия — это система математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающая структуру, функциональность и поведение вновь разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла, для которой на основании результатов цифровых и (или) иных испытаний по ГОСТ 16504 выполнена оценка соответствия предъявляемым к изделию требованиям».

Сам термин «цифровой двойник» вошел в употребление в начале 2000-х. Хотя еще в 1970-е NASA использовало своего рода прообраз двойников для спасения экипажа космического корабля «Аполлон 13», когда на борту взорвался кислородный баллон. Тогда команда инженеров на Земле использовала все возможные симуляторы и расчеты, чтобы разработать план спасения астронавтов. Они смоделировали разные ситуации и выбрали правильную стратегию, чтобы вернуть космонавтов домой.

Впервые концепцию цифровых двойников в более привычном нам понимании сформулировал профессор Майкл Гривс в 2002 году на курсе по управлению жизненным циклом продукции (PLM) в Университете штата Мичиган. Его идея заключалась в создании виртуальных аналогов физических объектов, которые будут моделировать поведение системы. Первыми, кто на практике начал применять цифровых двойников, стала авиация. Цифровые копии самолетов использовались для тестирования и оптимизации конструкции.

Как создаются цифровые двойники: от данных к модели

По словам Максима Милкова, успех разработки и внедрения цифрового двойника зависит от качества данных и понимания бизнес-задач, иначе технология рискует остаться дорогой «игрушкой». Эксперт выделил три подхода к созданию цифровых двойников производства.

Метод «белого ящика»

В основе подхода лежат знания экспертов о технологическом процессе, а также законы физики и химии. Все параметры системы и возможные реакции рассчитываются с помощью точных математических формул. Такой метод обеспечивает максимально точное моделирование и глубокое понимание работы объекта, однако требует значительных временных затрат, серьезных вычислительных ресурсов и высокой квалификации инженеров.

Метод «черного ящика»

Этот подход основан на анализе многолетних исторических данных, собранных с промышленных датчиков. Специальные алгоритмы искусственного интеллекта выявляют скрытые закономерности в массивах информации и на их основе строят прогностические модели. Главное преимущество метода — относительно быстрое создание цифрового двойника, но необходим большой объем достоверных и качественных данных.

Гибридный метод

Комбинированный подход объединяет преимущества первых двух: часть процессов моделируют с помощью физико-математических формул, а для остальных применяются алгоритмы машинного обучения. Такой метод обеспечивает более высокую точность цифровых двойников.

Основные этапы разработки цифровых двойников

Шаг 1. Предпроектное обследование

Создание цифрового двойника начинается с комплексного анализа инфраструктуры и оценки доступности данных. Специалисты изучают архитектуру автоматизации от АСУ ТП до MES-систем, оценивают доступность знаний технологов и инженеров. На этом этапе важно проверить качество и глубину собираемых данных. Чтобы построить полноценного цифрового двойника, необходимы исторические данные за 6-12 месяцев.

Шаг 2. Получение и валидация данных

На этом этапе необходимо очистить данные: удалить некорректные показания датчиков и дубли, привести информацию в единый формат, структурировать теги. Каждый параметр проходит верификацию с технологическими картами и подтверждается инженерами-технологами. Только исключив лишнее и ошибки, можно построить достоверную модель.

Шаг 3. Построение модели

После подготовки данных специалисты приступают к созданию математической модели, формируют обучающие и тестовые выборки, создают производные признаки и подбирают оптимальные алгоритмы от линейной регрессии до нейросетей, обучают их.

Шаг 4. Интерпретация и тестирование

Разработанная модель дополняется механизмами, которые объясняют принимаемые решения, а также обосновывают, почему тот или иной сценарий отклоняется как маловероятный. Здесь модель тестируют на исторических и новых данных. Технологический персонал оценивает, насколько рекомендации модели адекватны и применимы на практике.

Шаг 5. Интеграция в производственную среду

Финальный этап — внедрение модели в рабочую инфраструктуру предприятия. Для этого нужно обеспечить отказоустойчивость решения, защитить каналы передачи данных и взаимодействия ИТ-систем, выполнить все требования промышленной безопасности. Операторы обучаются работать с интерфейсом цифрового двойника.

Какие бывают цифровые двойники

Есть множество классификаций цифровых двойников. При этом даже в рамках одного подхода типологии могут отличаться в зависимости от компаний и авторов концепций.

Классификация по уровню сложности

  • Двойник компонента — это виртуальная копия отдельного элемента или узла внутри сложной системы. Такие двойники часто используются для детального анализа характеристик конкретного агрегата.
  • Двойник продукта — цифровая копия изделия, включающая все его компоненты и их взаимодействие между собой. Такой двойник используется для тестирования продукта в различных условиях эксплуатации и предсказания его поведения.
  • Двойник системы — комплексная модель крупной инфраструктуры: завода, электростанции или города. Включает в себя множество взаимосвязанных элементов и используется для долгосрочного планирования и управления ресурсами.
  • Двойник процесса — моделирует набор действий и операций, в фокусе процесс, а не оборудование.

Классификация по уровню зрелости

1. Предцифровой двойник (Pre-Digital Twin)

Это традиционный виртуальный прототип, который создается во время проектирования еще до создания физического аналога. Он используется для принятия решений на начальных этапах разработки и тестирования, а также помогает выявлять технические риски.

2. Цифровой двойник (Digital Twin)

На втором уровне цифровой двойник через датчики и вычислительные элементы получает данные от физической системы и на их основе обновляет модель. С его помощью можно анализировать поведение физической системы в различных сценариях.

3. Адаптивный цифровой двойник (Adaptive Digital Twin)

На третьем уровне цифровой двойник может анализировать предпочтения операторов, используя алгоритмы машинного обучения на основе нейронных сетей. Модели динамически обновляются в реальном времени на основе данных, поступающих от физического двойника, и поддерживают процессы планирования и принятия решений непосредственно во время выполнения операций.

4. Интеллектуальный цифровой двойник (Intelligent Digital Twin)

Четвертый уровень отличается высокой степенью автономии благодаря использованию машинного обучения. Он анализирует более детальную информацию о производительности, техническом обслуживании и состоянии объекта и может самообучаться.

Какие задачи решают: от мониторинга до предиктивной аналитики

Функции цифровых двойников варьируются от уровня сложности и зрелости системы, а также от отрасли использования. Можно выделить следующие задачи:

  • Прогнозирование. Цифровые двойники анализируют данные в реальном времени и предсказывают поведение объектов или процессов в разных заданных условиях.
  • Имитация работы. Цифровые двойники симулируют работу сложных систем и помогают тестировать различные сценарии и выявлять оптимальные условия для их функционирования
  • Моделирование продукта. Цифровые двойники позволяют создавать виртуальные прототипы продуктов, ускоряя процесс разработки и тестирования новых изделий.
  • Мониторинг. Цифровые двойники отслеживают состояние оборудования и процессов, чтобы своевременно выявить отклонения и провести профилактические настройки или ремонт.


В каких отраслях используют цифровых двойников

Строительство

Цифровые двойники зданий помогают оптимизировать проектирование объектов, контролировать стройку в реальном времени и прогнозировать износ конструкций.

При реставрации парижского Нотр-Дама после пожара в 2019 году использовались новейшие технологии, в том числе роботы, машинное обучение, BIM-моделирование и т.д. Благодаря цифровому двойнику собора инженеры зафиксировали разрушенные участки и сопоставляли обломки, симулировали различные архитектурные решения, рассчитывали материалы. И после реконструкции копию продолжают использовать для мониторинга пожарной безопасности с помощью IoT-датчиков.

Промышленность

На заводах виртуальные копии оборудования предсказывают поломки, тестируют новые конвейеры и снижают энергопотребление.

Colgate-Palmolive тестирует новые продукты на цифровых двойниках — виртуальных моделях потребителей, созданных для ускорения разработки инноваций. Хотя компания продолжает традиционные тесты с реальными людьми, цифровые двойники анализируют реакцию на новые функции продуктов, сокращая время вывода на рынок.

Компания Softline Digital решает задачи Model predictive control на цифровых двойниках для оптимизации технологических процессов: уменьшения себестоимости продукции за счет экономии на расходных материалах и потребляемой энергии, улучшения характеристик продуктов, стабилизации процесса, — в отраслях черной и цветной металлургии, пищевом и иных производствах.

Энергетика

Двойники электростанций и сетей балансируют нагрузки, предотвращают аварии и тестируют новые источники энергии.

«Росатом» активно использует технологии цифровых двойников. Виртуальный энергоблок ВВЭР отражает системы реального объекта и синхронизируется с его данными об эксплуатации. Также у госкорпорации есть виртуально-цифровая АЭС для различных расчетов, которые сопоставляются с параметрами работы энергоблока при его использовании.

Ford применяет эту технологию на своем энергетическом заводе для оптимизации энергопотребления, выявления потерь и повышения эффективности оборудования, включая системы комбинированного производства тепла и электроэнергии. Интеграция IoT-датчиков и машинного обучения позволяет модели автоматически адаптироваться, улучшая управление энергетическими рисками и операционные решения.

Умные города

Виртуальные копии городской инфраструктуры управляют транспортом, экономят ресурсы и моделируют развитие районов.

Китайские ученые создали цифровой двойник Шанхая с точностью до 3 см. Виртуальный город, построенный на основе данных с дронов, лидаров и ИИ, помогает полиции просматривать планировки зданий, коммуникации и оперативные данные в реальном времени. Система используется для точного управления городской инфраструктурой и предотвращения преступлений.

Теги:

Новости, истории и события
Смотреть все
Платформа для биллинга BillogicPlatform от «Инферит» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) поддержит отечественные ИИ-стартапы
Новости

Платформа для биллинга BillogicPlatform от «Инферит» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) поддержит отечественные ИИ-стартапы

11.09.2025

Разработчик ПО «Инферит ИТМен» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) вступил в Ассоциацию itSMF России
Новости

Разработчик ПО «Инферит ИТМен» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) вступил в Ассоциацию itSMF России

10.09.2025

Группа «Борлас» (ГК Softline) и компания «Фидесис» организуют первую специализированную практическую конференцию пользователей CAE Fidesys «CAE Day 2025»
Новости

Группа «Борлас» (ГК Softline) и компания «Фидесис» организуют первую специализированную практическую конференцию пользователей CAE Fidesys «CAE Day 2025»

09.09.2025

Группа «Борлас» (ГК Softline) заключила партнерское соглашение с компанией CS Group, одним из ведущих интеграторов инновационных решений для цифровизации промышленности и строительства
Новости

Группа «Борлас» (ГК Softline) заключила партнерское соглашение с компанией CS Group, одним из ведущих интеграторов инновационных решений для цифровизации промышленности и строительства

09.09.2025

Вышло масштабное обновление «Цитрос Архива» от SL Soft FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline)
Новости

Вышло масштабное обновление «Цитрос Архива» от SL Soft FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline)

09.09.2025

Компания Bell Integrator FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline) разработала решение по мониторингу радиоэфира для одного из российских медиахолдингов
Новости

Компания Bell Integrator FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline) разработала решение по мониторингу радиоэфира для одного из российских медиахолдингов

08.09.2025

«Телеком биржа» автоматизировала биллинг и провижининг облачных услуг через BillogicPlatform от «Инферит» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline)
Новости

«Телеком биржа» автоматизировала биллинг и провижининг облачных услуг через BillogicPlatform от «Инферит» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline)

08.09.2025

ГК Softline и FESCO будут совместно развивать цифровые решения для логистики
Новости

ГК Softline и FESCO будут совместно развивать цифровые решения для логистики

05.09.2025

«Софтлайн Решения» (ГК Softline) предоставила «Детскому миру» оборудование по модели HaaS
Новости

«Софтлайн Решения» (ГК Softline) предоставила «Детскому миру» оборудование по модели HaaS

04.09.2025

Proteqta (ГК Softline) повысила уровень производственной безопасности в «Галс-Девелопмент» с помощью IoT-решения
Новости

Proteqta (ГК Softline) повысила уровень производственной безопасности в «Галс-Девелопмент» с помощью IoT-решения

03.09.2025

«Софтлайн Решения» (ГК Softline) обеспечила EdTech-компанию платформой UEMaaS
Новости

«Софтлайн Решения» (ГК Softline) обеспечила EdTech-компанию платформой UEMaaS

02.09.2025

Новый учебный год на рынке корпоративного обучения. Академия АйТи FabricaONE.AI (акционер - ГК Softline) подводит итоги и рассказывает о планах
Новости

Новый учебный год на рынке корпоративного обучения. Академия АйТи FabricaONE.AI (акционер - ГК Softline) подводит итоги и рассказывает о планах

01.09.2025

«Клиент 360», универсальный установщик — обновления продуктов Citeck от SL Soft FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline)
Новости

«Клиент 360», универсальный установщик — обновления продуктов Citeck от SL Soft FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline)

01.09.2025

«Инферит» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) и Новосибирский национальный исследовательский государственный университет заключили соглашение о сотрудничестве в сфере искусственного интеллекта
Новости

«Инферит» (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) и Новосибирский национальный исследовательский государственный университет заключили соглашение о сотрудничестве в сфере искусственного интеллекта

01.09.2025

Компания SL Soft FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline) представляет ИИ-ассистента линейки продуктов Citeck
Новости

Компания SL Soft FabricaONE.AI (акционер — ГК Softline) представляет ИИ-ассистента линейки продуктов Citeck

29.08.2025

Softline Security Summit 2025: ГК Softline обсудила с лидерами ИБ-рынка и заказчиками актуальные вопросы кибербезопасности
Новости

Softline Security Summit 2025: ГК Softline обсудила с лидерами ИБ-рынка и заказчиками актуальные вопросы кибербезопасности

29.08.2025

«Софтлайн Решения» (ГК Softline) разработала инструмент для упрощения и ускорения интеграции платформы Directum RX с другими системами
Новости

«Софтлайн Решения» (ГК Softline) разработала инструмент для упрощения и ускорения интеграции платформы Directum RX с другими системами

28.08.2025

Роботизированный комплекс для лазерной сварки производителя лазерных решений VPG LaserONE (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) включен в реестр российской промышленной продукции
Новости

Роботизированный комплекс для лазерной сварки производителя лазерных решений VPG LaserONE (кластер «СФ ТЕХ» ГК Softline) включен в реестр российской промышленной продукции

27.08.2025

Аренда серверного оборудования vs собственная инфраструктура: сравниваем экономику
Блог

Аренда серверного оборудования vs собственная инфраструктура: сравниваем экономику

12.09.2025

Топ лучших ноутбуков 2025 года для дома и офиса
Блог

Топ лучших ноутбуков 2025 года для дома и офиса

09.09.2025

Резервное копирование: ключевые параметры бэкапа и топ российских систем
Блог

Резервное копирование: ключевые параметры бэкапа и топ российских систем

03.09.2025

Современные лазерные технологии в промышленности: анализ рынка и инновационных решений в 2025 году
Блог

Современные лазерные технологии в промышленности: анализ рынка и инновационных решений в 2025 году

25.08.2025

Российские операционные системы. Топ отечественных ОС 2025
Блог

Российские операционные системы. Топ отечественных ОС 2025

21.08.2025

Цифровые лаборатории, VR-анатомия и не только: современные медико-биологические классы
Блог

Цифровые лаборатории, VR-анатомия и не только: современные медико-биологические классы

13.08.2025

Практическое руководство по защите коммерческой тайны в России: пошаговые инструкции и правовые аспекты
Блог

Практическое руководство по защите коммерческой тайны в России: пошаговые инструкции и правовые аспекты

05.08.2025

Импортозамещение в 2025 году
Блог

Импортозамещение в 2025 году

01.08.2025

Искусственный интеллект для медицины: реалии 2025 года
Блог

Искусственный интеллект для медицины: реалии 2025 года

24.07.2025

Топ российских производителей ноутбуков 2025: специализация и ведущие модели
Блог

Топ российских производителей ноутбуков 2025: специализация и ведущие модели

21.07.2025

ИБ-консультанты: кто спасет бизнес от утечек и хакерских атак
Блог

ИБ-консультанты: кто спасет бизнес от утечек и хакерских атак

18.07.2025

TMS-системы: рациональный и интеллектуальный подход к управлению тестированием
Блог

TMS-системы: рациональный и интеллектуальный подход к управлению тестированием

17.07.2025

Востребованные ИТ-профессии в 2025 году
Блог

Востребованные ИТ-профессии в 2025 году

15.07.2025

Без паники: как управлять ИТ-инфраструктурой без SCCM
Блог

Без паники: как управлять ИТ-инфраструктурой без SCCM

07.07.2025

ЦОД: основные компоненты, классификация и системы безопасности
Блог

ЦОД: основные компоненты, классификация и системы безопасности

04.07.2025

Критическая информационная инфраструктура: все, что нужно знать о КИИ
Блог

Критическая информационная инфраструктура: все, что нужно знать о КИИ

01.07.2025

SimpleOne HRMS: автоматизация управления персоналом для повышения лояльности сотрудников и эффективности бизнеса
Блог

SimpleOne HRMS: автоматизация управления персоналом для повышения лояльности сотрудников и эффективности бизнеса

27.06.2025

Технологии умного города: от ИИ до RPA
Блог

Технологии умного города: от ИИ до RPA

25.06.2025