Зрелость цифровых двойников

Цифровой двойник сегодня используется в самых разных задачах — от моделирования отдельных процессов до управления сложными промышленными объектами.

Сегодня попытаемся разобраться, как оценить зрелость цифрового двойника. Рассмотрим основные этапы, стандарты зрелости и посмотрим на продукт со стороны заказчика.

До 2025 года появлялось много разных моделей оценки зрелости цифровых двойников, но они не стали принятым стандартом. До сих пор нет единой общепринятой классификации зрелости цифровых двойников. Но различные академические модели часто описывают похожую эволюцию: от статической модели к автономной системе, принимающей решение.

Это начальный этап развития цифровых двойников — одноразовая визуализация своего физического аналога. Обычно это 2D- или 3D-модель, которая никак не участвует в автоматизации, но показывает внешний вид и структуру. Например, 3D-модели подземных выработок.

Модель на этом этапе содержит сущности с реальными свойствами их физических аналогов и процессы, в которых участвуют эти сущности. Это позволяет проводить расчёты и эксперименты. Но на этом этапе отсутствует связь модели с физическим объектом. Изменения состояния физического объекта не влияют на двойник, и двойник не влияет на свой оригинальный физический объект/процесс. Например, модель конвейера, в которой можно, не имея показаний датчиков, экспериментировать с его скоростью и производительностью и анализировать полученный результат.

На этом этапе система имеет одностороннюю связь — т. е. способна собирать данные о физическом объекте — телеметрию, отражающую текущее состояние объекта. Эти данные система может накапливать, анализировать и формировать отчёты, но не может управлять объектом моделирования. Например, датчики передают в систему значения концентрации метана, температуру, влажность, и диспетчер видит текущее состояние шахты и получает предупреждения о превышении допустимых значений.

Это полноценный цифровой двойник с двусторонней связью. То есть система способна не только получать данные телеметрии физического объекта, но и отправлять команды или рекомендации на физический объект. Например, диспетчер может удаленно управлять системой вентиляции, передавая на неё команды.

Высшая стадия. На этом этапе система использует машинное обучение или другие технологии для прогнозирования проблем или предсказания оптимальных решений и готова принимать самостоятельные решения по управлению физическим объектом без участия человека. Например, двойник прогнозирует вероятность выхода из строя вентиляционного оборудования — сообщает о проблеме и самостоятельно перестраивает режим вентиляции.

Самые современные модели зрелости описаны совсем недавно — в 2025 году и ещё не стали широко применимы в промышленной практике, но говорят о том, что зрелость не описать одним вердиктом «4 этап зрелости». Определение зрелости носит более комплексный характер. Нужно оценивать зрелость каждого аспекта цифрового двойника.

https://www.iso.org/standard/53306.html

Недавно принятый стандарт ISO/IEC 30186 предоставляет модель и руководство по оценке технологической зрелости.

Стандарт выделяет 5 минимальных аспектов, по которым необходимо оценивать цифрового двойника:

Аспект конвергенции — оценивает степень соответствия и взаимодействия между физическим объектом и его цифровым двойником

Аспект возможностей — оценивает функциональные возможности двойника

Аспект представления — оценивает, насколько ЦД помогает пользователю выполнять требуемые задачи на всех этапах

Аспект времени — оценивает возможность работы с историческими, текущими и прогнозными данными

Аспект доверия — оценивает надежность, кибербезопасность и качество данных

Для каждого аспекта в стандарте определены уровни — «оценки», по которым можно оценить зрелость, также описаны требования к проведению оценки и показан полноценный пример оценки цифрового двойника электростанции компании Korea South-East Power Co. — KOEN.

https://standards.ieee.org/ieee/3144/10837/

Тоже достаточно свежий стандарт, посвященный именно цифровым двойникам в промышленности, цель которого — задать основу для формализованной процедуры оценки промышленной системы. То есть стандарт может служить дорожной картой, позволяющей оценить текущие возможности цифрового двойника.

Стандарты оценивают технологическую зрелость цифрового двойника, а заказчик же оценивает не только зрелость технологии, но и успешность всего проекта: решена ли производственная проблема, достигнуты ли KPI и оправданы ли вложения.

Получается, в действительности организации не подчиняются новым международным стандартам и не задаются прямым вопросом: «Насколько зрелый двойник?». Промышленность внедряет цифровой двойник ради решения конкретной производственной проблемы. И чтобы система была действительно эффективна и приносила ценность — больше интересны конкретные возможности системы и степень их зрелости.

Выходит, что заказчику важна зрелость как эффективность. И владельцы постоянно следят за эффективностью проекта — при выборе поставщика/продукта, во время разработки и приёмки, и на всех этапах эксплуатации. При этом часто используют подходы оценки, разработанные внутри компании.

Важно определить цели внедрения системы цифрового двойника — с этого начинается цифровой двойник. Например, снижение простоев техники, автоматизацию принятия решений и т. п.

Отсутствие количественных показателей ухудшает прозрачность проекта. А четкие цифры отражают экономический эффект от внедрения двойника

Стоимость разработки должна регулярно сравниваться с ожидаемым эффектом.

Для заказчиков немаловажна экспертность компании-разработчика — понимание технологического процесса. При разработке цифрового двойника могут привлекаться эксперты, обладающие должными знаниями в предметной области — хорошо понимающие физический процесс, взаимосвязь оборудования и параметров.

Продукт должен решать поставленные цели для достижения KPI.

Спроектированные модели объектов/процессов/систем должны соответствовать своему физическому аналогу. Важна валидация построенных моделей, прозрачность формул расчётов, корректность прогнозов и рекомендаций и насколько они пригодны в реальной эксплуатации и позволяют ли они достичь поставленных целей.

Продукт должен быть удобен для конечного пользователя. Процессы, неверно отражающие работу с физическим промышленным объектом, или дающие неправдоподобные рекомендации растрачивают доверие к продукту. Немаловажно обучение и поддержка персонала, т. к. понимание, как работает система, даёт пользователю уверенность в своих действиях и повышает доверие продукту.

Для промышленного заказчика важно, чтобы цифровой двойник не существовал отдельно — и возможности интеграций с другими системами играют большую роль в успехе проекта. А также готов ли разработчик к дальнейшему развитию системы под новые цели.

Компании-заказчики при принятии решений оценивают не только зрелость самого цифрового двойника — как функции. Оценивают и техническую зрелость платформы — архитектуру, масштабируемость, безопасность, применяемые технологии и жизнеспособность этих технологий в современных реалиях.

Даже технически «незрелый» (по академическим моделям) двойник может приносить большую бизнес-ценность, а очень сложный и технически «зрелый» может практически не повлиять на эффективность предприятия.

Получается, цели промышленности цифровой двойник способен решать, находясь на любых этапах технической лестницы. Поэтому реальные заказчики оценивают приобретаемый двойник и эффективность проекта внедрения по своей внутренней шкале ценностей. А классические этапы зрелости цифрового двойника, отражающие инженерную и техническую сторону, больше интересны архитекторам, интеграторам, аудиторам или исследователям.