3 марта 2021 года аналитический центр TAdviser провел онлайн-конференцию Digital Twins Day 2021, посвященную вопросам использования цифровых двойников в различных сферах экономики. Развеять мифы относительно завышенных ожиданий общественности от цифровых двойников, продемонстрировать реальное состояние дел в этой сфере и оценить реальные перспективы – такую задачу поставили перед собой организаторы Digital Twins Day.

В мероприятии приняли участие более 100 представителей бизнеса и госструктур, в числе которых Минэнерго России, Счетная палата РФ, ДИТ Москвы, Московская биржа, Мосгортранс, РФЯЦ-ВНИИЭФ, «Лукойл», «Сургутнефтегаз», «Газпром нефть», НЛМК, ММК, ОМК, «Русал», Сбербанк, «М.Видео-Эльдорадо», МТС, «Аэрофлот», «ЕВРАЗ Групп», «Уралхим», «СИБУР», РЖД.

Вел конференцию Никита Уткин, руководитель программ РВК, председатель технического комитета 194 «Кибер-физические системы».

Практика использования цифровых двойников

Начальник департамента информатизации РЖД Кирилл Семион в начале выступления рассказал об основных объектах, находящихся в управлении компании:

• собственная транспортная инфраструктура: железнодорожные станции, пути и др.;
• локомотивы: закупаются в собственность по контрактам жизненного цикла;
• вагонный парк: вагонами владеют операторы, роль РЖД – проверка состояния, безопасность;
• люди: больше 700 тыс. работников (на март 2021 года).

Кирилл Семион, начальник департамента информатизации РЖД

Соответственно, цифровой двойник РЖД — это совокупность цифровых двойников перечисленных элементов производственной деятельности компании, отметил Кирилл Симеон. В идеале цифровой двойник должен быть обучаемой или даже самообучаемой системой, констатировал он. Причем она должна учитывать, в числе прочего, и внешние условия, в которых живет тот или иной реальный объект.

С точки зрения технологии основная проблема работы цифровых двойников – входные данные. Можно построить любую математическую модель с любой аналитикой, но если нет корректных, достоверных входных данных – это автоматизация хаоса, отметил Кирилл Симеон. Чтобы избежать этого, важно использовать такие технологии как большие данные, интернет вещей, искусственный интеллект, дополненная реальность.

Спикер остановился на практических аспектах цифровизации разных объектов управления РЖД. Например, цифровой двойник локомотива как объекта, играющего ключевую роль в перевозках, интересен в первую очередь для предвидения поломок, их своевременного предупреждения. В решении этой задачи РЖД помогает технология доверенного взаимодействия с технологическими партнерами по принципам распределенного реестра.

При организации грузоперевозок компания уже перешла от кусочной цифровизации к сквозной, объединив все производственные элементы в единый процесс. Это стало возможно благодаря технологии цифровых двойников, а также использованию больших данных, искусственного интеллекта, интернета вещей. А дополненная реальность активно используется в компании для обучения сотрудников, занимающихся ремонтом и эксплуатацией подвижного состава. В практическом отношении цифровой двойник как копия физического объекта или процесса становится источником снижения операционных затрат, принятия более оптимальных решений, заключил спикер.

Уже на март 2021 года благодаря цифровым двойникам нам удалось избежать дополнительных затрат на этапе проектирования, — рассказал Кирилл Симеон. — Ведь гораздо проще исправлять цифровую историю, чем, например, переносить уже построенные мосты. Аналогично при реконструкции вокзалов: прежде чем заниматься реконструкцией, осуществляется моделирование пассажиропотоков по площади нового вокзала, чтобы в будущем не было очередей и других проблем. И стандарты в этом плане очень помогают нам с точки зрения взаимодействия с исполнителями, в плане построения самой архитектуры.

Михаил Петров, директор департамента цифровой трансформации Счетной палаты РФ рассказал о подходах к созданию цифровых двойников социально-экономических объектов. Спикер обозначил две главные предпосылки запуска цифровизации в ведомстве: большой объем рутинных ручных операций и потери в качестве управленческих решений, назвал две основные цели создания и использования цифровых двойников:

• повышение доли стратегического и финансового аудита нового уровня качества;
• содействие повышению качества госуправления.

Михаил Петров, директор департамента цифровой трансформации Счетной палаты РФ

Эти цели достигаются за счет решения таких задач, как: внедрение предиктивной аналитики; снижение объемов ручного труда; анализ и обработка больших массивов данных из разных источников; применение автоматизированных средств риск-ориентированного поиска. К задачам относится и консолидация данных по объектам в электронном виде.

Михаил Петров рассказал о модуле «Паспорт объекта», создаваемом в рамках цифровой платформы ведомства. Он, по словам спикера, и есть цифровой двойник социально-экономического объекта. В задачи паспорта объекта, по словам спикера, входит:

• представление данных об объекте на основании данных из информационных систем Счетной палаты РФ и внешних источников;
• анализ похожих документов по выявленным нарушениям;
• высокопроизводительная обработка больших массивов данных;
• проведение анализа объектов контроля (гибкий поиск, анализ связей объектов, оценка рисков).

Мы работаем с огромным массивом объектов, — рассказал Михаил Петров. — Нам нужно понять, какие объекты наиболее интересны. Делается это путем изучения различного рода признаков: например, как отражается их поведение в прессе. Объединение разнородной информации об объекте мы и рассматриваем как построение цифровой модели его паспорта. По сути, мы накладываем на модель объекта риски, документы, данные об объекте из внешних информационных систем, а затем с помощью различных инструментов и с привлечением экспертов строим модель поведения объекта.

Даниил Наумов, руководитель цифровой лаборатории «Уралхим», в ходе интервью напомнил, что «Уралхим» — объединенная химическая компания, в составе которой на март 2021 года четыре завода. Основной ее продукт — минеральные удобрения, которые поставляются на внутренний российский рынок и в страны Латинской Америки, Европы, Северной Африки. Производство крупнотоннажное – более 6 млн. тон продукции в год.

Даниил Наумов, руководитель цифровой лаборатории «Уралхим»

Спикер отметил, что еще в 2018 году руководство оценило возможность повышения эффективности производства не традиционным способом, то есть посредством закупки дорогостоящего оборудования, а при помощи внедрения современных методов на основе современных технологий.

На март 2021 года на предприятии уже работает цифровой двойник конкретного агрегата на производстве, а именно БСГ (барабан для сушки и гранулирования). В результате эффективность работы агрегата повысилась на несколько процентов. Еще один кейс заключался в переходе к динамической модели организации управления производства. Был создан цифровой двойник, при помощи которого стало возможно оценивать работу каждой смены с учетом внешних факторов, в том числе – времени года. Когда тепло, смена может легко выполнять план на 102%, пояснил спикер, а когда холодно – делать все возможное и все равно недовыполнять.

В числе основных задач при создании цифровых двойников – обеспечение качества данных, констатировал Даниил Наумов. Самое сложное в случае с компанией «Уралхим»: разрозненность ИТ-систем, проблемы в накоплении данных за длительный период, невозможность использовать ряд распространенных облачных решений. В заключение спикер отметил, что внедрение любого цифрового двойника – это история не про математику, а про людей, сотрудников компании, до которых нужно правильно доносить полезность новых технологий.

Нами реализуется проект использования цифрового двойника на калийном месторождении в городе Березняки с целью оптимизации грузопотоков внутри шахтной сети, — рассказал Даниил Наумов. — Комбайн перегружает руду на самоходный вагон, потом на конвейер и дальше по цепочке. Если неправильно управлять грузопотоком, бункер может переполниться, руда не будет поднята, возможны поломки. На март 2021 года идет пилотная стадия проекта.

Об использовании беспилотников для мониторинга строительства объектов рассказал в своем докладе Павел Федяев, управляющий партнер и основатель проектно-строительной компании Roseco. Спикер отметил, что видит такое использование беспилотников как элемент цифровой трансформации бизнеса, и поделился опытом выбора системы для мониторинга строительных площадок.

Павел Федяев, управляющий партнер и основатель проектно-строительной компании Roseco

В компании сначала рассматривали собственную разработку, но отказались от этой идеи в силу ее высокой трудозатратности и перешли к анализу решений на рынке. Решение Geoscan не подошло по причине отсутствия возможностей сравнения разных дат съемок, отметил Павел Федяев, в итоге выбирали между решениями Skyeer и TraceAir. Спикер рассказал о нескольких кейсах в различных сферах, перечислил плюсы системы мониторинга при помощи беспилотников:

• эффективный контроль за выполнением строительных работ в разрезе соблюдения сроков, объемов материалов;
• повышение производственной дисциплины;
• система может использоваться как часть системы глобального контроля и мониторинга строительного объекта.

В заключение Павел Федяев констатировал, что у многих заказчиков уже прописаны требования по контролю за строительной площадкой при помощи дронов.

Маржинальность строительного бизнеса невысока, она находится на уровне 3-8%, и если все риски срабатывают, можно уйти в минус, - напомнил Павел Федяев. - За счет использования беспилотников можно сэкономить на сроках принятия решений, а кроме того, мы всегда имеем актуальные данные по обстановке на строительной площадке.

В формате интервью принял участие в работе онлайн-мероприятия Василий Ежов, владелец продукта IIoT компании «Сибур Диджитал», объединяющей в холдинге функции подразделения цифровых технологий и классического ИТ-департамента. Спикер напомнил, что «Сибур Холдинг» – одна из российских нефтехимических компаний, производящая из нефти и газа в режиме непрерывного цикла полимеры, пластики, синтетические каучуки глубоких переделов.

Василий Ежов, владелец продукта IIoT «Сибур Диджитал»

Цифровизация холдинга началась с создания корпоративного озера данных, рассказал Василий Ежов. Ранее каждая информационная система (ИС) существовала в своем изолированном сегменте сети, поэтому стояла задача аккумулировать данные из всех систем с целью их предиктивного анализа, построения цифровых двойников. Теперь в компании осуществляется переход к строительству всех цифровых моделей на основе озера данных. Его разработка и создание ведется собственными силами, поскольку для холдинга это критически важная система.

В целом «Сибур» вышел на широкий масштаб использования интернет-технологий, сообщил Василий Ежов. На предприятии уже внедрено несколько тысяч датчиков. В частности, есть пример их использования на экструдерах – используемых для производства длинномерных полимерных изделий специальных устройствах, которые раньше забивались и вставали более десяти раз в год, а теперь работают без остановок.

Основная сложность в том, что данных АСУ ТП не хватает для построения классической модели объекта или процесса, — признал Василий Ежов. — Допустим, есть данные с 500 датчиков, но при этом не хватает одного-двух показателей. Тянуть туда провода – это долгие строительно-монтажные работы, к тому же на местах может не оказаться портов для подключения новых датчиков. Поэтому мы начали использовать беспроводные технологии интернета вещей, с помощью которых и обеспечиваем быструю доставку недостающих показателей в цифровые модели.

Антон Пахомов, начальник отдела бизнес-аналитики управления разработки и автоматизации МосТрансПроекта, рассказал о созданной по технологии цифровых двойников системе, которая используется в надзорной деятельности в части организации дорожного движения — контроля за состоянием дорожных знаков, разметки.

Антон Пахомов, начальник отдела бизнес-аналитики управления разработки и автоматизации МосТрансПроекта

Актуальной остается проблема совместимости данных, констатировал спикер. Для ее решения на этапе создания цифрового двойника был разработан унифицированный формат описания данных, на основании которого проводится их преобразование, после чего только они используются. Такой подход закладывает основу того, чтобы данные могут использоваться не только для решения одной конкретной задачи, но и для других.

Чтобы это обеспечить, во-первых, была налажена работа по предоставлению и обмену данных между подразделениями транспортного комплекса, а во-вторых, ведется большая работа по получению и унификации внешних данных. Цель – создание унифицированной модели транспортных данных на основе единой модель.

Наш институт – научная организация, специализирующаяся на создании комфортной среды на транспорте и пространстве около транспорта, - рассказал Антон Пахомов. - Например, мы участвовали в реконструкции Северного речного вокзала, в проектировании набережной и пространства около вокзала. Продолжая работу по совершенствованию цифровых двойников для решения задачи передвижения автомобильного транспорта, мы создали высокоточную карту местности. Это одно из наших актуальных применений технологии цифрового двойника, есть реализованные проекты.

Качество данных, стандарты, подходы и решения

Сергей Горшков, руководитель компании «ТриниДата», остановился на проблематике обеспечения качества данных при создании цифрового двойника, выделил онтологический подход к моделированию как приоритетный, рассказал о решении своей компании «АрхиГраф» и кейсах его внедрения.

Сергей Горшков, руководитель компании «ТриниДата»

Цифровой двойник — компьютерная модель внутренних процессов объекта и его взаимодействия с окружающей средой, отметил спикер. Он перечислил особенности, которые надо учитывать при создании единой модели:

• функциональная структура, конструкция, эксплуатационные и экономические параметры;
• возможность расширять модель по ходу эксплуатации системы;
• большой объем поступающих данных о текущем состоянии объекта;
• необходимость хранить историю состояния объекта для анализа.

Сергей Горшков подробнее остановился на онтологической технологии моделирования, позволяющей, по его оценке, учесть все перечисленные особенности при создании цифровой модели объекта. Онтологию спикер определил как способ составить машиночитаемое представление тех моделей, которые имеются в головах у инженеров, бизнес-пользователей и других специалистов, работающих с объектом.

В заключительной части доклада Сергей Горшков рассказал о платформе виртуализации данных «АрхиГраф», разработке компании «Тринидата», и привел пример ее практического использования.

Онтологическая модель помогает справиться со структурой данных любой сложности, менять эту структуру по ходу работы с данными, - пояснил Сергей Горшков. – Онтология, во-первых, позволяет работать с тысячами типов сущностей и разных связей между ними, делая это удобно, интуитивно, гибко, в том числе меняя структуру по ходу работы системы. Во-вторых, эта технология существенно сокращает разрыв между структурой концептуальных представлений бизнес-пользователей и тем, как данные хранятся физически, как к ним осуществляется доступ. И, в-третьих, онтологический подход позволяет вместе с моделью данных частично хранить алгоритмы их обработки.

Никита Уткин, руководитель программ РВК, председатель Технического комитета 194 «Кибер-физические системы», в своем докладе осветил важные вопросы нормативно-технического регулирования цифрового мира. Он констатировал, что цифровые двойники – это уже настоящее, а не отдаленное будущее. Чтобы облегчить взаимодействие разнородных структур, требуются типовые архитектуры, отметил он. «Клейстером» такого взаимодействия выступают нормативно-технические стандарты, которые, в отличие от нормативно-правовых, сдерживающих и ограничивающих инициативы, направлены на стимулирование развития технологий и бизнеса.

Никита Уткин, руководитель программ РВК

Никита Уткин рассказал участникам мероприятия, что в нескольких предметных областях уже утверждено больше 40 базовых стандартов, связанных с цифровыми технологиями, и более 50 находится в разработке. В числе уже утвержденных и используемых нормативных документов:

• первая и вторая серии стандартов в области интернета вещей, при этом уже стартовало публичное обсуждение стандартов безопасного IoT, предложенных ТК 194 и «Лабораторией Касперского»;
• стандарты для умного производства;
• стандарты цифровых двойников изделия и производства, в том числе типовая архитектура структуры цифровых двойников производства.

Особый акцент делается на развитии технологий на стыке цифрового и физического миров, то есть киберфизических технологий, - отметил Никита Уткин. - Основные вопросы, которые возникают при этом, – их совместимость, интегрируемость, протоколы обмена данными и многие другие. Решение этих вопросов приводит к созданию совершенно нового, цифрового мира, в котором важную стимулирующую роль играют нормативно-технические стандарты.

Андрей Колесников, директор Российской ассоциации интернета вещей, продолжил тему важности стандартов. Он остановился в своем выступлении на совместимости (интероперабельности) цифровых двойников, которая, по его убеждению, возможна только после стандартизации технологий. В ходе выступления спикер остановился на стандарте ISO 23247 «Digital twin framework for manufacturing», истории его развития и дал два определения цифрового двойника для промышленного производства – общее и конкретно для производства:

• общее: цифровой двойник – это цифровая реплика ресурсного обеспечения, такого как персонал, оборудование, материалы, процессы, окружение и все остальное, что используется в производстве;
• конкретное: это цифровая модель конкретного физического элемента или процесса со сбором данных, которая усиливает конвергенцию между цифровым и физическим состоянием при правильной частоте синхронизации.

Андрей Колесников, директор Российской ассоциации интернета вещей

В завершение Андрей Колесников отметил, что:

• говорить об интероперабельности цифровых двойников преждевременно;
• на рынке очевиден тренд на совместные усилия по стандартизации информационных моделей;
• затраты на API-взаимодействие между системами составляют до 20% от бюджета;
• стандарты в промышленности в перспективе должны пройти путь от проприетарных до открытых стандартов.

Никакой интероперабельности цифровых двойников в настоящее время не наблюдается, — констатировал Андрей Колесников. — В основном приложения, связанные с ЦД, не совместимы, потому что они проприетарные и связаны с решением конкретных задач. Интероперабельные приложения только появляются. В будущем мир индустриального интернета перейдет от проприетарных стандартов к открытым, которые позволят снижать производственные издержки.

• 1-я конференция Digital Twins Day