Системы управления цифровыми двойниками (СУЦД)

Системы управления цифровыми двойниками (СУЦД, англ. Digital Twins Management Systems, DTMS) — это комплекс программных и технологических решений, предназначенных для создания, управления и анализа виртуальных моделей (цифровых двойников) физических объектов или систем. Они позволяют собирать, обрабатывать и анализировать данные о состоянии и поведении объектов в реальном времени, что помогает оптимизировать их работу, прогнозировать возможные неисправности и улучшать процессы принятия решений.

Управление цифровыми двойниками как деятельность представляет собой комплекс мероприятий, связанных с созданием, настройкой, эксплуатацией и анализом виртуальных моделей (цифровых двойников) физических объектов или систем. Эта деятельность включает в себя сбор и обработку данных о состоянии и поведении объектов в реальном времени, моделирование их работы, выявление потенциальных проблем и аномалий, а также оптимизацию процессов и принятие обоснованных управленческих решений на основе анализа полученной информации.

Ключевые аспекты данного процесса:

• создание виртуальных моделей объектов или систем, отражающих их ключевые характеристики и поведение,
• настройка механизмов сбора данных с физических объектов и их интеграция с виртуальными моделями,
• разработка алгоритмов анализа и обработки данных, полученных от объектов,
• мониторинг состояния объектов и выявление отклонений от нормативных параметров,
• прогнозирование возможных неисправностей и сбоев,
• оптимизация работы объектов и процессов на основе анализа данных цифровых двойников,
• визуализация данных и представление результатов анализа в удобной для восприятия форме.

Таким образом, управление цифровыми двойниками позволяет повысить эффективность эксплуатации объектов, снизить риски возникновения неисправностей и сократить затраты на их обслуживание. Важную роль в этом процессе играют программные решения, которые обеспечивают необходимую функциональность для создания, управления и анализа цифровых двойников, а также интеграции их с существующими информационными системами предприятия.

Системы управления цифровыми двойниками предназначены для создания, управления и анализа виртуальных моделей (цифровых двойников) физических объектов или систем. Они обеспечивают интеграцию данных из различных источников, их обработку и визуализацию в форме, удобной для анализа и интерпретации, что позволяет получить комплексное представление о состоянии и поведении объекта в реальном времени.

Функциональное предназначение СУЦД заключается в оптимизации работы объектов, прогнозировании их технического состояния и предотвращении возможных неисправностей. С их помощью можно выявлять скрытые закономерности и тренды, проводить сценарное моделирование и оценку влияния различных факторов на работу объекта, что существенно повышает качество и скорость принятия управленческих решений, а также эффективность эксплуатации и обслуживания физических активов.

Системы управления цифровыми двойниками в основном используют следующие группы пользователей:

• производственные предприятия для мониторинга и оптимизации работы оборудования, прогнозирования его износа и предотвращения аварий;
• компании в сфере энергетики для управления инфраструктурными объектами, контроля за их состоянием и повышения эффективности энергосистемы;
• организации транспортной отрасли для моделирования и оптимизации логистических процессов, управления флотом и прогнозирования технического обслуживания транспортных средств;
• строительные и архитектурные компании для моделирования зданий и сооружений, анализа их эксплуатационных характеристик и оптимизации строительных процессов;
• предприятия сельского хозяйства для мониторинга состояния посевов, прогнозирования урожайности и оптимизации использования ресурсов;
• компании, работающие в сфере здравоохранения, для моделирования медицинских устройств и оборудования, оптимизации работы медицинских учреждений и улучшения качества обслуживания пациентов.

Администрирование

Возможность администрирования позволяет осуществлять настройку и управление функциональностью системы, а также управление учётными записями и правами доступа к системе.

Импорт/экспорт данных

Возможность импорта и/или экспорта данных в продукте позволяет загрузить данные из наиболее популярных файловых форматов или выгрузить рабочие данные в файл для дальнейшего использования в другом ПО.

Многопользовательский доступ

Возможность многопользовательской доступа в программную систему обеспечивает одновременную работу нескольких пользователей на одной базе данных под собственными учётными записями. Пользователи в этом случае могут иметь отличающиеся права доступа к данным и функциям программного обеспечения.

Наличие API

Часто при использовании современного делового программного обеспечения возникает потребность автоматической передачи данных из одного ПО в другое. Например, может быть полезно автоматически передавать данные из Системы управления взаимоотношениями с клиентами (CRM) в Систему бухгалтерского учёта (БУ). Для обеспечения такого и подобных сопряжений программные системы оснащаются специальными Прикладными программными интерфейсами (англ. API, Application Programming Interface). С помощью таких API любые компетентные программисты смогут связать два программных продукта между собой для автоматического обмена информацией.

Отчётность и аналитика

Наличие у продукта функций подготовки отчётности и/или аналитики позволяют получать систематизированные и визуализированные данные из системы для последующего анализа и принятия решений на основе данных.

При выборе программного продукта класса Системы управления цифровыми двойниками (СУЦД) необходимо учитывать ряд ключевых факторов, которые определят пригодность системы для решения конкретных бизнес-задач. Прежде всего, следует оценить масштаб деятельности компании: для крупных предприятий с разветвлённой инфраструктурой потребуются СУЦД с возможностями масштабирования и интеграции с существующими корпоративными информационными системами, в то время как для небольших компаний могут подойти более простые решения с ограниченным функционалом. Также важно учитывать отраслевые требования и стандарты — например, в производстве необходимо соответствие системам управления производственными процессами (MES, ERP), в энергетике — соблюдение норм безопасности и надёжности, в здравоохранении — требований к конфиденциальности данных и соответствию медицинским стандартам. Не менее значимы технические ограничения, включая совместимость с текущей ИТ-инфраструктурой, требования к производительности и надёжности, а также возможности обработки больших объёмов данных в реальном времени.

Ключевые аспекты при принятии решения:

• совместимость с существующими информационными системами и базами данных (например, интеграция с ERP, CRM, MES-системами);
• наличие модулей для сбора и обработки данных с различных типов датчиков и устройств (IoT, PLC и т. д.);
• возможности визуализации данных и построения интерактивных дашбордов для мониторинга состояния объектов;
• поддержка алгоритмов машинного обучения и аналитики для прогнозирования неисправностей и оптимизации работы объектов;
• наличие механизмов обеспечения безопасности данных и соответствия отраслевым стандартам (например, шифрование, аутентификация, аудит доступа);
• возможности масштабирования системы в соответствии с ростом бизнеса и увеличением объёма данных;
• наличие инструментов для разработки и настройки пользовательских сценариев и алгоритмов работы с цифровыми двойниками;
• поддержка работы в распределённой среде и возможность удалённого доступа к системе.

Кроме того, стоит обратить внимание на качество технической поддержки и наличие обучающих материалов, поскольку внедрение и использование СУЦД требует определённых компетенций от персонала. Также важно оценить гибкость системы в плане настройки под специфические бизнес-процессы и возможность доработки функционала в будущем, что особенно актуально для компаний, планирующих долгосрочное использование системы и развитие своих технологических возможностей.

Системы управления цифровыми двойниками (СУЦД) предоставляют значительные возможности для оптимизации и повышения эффективности работы различных объектов и систем. Их применение позволяет достичь ряда преимуществ, которые оказывают положительное влияние на бизнес-процессы и операционную деятельность.

• Оптимизация работы объектов. СУЦД позволяют в реальном времени анализировать данные о состоянии и поведении физических объектов, что способствует выявлению и устранению неэффективных процессов, снижению простоев и повышению общей производительности.

• Прогнозирование неисправностей. С помощью виртуальных моделей можно предсказывать возможные сбои и неисправности, что даёт возможность заблаговременно проводить профилактическое обслуживание и минимизировать риски аварийных ситуаций.

• Улучшение процессов принятия решений. Данные, полученные с помощью СУЦД, обеспечивают более глубокое понимание работы объектов и систем, что позволяет принимать более обоснованные и точные управленческие решения.

• Снижение затрат на обслуживание. Благодаря возможности прогнозирования и предотвращения неисправностей, а также оптимизации работы объектов, СУЦД помогают сократить расходы на техническое обслуживание и ремонт.

• Углублённый анализ поведения систем. Виртуальные модели позволяют проводить детальный анализ взаимодействия компонентов системы, выявлять скрытые закономерности и зависимости, которые сложно обнаружить при традиционном подходе.

• Повышение гибкости и адаптивности. СУЦД дают возможность быстро адаптироваться к изменениям внешних и внутренних условий, моделировать различные сценарии развития событий и выбирать оптимальные стратегии реагирования.

• Улучшение качества продукции и услуг. За счёт оптимизации процессов и повышения точности управления объектами СУЦД способствуют улучшению качества выпускаемой продукции и предоставляемых услуг, что в свою очередь повышает удовлетворённость клиентов и лояльность к бренду.

Для того, чтобы быть представленными на рынке Системы управления цифровыми двойниками, системы должны иметь следующие функциональные возможности:

• создание детализированных виртуальных моделей (цифровых двойников) физических объектов или систем с учётом их конструктивных и эксплуатационных характеристик,
• сбор и обработка данных с датчиков и других источников в режиме реального времени для актуализации состояния цифровых двойников,
• моделирование и симуляция поведения объектов в различных условиях с целью прогнозирования их работы и выявления потенциальных неисправностей,
• анализ взаимосвязей между различными параметрами объекта и их влияния на его работу,
• предоставление инструментов для корректировки параметров и сценариев работы объектов на основе анализа данных цифровых двойников.

В 2025 году на рынке систем управления цифровыми двойниками (СУЦД) можно ожидать усиления тенденций к интеграции с передовыми технологиями искусственного интеллекта, развития мультидисциплинарных моделей, повышения уровня безопасности данных, расширения применения СУЦД в новых отраслях, усовершенствования интерфейсов взаимодействия с пользователем, а также роста значимости облачных решений и масштабируемости систем.

• Интеграция с технологиями ИИ. СУЦД будут активнее использовать алгоритмы машинного обучения и нейронные сети для более точного прогнозирования поведения объектов и автоматизации процессов принятия решений, что позволит повысить эффективность управления и снизить риски.

• Развитие мультидисциплинарных моделей. Системы начнут объединять данные из различных областей (механики, термодинамики, электротехники и др.), что обеспечит более комплексное моделирование сложных технических систем и улучшит точность предсказаний.

• Усиление мер безопасности данных. В условиях растущего объёма чувствительных данных, обрабатываемых СУЦД, будут внедряться более совершенные криптографические методы и системы защиты, включая блокчейн-технологии для обеспечения целостности и конфиденциальности информации.

• Расширение применения в новых отраслях. СУЦД выйдут за рамки традиционных сфер применения (производство, энергетика) и найдут широкое использование в сельском хозяйстве, медицине, строительстве и других отраслях, где требуется мониторинг и оптимизация сложных процессов.

• Усовершенствование пользовательских интерфейсов. Разработка более интуитивно понятных и функциональных интерфейсов, включая использование VR/AR-технологий, облегчит взаимодействие пользователей с СУЦД и повысит доступность систем для менее квалифицированных пользователей.

• Рост значимости облачных решений. Облачные платформы станут основой для развёртывания СУЦД, что обеспечит гибкость, масштабируемость и доступность систем для организаций любого размера, снизив при этом затраты на инфраструктуру.

• Развитие стандартов и протоколов взаимодействия. Появление унифицированных стандартов для обмена данными между различными СУЦД и другими ИТ-системами упростит интеграцию и повысит совместимость решений, что будет способствовать более широкому распространению технологий цифровых двойников.

Германия

Siemens Tecnomatix