УДК 004

Цифровые двойники: как технологии искусственного интеллекта изменят нашу жизнь

Свищёва Ирина Витальевна – ассистент кафедры Практической и прикладной информатики МИРЭА – Российского технологического университета.

Шаповалова Эвелина Вадимовна – студентка МИРЭА – Российского технологического университета.

Аннотация: В данной статье рассматривается технология Azure Digital Twins и ее применение в комбинации с искусственным интеллектом для создания цифровых двойников объектов и систем. Описываются основные преимущества использования цифровых двойников, такие как оптимизация процессов, увеличение эффективности и сокращение времени разработки продуктов, а также применение цифровых двойников для повышения безопасности и предотвращения чрезвычайных ситуаций. Рассматриваются возможности Azure Digital Twins и их взаимодействие с искусственным интеллектом, а также примеры использования технологии в различных отраслях, таких как производство, энергетика и городская инфраструктура.

Ключевые слова: цифровые двойники, искусственный интеллект, оптимизация, производство, городская инфраструктура.

Цифровые двойники – это современная технология, которая позволяет создавать виртуальные копии реальных объектов и систем в режиме реального времени. Эти копии используются для анализа и управления реальными объектами и системами. Применение цифровых двойников в различных областях позволяет существенно повысить эффективность производства, улучшить качество продукции и услуг, а также снизить издержки на их производство.

Развитие искусственного интеллекта и интернета вещей привело к значительному прогрессу в области цифровых двойников. Согласно отчету Gartner Hype Cycle, который отслеживает развитие технологий, этот прогресс начался в 2015 году. В 2016 году цифровые двойники были включены в Gartner Hype Cycle, а в 2018 году достигли пика своей популярности [1].

Рисунок 1. Gartner Hype Cycle-2018. [1]

Технологии искусственного интеллекта играют ключевую роль в создании цифровых двойников. Эти технологии позволяют собирать, обрабатывать и анализировать большие объемы данных, что является необходимым условием для создания точных и эффективных цифровых моделей.

Промышленность – одна из областей, где цифровые двойники могут принести значительную пользу. В промышленности цифровые двойники используются для создания виртуальных моделей производственных линий и оборудования, что позволяет улучшить производственный процесс, сократить время настройки оборудования и повысить качество продукции [2]. Также цифровые двойники могут использоваться для прогнозирования отказов оборудования, что позволяет предотвратить аварии и сократить ремонтные расходы.

Здравоохранение – область, где цифровые двойники могут принести значительную пользу. В здравоохранении цифровые двойники используются для создания виртуальных моделей пациентов, что позволяет проводить более точные диагностики и выбирать наиболее эффективное лечение [3]. Также цифровые двойники могут использоваться для симуляции медицинских процедур, что позволяет повысить эффективность обучения медицинских работников.

Градостроительство – еще одна область, где цифровые двойники могут принести пользу. В градостроительстве цифровые двойники используются для создания виртуальных моделей городов, что позволяет проводить анализ и оптимизацию городской инфраструктуры, управлять транспортной системой и сократить затраты на ее развитие [4]. Также цифровые двойники могут использоваться для моделирования различных сценариев развития городов, что помогает городским властям принимать обоснованные решения.

Azure Digital Twins – это сервис, созданный Microsoft Azure, который применяется для создания и управления цифровыми двойниками (digital twins) [5]. Он содержит различные инструменты и функции для создания и моделирования виртуальных объектов.

Digital Twins Explorer – это инструмент, который используется для работы с данными в Azure Digital Twins. Он представляет собой средство визуальной навигации и анализа данных в модели и графе цифровых двойников [6]. С помощью этого инструмента можно просматривать, запрашивать и изменять модели, двойники и их связи (Рисунок 2).

Рисунок 2. Визуализации данных графа двойников. [7]

Для создания цифровых двойников в Azure Digital Twins используется язык моделирования Digital Twins Definition Language (DTDL), который позволяет описывать характеристики и поведение объектов и процессов в системе [7]. В DTDL определяются интерфейсы и свойства объектов, а также правила взаимодействия между ними.

С помощью Azure Digital Twins можно создавать трехмерные модели объектов и систем, а также связывать их с цифровыми двойниками в графе. Конструктор студии с низким уровнем кода позволяет экспертам создавать интерактивный пользовательский интерфейс и бизнес-логику для трехмерной визуализации бизнес-среды. Это упрощает работу профильных экспертов и повышает эффективность использования цифровых двойников [6].

В 3D Scenes Studio можно создавать сцены для визуализации свойств цифрового двойника. На примере приведенной сцены можно увидеть, как трехмерные элементы могут отображать свойства цифрового двойника. Это позволяет легче визуализировать и понимать процессы и объекты в реальном мире. (Рисунок 3).

Рисунок 3. Пример сцены в 3D Scenes Studio. [6]

Azure Digital Twins позволяет интегрировать различные ИИ-сервисы, такие как машинное обучение и анализ данных, чтобы обеспечить максимальную функциональность и гибкость. Таким образом, можно создать цифровой двойник города, который может быть использован для тестирования и оптимизации ИИ, разработанных для управления городской инфраструктурой. В этом случае, цифровой двойник используется для создания виртуальной среды, в которой ИИ может работать и улучшать свои навыки.

Итого, цифровые двойники являются ключевым компонентом в процессе обучения и использования искусственного интеллекта, позволяя ускорить и улучшить его разработку и использование.

Цифровые двойники имеют ряд преимуществ, которые делают их привлекательными для использования в различных областях. Они позволяют оптимизировать процессы, увеличить эффективность и сократить время разработки и тестирования продуктов. Кроме того, цифровые двойники могут быть использованы для улучшения безопасности и предотвращения чрезвычайных ситуаций, таких как наводнения и землетрясения.

Однако, наряду с преимуществами, использование цифровых двойников также вызывает опасения по поводу конфиденциальности и безопасности данных. Создание цифровых двойников требует сбора и обработки большого количества данных, включая персональную информацию, что может представлять угрозу конфиденциальности [3]. Кроме того, цифровые двойники могут быть скомпрометированы хакерами, что может привести к серьезным последствиям.

Тем не менее, цифровые двойники уже нашли применение в различных отраслях, и их использование продолжит расширяться в будущем. Будущее цифровых двойников будет зависеть от способности научиться грамотно использовать их преимущества, справляться с рисками и удовлетворять потребности пользователей.

Список литературы

1. (2018). Gartner 2018 Hype Cycle for IT in GCC Identifies Six Technologies That Will Reach Mainstream Adoption in Five to 10 Years. URL: https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2018-12-13-gartner-2018-hype-cycle-for-it-in-gcc-identifies-six-technologies-that-will-reach-mainstream-adoption-in-five-to-10-years.
2. Tao F. et al. Digital twin-driven product design, manufacturing and service with big data //The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Т. 94. – С. 3563-3576.
3. Зуенкова Ю.А. Опыт и перспективы применения цифровых двойников в общественном здравоохранении // Менеджер здравоохранения. 2022. №6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opyt-i-perspektivy-primeneniya-tsifrovyh-dvoynikov-v-obschestvennom-zdravoohranenii (дата обращения: 05.05.2023).
4. Терягова, А. Н. «цифровые двойники» в градостроительстве. Новые механизмы проектирования, реконструкции и эксплуатации городской среды / А. Н. Терягова, О. Б. Швечихина, А. Г. Швечихин // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Архитектура и градостроительство : сборник статей 79-ой всероссийской научно-технической конференции, Самара, 18–22 апреля 2022 года. – Самара: Самарский государственный технический университет, 2022. – С. 238-248. – EDN RTNWSK.
5. Azure Digital Twins Overview. URL: https://azure.microsoft.com/en-us/services/digital-twins.
6. Azure Digital Twins Documentation. URL: https://learn.microsoft.com/ru-ru/azure/digital-twins.
7. DTDL: Digital Twins Definition Language. URL: https://azure.github.io/opendigitaltwins-dtdl/DTDL/v2/DTDL.v2.html.