Цифровые двойники (ЦД) находят применение практически во всех сферах – от добычи нефти и строительства до медицины и профессионального спорта. «Ведомости. Инновации и технологии» рассмотрели кейсы успешного внедрения этих моделей в различных отраслях и обсудили с экспертами, где можно добиться максимального эффекта.
Модельный взгляд
ЦД стоит создавать в трех случаях, объяснил директор центра компетенций инженерного анализа и продуктовой разработки «Т1 интеграция» Александр Собачкин. Во-первых, это производство технически сложных объектов, для которых затратно проводить испытания, – двигателей, авионики, автомобилей, устройств и машин для космической индустрии. Во второй группе – индустрии с высокими требованиями к надежности и безопасности оборудования: атомная, космическая, авиастроительная, химическая, нефтегазодобывающая. Ошибки в проектировании или в работе систем на предприятиях этих отраслей могут привести к катастрофическим последствиям, поэтому стоит отыграть максимум сценариев в виртуальном варианте с помощью ЦД, пояснил Собачкин. Третий случай, когда выгодно использовать ЦД, – производство непрерывного цикла, где модель поможет предсказать, когда оборудование или система выйдет из строя, заменить его и избежать финансовых потерь из-за простоя, пояснил эксперт. По его словам, к последней группе можно отнести предприятия нефтегазовой, химической, металлургической, стекольной отраслей.
В целом преимущества цифровых моделей оценили компании из разных сфер – от медицины до тяжелой промышленности, но в России технология шире всего распространена в энергетическом и нефтегазовом секторах, отметил генеральный директор компании «Ланит-терком» Вадим Сабашный. В нефтегазе ЦД помогают моделировать полевые работы и проводить оценку рисков и затрат, пояснил он. Также специалисты используют модели, чтобы контролировать состояние оборудования, качество работ и продукции, добавил эксперт. Например, на одном из европейских нефтеперерабатывающих заводов система прогнозной аналитики предсказала сбой большого компрессора за 25 дней до того, как он мог случиться. Это сэкономило корпорации несколько миллионов долларов.
Другая компания из нефтегазового сектора с помощью ЦД сократила производственный цикл на 23%, привел пример Сабашный. «Предиктивная аналитика и рекомендательные системы, встроенные в ЦД, позволили эффективнее подбирать бригады для сейсморазведки, закладывать адекватные сроки и затраты», – рассказал топ-менеджер. Дело в том, что ЦД может отыгрывать довольно большое количество сценариев – не 1–2, а десятки тысяч, объяснил основатель и гендиректор компании «Цифровой двойник» Сергей Гумеров. «Соответственно, система может подсказать, какие изменения могут привести, допустим, к увеличению эффективности производства на 5%», – отметил эксперт.
В ходу и ЦД жизненного цикла нефтепроводов. Как рассказал Гумеров, при работе с одним из таких проектов специалисты оцифровали 20 млн элементов (все трубы и соединительные элементы), поставили под постоянное наблюдение и определили около 40 параметров, описывающих состояние или характеристики каждого элемента. «В конечном счете это позволило снизить ежегодный объем необходимых плановых мероприятий по ремонту с 60 000 до 12 000. Причем пришлось добавить около 6000 работ, которые забыли запланировать, потому что ЦД показал опасные участки по результатам дополнительных расчетов», – поделился эксперт. Количество сбоев с использованием модели уменьшилось в 1,7 раза и расходы компании сократились примерно на 6 млрд руб. в год, добавил он.
Не просто копия
ЦД используют и на транспорте. Например, в России технологию активно применяет РЖД. ЦД помогают прогнозировать загрузку железнодорожных путей, определять оптимальные маршруты, рассчитывать стоимость эксплуатации подвижного состава и путевого оборудования, повышать эффективность техобслуживания инфраструктуры, а также выработать оптимальный режим эксплуатации всей сети, пояснили в пресс-службе компании. По оценке организации, использование ЦД даст возможность сократить количество отказов техники до 15%, а время простоев поездов из-за этих отказов – на 12%. Также модели позволят снизить цену проектно-изыскательных работ на 15–40% при создании новой инфраструктуры или капремонте существующей, добавили в пресс-службе РЖД.
В компании рассказали, что начали пилотные проекты и по внедрению BIM-технологий, в том числе на двух объектах Восточного полигона. BIM (Building Information Modeling) – цифровая модель здания, применяемая при проектировании, строительстве и эксплуатации объекта. «В отличие от чертежей, которые традиционно использовались раньше, в BIM-системе мы не просто можем увидеть проект здания или сооружения и, например, определить несущую стену, но и имеем возможность работать с полной актуализированной цифровой копией», – пояснил лидер практики технологического консультирования компании ДРТ Тимофей Хорошев.
Но все же полноценным ЦД BIM становится, когда строительство завершено, система подключена к датчикам на реальном объекте и модель начинает жить параллельно со зданием, считают в девелоперской компании Asterus. Здесь создавали ЦД, например, для одного из своих бизнес-парков – это виртуальная копия объекта с высокой степенью детализации, подключенная к инженерным системам: датчики на объектах передают в модель информацию в режиме реального времени. По оценке девелопера, запуск ЦД позволяет сократить эксплуатационные расходы примерно на 20%. При этом затраты на интеграцию только BIM-решений составляют всего от 0,5 до 2% от стоимости первого объекта, а в дальнейшем компания без дополнительных затрат может использовать эту технологию в последующих проектах, добавили в Asterus.
Впрочем, масштаб может быть куда больше отдельного здания или бизнес-парка – уже появляются ЦД целых городов. Такой, например, есть у Сингапура – это динамическая трехмерная модель города с детализацией до бордюров и деревьев. ЦД получает информацию с городских датчиков и сведения от госучреждений. «Отечественный пример – Кронштадт. ЦД помогает отследить все транспортные потоки, работу коммуникаций, застройки, просчитать экологическую обстановку и даже посмотреть все сегменты энергопотребления», – отметил член генсовета «Деловой России», генеральный директор АО «Первая группа» Алексей Порошин.
В случае с ЦД многокомпонентных объектов вроде автомобилей использование ЦД тем выгоднее, чем сложнее и дороже изготовление образца, отметил руководитель аналитического центра компании Zecurion Владимир Ульянов. Но это предполагает больше требований к точности моделирования и передаче всех значимых свойств и особенностей ЦД, уточнил он. В свое время при разработке двигателя для самолета МиГ-29 было изготовлено порядка 100 опытных образцов, а сегодня ОДК ограничивается в среднем 10–12 опытными образцами за счет применения методов цифрового проектирования и инженерного анализа, проиллюстрировал этот аспект глава комитета по информационному моделированию градостроительной деятельности АРПП «Отечественный софт», исполнительный директор компании «СиСофт разработка» Михаил Бочаров.
Уже существуют ЦД и таких сложных структур, как человеческий организм. Эти модели позволяют врачам лучше понять, как работают различные системы организма и как они могут реагировать на лекарства или хирургическое вмешательство, пояснил директор по информационным технологиям компании «EdgeЦентр» Сергей Липов. Этот подход уже применяется в компании Ansys, где создают ЦД пациентов для оптимизации лечения, привел он пример. Также ученые работают над виртуальными двойниками спортсменов, чтобы использовать модели для повышения эффективности тренировок.
Исходя из идеи, что основная функция ЦД – прогнозирование, можно сказать, что такие модели применимы практически в любых отраслях и к любым процессам, полагает директор по продуктовому маркетингу компании «Аскон» Дмитрий Гинда. Так, с развитием технологии все больше компаний стали разрабатывать цифровые копии своего бизнеса, отметил директор по консалтингу PIX Robotics Николай Буланов. Из других неожиданных областей, где используются ЦД, можно назвать сельское хозяйство. «Для агропромышленного холдинга мы сделали интеллектуальную систему, которая является ЦД процесса уборки урожая с полей. Система рассчитывает техническую спелость урожая и дает рекомендации, когда какое поле нужно убирать», – рассказал руководитель по развитию дирекции разработки и внедрения программного обеспечения компании «Инфосистемы джет» Максим Мельситов. Если собрать урожай позже нужного срока, он портится – система позволяет избежать таких ситуаций.
ЦД помогают управлять не только объектами, но и людьми. «В «Ростелекоме» работали над проектом, благодаря которому крупная электроэнергетическая компания смогла вдвое уменьшить бюджет на подбор персонала, на 35% сократить расходы на спецодежду и примерно на 30% увеличить производительность труда. Одним из решений, которые помогли добиться таких результатов, стала система, которая в том числе создает точный цифровой «портрет» каждого сотрудника, фиксируя, какие задачи он выполняет и какие спецсредства ему необходимы», – рассказал вице-президент по работе с крупными корпоративными клиентами «Ростелекома» Владимир Волков. По его словам, также ЦД можно использовать для обучения сотрудников, проведения виртуальных испытаний и симуляций.
Эффект в цифрах
Если говорить о конкретных показателях результативности ЦД, то они могут повысить эффективность объекта как минимум на 15%, оценил Гумеров. Что касается финансовых показателей, в случае управления регионами и городами с помощью ЦД речь может идти об экономии до 20% годового бюджета, в строительстве и создании объектов для ТЭКа – до 10% от суммарного бюджета на объект, оценил главный научный сотрудник компании «Кодинг» (резидент «Сколково») Алексей Мележик. Но в случае экономического эффекта нужно рассматривать каждый конкретный случай, полагает Ульянов. «Например, я неоднократно встречал цифру в 30% экономии за счет использования ЦД. Но в различных проектах она может отличаться в разы и даже на порядки, и это вполне естественно», – пояснил эксперт.
Порошин привел более скромную оценку снижения расходов предприятий – 10–30%. Такой и даже больший эффект возможен в случае, когда на предприятии уже есть базовая цифровизация (допустим, платформа для сбора и хранения данных), заметил генеральный директор ГК «Цифра» Сергей Емельченков. Ведь «топливо» для ЦД – это данные, поэтому без достаточной информации предсказательная сила моделей неизбежно будет небольшой и, как следствие, не позволит достигнуть ощутимых бизнес-результатов, подчеркнул он.
ЦД позволяют существенно сэкономить ресурсы и снизить операционные расходы в будущем, хотя начальные инвестиции в технологию могут быть значительными, заметил Волков. Создание ЦД может быть очень дорогим и в отдельных случаях его использование даже дороже, чем реального эквивалента, согласен Ульянов. Тем не менее с течением времени ЦД все же принесет выгоду. «Создание двойника может не окупиться после первого его применения, но, если двойник получился удачным и используется неоднократно, эффект будет нарастать», – пояснил эксперт. Действительно, по мере применения эти модели становятся результативнее, согласен Хорошев. «Если представить ЦД как систему геопозиционирования, в первую итерацию точность отображения местоположения будет составлять сотни метров, через пять лет – десятки метров, а через 10 – дециметры», – провел аналогию эксперт. Таким образом, использование ЦД наиболее выгодно в долгосрочной перспективе, подытожил Волков.