Сегодня распространённым (модным) явлением стало называть «старое» моделирование новым термином «Производство цифровых двойников» (Digital Twin), тем самым создавая туман-интригу, при котором соблазн монетизации пафосного бренда и хайп вокруг Цифрового двойника побеждают здравый смысл. За редким исключением все, что сейчас называют Цифровой трансформацией и Цифровым двойником – по сути ими не являются, отсюда и желание разобраться в термине «цифровой двойник». Первый шаг на пути «от путаницы к ясности» - это определиться с терминологий. Так необходимым условием идентификации Digital Twin предлагается считать наличие трех раздельных компонентов (два близнеца и связь между ними) и адекватность модели (точность, т.е. «as-really-is», и требуемая детализация).

По тексту приведены в основном цитаты из [DTatom20] / [DTatom19min] и [Dozortsev22] / [Dozortsev23]. Однако эти и подобные исследования (вкл. [Pavlov23]) носят описательный (обзорный) характер, а хороших (внятных) классификаций, концепций и framework для DT не встречал. Вообще, по DT информации – тьма, но после прочтения хотя бы указанных книжек и ссылок становится вопросов только больше.

Пока что красивая метафора «Цифровой двойник» \ Digital Twin (ЦД \ DT) имеет скупую концептуальную проработку: требуется даже не уточнение концепции, а скорее ее формирование, т.к. это пока только аморфная и противоречивая парадигма, точнее множество парадигм DT/ Pseudo DT, в которых называют одним именем (DT) разные вещи (размытие концепции). По большому счету сегодня имеем только концепт Майкла Гривса и массу «маркетинговых оберток», которые не соответствуют даже его концепту 2002 года. Попытки концептуализации, классификации, разработки таксономий хоть и проводятся, например, [Archetypes], но пока они не очень результативны.

По тексту приведены адрес-страничные ссылки на pdf-документы (файлы) с окончанием url «#page=х», где х равен номеру страницы в pdf-файле (не в книге). Номера страниц книги и их pdf-файла иногда немного не совпадают, как правило, на единицу из-за дополнительного листа обложки.

Пара критических цитат о DT:

[DTatom20#page=15]: термин «цифровой двойник» (ЦД, Digital Twin, DT) стал крайне популярным в последнее время. Увы, разные авторы подразумевают под этим термином разные вещи, и человека, который хочет уточнить для себя понятие ЦД, разнообразие формулировок подчас приводит ко все более размытому представлению.

[DTatom20#page=165]: Рекламирование старых технологий под новой «вывеской» дискредитирует технологию ЦД. Чтобы соответствовать новым веяниям на рынке цифровых технологий, некоторые компании стремятся придать своим продуктам новые маркетинговые названия, используя словосочетание «цифровой двойник» в том числе там, где это не совсем корректно.

По словам Хорста Гроссера, управляющего директора Communications, Media And Technology, Industry X.0, «некоторые непреднамеренно создают Цифровых Самозванцев (Digital Impostors) – фрагментированных или неполных цифровых двойников

В Приложении 2. «Ажиотаж (хайп) Digital Twin» более подробно показана эта проблема. Большое число критических суждений, включая крайне низкий уровень концептуализации DT и очень высокий «градус маркетинга» и выдача за DT прежних продуктов, говорит, что DT еще далеко незрелая концепция, но активно завоевывающая рынок (и умы).

1 Базовый Трехкомпонентный состав DT

Начнем … со здравого смысла, который подразумевает, что любые близнецы \ двойники – это «по определению» парная сущность: нельзя, например, сказать «пара чисел из одного числа»:

- Если нет реального объекта "первака", то нет и "двойника"

- существование двойников подразумевает наличие двух сущностей (8 мифов DT).

«Two be or not to be. Вот в чем вопрос». Если в системе отсутствует реальный объект, то это не может быть двойником \ близнецом. Близнецом чего, если второй объект двойственности отсутствует? Классическое Имитационное моделирование (simulation) без взаимодействия с физическим близнецом не укладывается в определение DT, т.к. реализована лишь имитация \ симуляция, а не виртуальный \ имитационный двойник реально существующего физического объекта (вещи или процесса). Имитационное моделирование может включаться только как дополнение (например, в составе подсистемы прогнозирования) в составе DT и только при наличии физического двойника \ близнеца.

[Pavlov23#page=3] … реализованная имитационная модель чаще всего не является полноценным цифровым двойником из-за отсутствия других необходимых компонентов.

[DTatom20#page=18]: Большинство авторов сходится во мнении [5], что первоначально концепция ЦД была озвучена Майклом Гривсом на PLM (Product Lifecycle Management) курсе в Мичиганском университете в начале 2002 г. и позднее, в 2003 г., была представлена на конференции по PLM.

Типовые определения Digital Twin (DT) приведены в Приложении 1 «Типовые определения Digital Twin (DT, ЦД)». Согласно ним, Digital Twin - как концепция, т.е. DT в «широком смысле» (Digital Twin Technology / Digital Twin System, DTS) включает три основные сущности – компоненты (Трехкомпонентный состав DT, три кита DT):

- Физический продукт (физический объект, ФО) в реальном пространстве (табуретка или процесс), физический двойник (Physical Twin);

- Виртуальный продукт в виртуальном пространстве (модель объекта, МО), собственно сам - цифровой двойник (DT в «узком смысле»), модель ФО (Digital Model, DM);

- Связь обоих продуктов, т.е. данные и информация, которые объединяют виртуальный и физический продукт. Передачу от физического двойника в модель (обратная связь) иногда называют «цифровой тенью» Digital Shadow.

Обычно указывают, что обязательно связь должна быть двухсторонняя, но иногда формализуют только обратную (данные из реальности в модель). Двухсторонняя связь – явно указана в [57700.37] и является «красной нитью» в [Pavlov23#page=3]:

Таким образом, ключевым отличием цифрового двойника от систем мониторинга, сбора и обработки данных заключается в наличии двусторонней обратной связи между виртуальным компонентом системы и реальным объектом.

Однако это видимо все же не обязательное условие, т.к. возможны исключения (односторонняя связь).

Обычно требование к обратной связи on-line, однако бывают DT, которые наоборот внедряются, чтобы минимизировать связь физического близнеца, например, Device Twins для LPWAN IoT.

Часто характеристика информационной связи (информационного взаимодействия близнецов) во многом определяет «неподдельность» DT (качество реализации DT). Например, на Рис. 2. Дерево решений ЦД [Dozortsev23#page=5] предлагается условие: Если поток данных к оригиналу неавтоматизированный, то это не двойник, а цифровая тень (спорное утверждение).

Комплект чертежей, по которому изготовили изделие, например, по которым плотник сколотил табуретку, не может считаться Цифровым двойником, т.к. связь табуретки с чертежами  «неавтоматизированная».

Природа (и требования) связности физического и цифрового двойника – тема отдельного исследования. Пример связности Digital Twin приведен на рис. 4 «Интеллектуальное взаимодействие Интеллектуальных близнецов huawei» (см. ниже) на примере технологической эталонной архитектуры Intelligent Twins [IDhuawei].

 «Три в одном»: модель, натурное изделие, их взаимодействие: передача информации от «физика» (physical object) в модель и связь (обратная или двухсторонняя связь). Консорциум OGC подчеркивает свойство «раздельности» и наличие двухсторонней связи термином «Автономный цифровой двойник» (п. 4 Классификация DT, Городские цифровые близнецы).

Кроме наличия трехкомпонентного состава DT, добавим четверное условие: положительная оценка адекватности модели, т.е. звание DT нужно подтвердить через оценку адекватности модели.

Рассмотренные требования к Трехкомпонентному составу DT (три облака \ «три кита DT») показаны на рис. 1.

Три облака наложены на слайд Conceptual Ideal for PLM презентации 2002 года (Dr. Michael Grieves «Product Lifecycle Management»

Digital Twin’s, Models, And Systems Engineering: Integrating 21st Century Product Development Concepts

Рис. 1 через VS1, VS2 … отражает (см. 8 мифов DT): У каждого ФД может быть сколько угодно ЦД, созданных для различных целей.

Ключевой момент – это четкое разделение обоих двойников. В DTS должны быть четко разделены оба близнеца, отчуждены друг от друга и связаны только информационно. Например, «усыпили» Digital Twin, но Physical Object (PT, material object) продолжит функционирование в штатном режиме. Ситуация «цифровые сиамские близнецы» (совмещение составных частей близнецов) - противоречит концепции DT (DTS): PT и DT – должны быть структурно полностью отчуждаемые сущности, при необходимости DT может содержать копии составных частей своего близнеца. Например, в состав DT могут входить «копии» составных частей вполне физические, например, когда нужно в точности воспроизвести нужный функционал и поставить (продублировать) аппаратный генератор случайных чисел, идентичный установленному на физическом близнеце.  

2 Pseudo Digital Twin, PDT

Все системы, позиционирующиеся как DT, но не содержащие какую-либо часть из трехкомпонентного состава DT будем называть псевдо DT, включая метавселенные (DT vs metaverse, Industrial Metaverse от Nvidia, Siemens).

К PDT также относим продукты дизайна, «используемые для создания виртуальных прототипов новых вещей и их тестирования перед тем как на их основе создаются реальные объекты», т.е. это просто макеты и виртуальные прототипы, модели для создания объектов в которых нет реальной связи с физическим близнецом ввиду его отсутствия.

Цифровые модели для виртуальных испытаний на цифровых полигонах. Разработка модели, по которой разработка физического близнеца вообще не предполагается, - это всего лишь цифровая модель, даже если по ней проводятся «серьезные и очень реалистичные» виртуальные испытания на цифровых полигонах (читай метавселенных - цифровых мирах). Даже если после цифровых испытай и предполагается по модели создание физического образца, то на этапе испытаний это всего лишь Pre-Digital Twin (Digital Twin Prototype).

Показательный пример Pseudo Digital Twin от «Сухого» (инструменты Логос, SimInTech и т.п.): Цифровые двойники \ Цифровые полигоны \ Цифровые испытания (последний слайд).

Однако под «классическим Digital Twin» в «Сухом» понимают компьютерную модель, «которая адекватно описывает не семейство изделий, а поведение конкретного образца (экземпляра изделия) со своей историей» (см. последние секунды выступления), но все равно без наличия соответствующего конкретного физического образца – как спарки «модель – реальная вещь». Поэтому продукты дизайна под цифровые испытания можно назвать PDT "Сухой" (см. рис. 2). Этот  тип Pseudo Digital Twin - имитационное \ математическое моделирование для реализации «цифровых испытаний» моделей на цифровых полигонах, что фактически является вариантом метавселенных (промышленных) – «цифровых испытательных» миров.

Если по разработанной модели будет создан (запланирован) физический близнец, то ее называют Pre-Digital Twin (см. рис. 1). Однако если в дальнейшем никакой связности между цифровым и физическим объектом не будет (см. Трехкомпонентный состав DT), то модель так и останется в статусе Pre-Digital Twin (не путать с PDT), а Digital Twin так и не возникнет. К PDT относим все тренажёры и симуляторы – какими бы натуралистическими они не были. При этом негатива в понятии Pseudo Digital Twin (PDT) – может и не быть, и его можно рассматривать как класс систем, удовлетворяющих определенным требованиям, но отличным от Digital Twin.

Есть еще [Dozortsev22]: Киберфизическая эквивалентность и киберфизические системы (cyber-physical system, есть даже Высшая школа их управления), аватары, цифровая тень (есть даже Smart Digital Shadow), цифровой след, цифровая нить и т.п. На рис.2 показаны лишь примеры некоторых PDT (поэтому v0.1): предлагайте и добавляйте новые типы, их будет много, во всяком случае больше чем типов DT, учитывая «современные тренды» и пафос (сознательное преувеличение) «цифровой трансформации» в «обличии DT».

Иногда считают, что добавление в систему модуля предсказания \ прогнозирования или автопилотирования позволяет присвоить статус «DT». Это не так: современный автомобиль с наличием, как простейшего маршрутного компьютера, прогнозирующего пробег (километраж) до выработки топлива, так и автопилота даже класса SAE 4 не станет DT. Такой автомобиль, напичканный «под завязку» всевозможными IoT, включая датчики давления в камерах (TPMS c акселерометром), и даже AIoT, все равно останется Physical, а не Digital.

Иногда за DT пытаются выдать («продать») классическую SCADA – систему или иную систему мониторинга (например, BAM) как без, так и с дополнительным модулем симуляции или прогнозирования. Даже что-то типа «ЦД пассивного мониторинга» (Passive monitoring DT) должен иметь отдельную систему (отдельный инстанс, копию ПО SCADA), чтобы удовлетворить принципу трех-компонентности.

Некоторая классификация DT (за основу там сложно что-то взять) приведена в Приложении 3. Некоторые примеры DT от Thingworx.

Описание примера DT автомобиля (Thingworx):

Например, хозяин автомобиля сможет просто навести мобильный телефон или планшет на него и узнать, когда потребуется очередное техническое обслуживание.

Цифровой двойник покажет потребителю важные данные: уровень масла в двигателе, информацию о работе систем автомобиля и т.д.

С другой стороны, инженер или техник смогут увидеть «рентгеновский снимок» двигателя и определить, какие части нуждаются в ремонте, сколько часов проработал двигатель, либо получить информацию совершенно другого рода.

Подобные описания не дают ответ, что это действительно DT, т.к. непонятно что у DT (DTS) «под капотом» (какая реализация, насколько разделены оба близнеца).

3 Digital Twin checklist

Наличие трехкомпонентного состава – это недостаточное условие. Ключевая проблема: действительно ли цифровая модель (цифровой близнец) адекватна реальному физическому близнецу? Может быть перед нами не близнец, а самозванец? Как распознать DT и отличить его от Digital Impostors?

Вообще оценка адекватности – это во многом определяемая величина для конкретного случая. Это как критерий отказа при оценке надежности системы: с одной формулировкой получаем одно значение показателя надежности, а с другой – совсем иное, причем для одного и тоже объекта.

Если требование «Трехкомпонентный состава + Адекватность модели» являются обязательными (базовыми), то другие, такие как хранение исторических данных, агрегация информации, возможность прогнозирования (предсказание поведения), наличие AI\ML, поддержка со стороны DT всего жизненного цикла физического двойника, 3D-модель и др. – являются опциональными.

 Для выявления цифровых самозванцев необходим аналог теста Тьюринга, например:

эта «имитационная игра» сводится к тому, чтобы двойник был неотличим от своего физического аналога при осмотре с использованием различных сенсорных модальностей, и обеспечивать в контролируемых условиях ответы на входные стимулы и наблюдения за мгновенным состоянием, которые также были бы неотличимы от ответов, исходящих от физического продукта, который он представляет. 

Например, Цифровой двойник линии конвертинга на основе ПО от SIEMENS - цифро-близнец или цифровой самозваниец?

Или Платформа SmartTwin – она точно для построения цифрового двойника? Вообще поражает обилие в интернете предложений по созданию DT, а также то, что некоторые отечественные «DT-платформы» позиционируются как замещение западных совсем «не DT-продуктов». Получается некий такой отечественный «Универсальный солдат» «Цифровой двойник» (универсальный замещатель), что конечно подрывает доверие как к такому продукту, так и к самой концепции DT.

Применительно к BPMS (Business Process Management System): какие будут доказательства, что предлагаемые сегодня «BPM-образные» решения – это действительно DT компании?

В начале 2000-х наблюдал масштабный ребрендинг ARIS и BPwin. В то время в РФ «стремительно ворвался» новомодный термин «BPM» и достаточно быстро эти и подобные системы, ранее называемые «CASE-средства», получили новое имя: «BPM-системы» (чуть позже Gartner их обозвал BPA). Современный ребрендинг ARIS-подобных систем (с дополнительным «бантиком» конечно, например, в виде майнинга или BAM) будет более конструктивен, чем четверть века назад?

Верхняя часть рисунка 3 – презентация банка ПСБ, где «DT» построен на Business Studio + Proceset (BPMS + Process\Task Mining), нижняя часть - скрины с сайта Sila Union. Ниже аналогичный «фокус» увидим от финской QPR, да и другие «не отстают от моды».

Это точно примеры настоящих DT? Или маркетинговая обертка из комбинации «старых» BPMS \ BAM-систем (Business Activity Monitoring), «разбавленных» «свежими» технологиями майнинга Process \ Task Mining?

Из «Эволюция процессного управления в ПАО «Промсвязьбанк»: от внедрения стандартов к построению цифрового двойника Банка»:

Перед нами стояла задача адаптировать свою деятельность под требования цифровой трансформации, и мы сделали это в формате преображения инструментов процессного управления в рамках инициативы «Создание цифрового двойника Банка».

При позиционировании систем класса DT нужно явно указывать все три составляющие, их границы, а для третьего компонента – хотя бы топ10 связей между близнецами. Где тут «Цифровой двойник банка»? Кстати, сам Proceset себя не позиционирует платформой создания DT.

Да и «Цифровой трансформации» в показанном примере что-то не разглядел: BPM – явно не трансформация, так неужели Process \ Task Mining – это «она самая» Цифровая трансформация?

Хочется хоть один раз увидеть DT класса DTO (нет, не Digital Transformation Office, а Digital Twin of Organisation), а не 100 раз про него услышать, поэтому если кто-то увидел в пример – покажите где тут DT (части DTS), но желательно «близко к тексту» Майкла Гривса» \ Приложения 1 к настоящей статьи. Впрочем, также интересен пример «цифрового двойника банки консервной» (методологически даже правильнее начинать с более простых примеров).

Немного юмора

Получается, что под девизом «Даешь Цифровую трансформацию!» ставим рядом с ARIS-подобной системой (BPMS) систему класса Process\Task Mining и называем это «Цифровой двойник организации»? "А что, так можно было?!" С таким подходом «Процессный офис компании» можно смело переименовывать «Инкубатор \ ферма Цифровых двойников» во главе с Директором цифровых двойников, Chief Digital Twin Officer. Где то недалеко должна быть и «Академия / Высшая школа цифровых двойников».

При этом некоторые уверяют, что именно они единственные и неповторимые «маги DTO»: QPR является единственным поставщиком на рынке, предлагающим комплексный пакет программного обеспечения DTO, а также непревзойденный сервис и поддержку.

В случае с ARIS-подобными Business Studio и Sila Union (а также QPR ProcessDesigner и т.п.) – как якобы «платформами DT» – смущает то, что это системы для построения «as is», а не гарантированного «as-really-is», но для DT нужен именно второй подход, т.е. «как в реальности есть на самом деле». В ARIS-подобных системах схема процесса «выходит из-под пера художника» (рисовальщика процесса или согласователя – не важно), т.к. «он художник - он так видит» фиксируемый им процесс. При этом получаемый «цифровой близнец» (как схема процесса) может совсем не соответствовать своему прототипу (физическому процессу): «Гладко было на бумаге …»

Для движения в сторону DT в связке «BPM + mining tech» вместо ARIS-подобных систем видимо нужно использовать WFE-системы [WFE24], имеющие «врожденное» свойство «as-really-is» (за счет workflow engine, исполняющей ранее смоделированный процесс, например, в BPMN), см. пример, но интеграция должна быть куда «более тесной», а возможности обоих систем куда «шире».

Существуют разновидности (разные виды) «настоящих DT», т.е. которые однозначно соответствуют типовым определениям DT из Приложения 1. Во второй части рассмотрим пару таких классов DT, у которых принцип «as-really-is» является «врожденным».

Для каждого типа Digital Twin видимо понадобится специальный (свой) DT-checklist, у кого есть идеи как составить такой чек-лист для BPM-систем (ARIS, WFE) в связке с Process\Task Mining – поделитесь.

Заключение

Во многом новое «дыхание» тема DT получила благодаря взрывному развитию технологий ИИ / машинного обучения. Рассказы про DT редко встречаются без упоминания AI/ML. Например, DT от IBM (Cognitive Digital Twin) часто позиционируется как комплекс из линейки продуктов IBM: Maximo Asset Management; Predictive Maintenance and Quality (IBM PMQ); Business Process Manager (IBM BPM); Watson Explorer (AI); IBM Internet of Things (IoT); Cognitive Digital Thread (когнитивная цифровая нить). DT от IBM также рассмотрен в [DTatom20#page=213]

Упоминание использования в модели слов AI\ML обычно дает «однозначный» ответ: «Ну, тогда это точно Digital Twin, а не просто модель». Более того, если прогнозирование «естественное» (классические математические модели прогнозирования), то это «просто DT», а если с использованием искусственного интеллекта (ИИ), то это уже Intelligent Digital Twin [DTatom20] или когнитивный цифровой двойник. Уже в моде новый термин Intelligent Twins [IDhuawei], в качестве иллюстрации приведем пару рисунков этой технологической эталонной архитектуры от huawei из ее «Белой книга архитектуры Intelligent Twins» (рис. 4).

Digital Twin, Cognitive \ Intelligent Twin, кто следующий?

В целом удивляет существующие сегодня неразборчивость и беспринципность к термину Digital Twin, идея которого была озвучена в далеком 2002 году. Можно дать отдельные определения DT для каждого типа (класса) DT, для каждой отрасли \ области, например, «DT в строительстве, DT компании, DT вещи (табуретки или ракеты), но все они должны быть обоснованы, терминологически формализованы и иметь «принятые экспертным Инженерным сообществом» критерии идентификации. При этом нужно «без церемоний» отделять «мух от котлет»: лже-двойников от Digital Twin, но для этого вначале придется формализовать требования к DT, критерии оценки (верификации), стандартизировать классификацию. Или иначе придется признать, что DT - это просто красивая метафора, очередная «IT-фишка» и очаровывающая многих передовая технология маркетинга.

Ссылки

I Книги

[DTatom20] А. Боровков и др. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт

[DTatom19min] А. Боровков и др. Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности (& Краткий доклад)

[DTatom22min]

[IDhuawei] Официальный документ: Intelligent Twins. Совместное создание интеллектуальных двойников и построение мира интеллектуальных технологий (Белая книга архитектуры Intelligent Twins)

Huawei представила в России «Белую книгу» по архитектуре «Интеллектуальных двойников»

Цифровые двойники Artificial intelligence с эталонным интеллектом

Цифровые двойники Учебное пособие

A.Y.C. Nee, S.K. Ong Digital Twins in Industry (прямая ссылка на pdf)

Жиляев Методы и средства построения «цифровых двойников» процессов управления предприятиями на основе онтологий и мультиагентных технологий (диссертация)

Маклаков Н.А. Разработка цифрового двойника экспериментального высокоавтоматизированного транспортного средства (диплом)

II Статьи

Open Source and Open Standards for Digital Twins

[DTmedic] Цифровые двойники в здравоохранении: оценка технологических и практических перспектив - PDF (Русский)

Опыт и перспективы применения цифровых двойников в общественном здравоохранении

Цифровой двойник Digital Twin of Organization, DTO

Онтологии кибер-физических систем национального цифрового двойника Великобритании и BIM на примерах умных городов, железных дорог и других проектов

[Dozortsev22] В.М. Дозорцев Цифровые двойники в промышленной автоматизации – на пике моды или наступившее будущее?

[Dozortsev23] В.М. Дозорцев Цифровые двойники в промышленности: жизнь после Хайпа

[Pavlov23] Лычкина Н.Н., Павлов В.В. Концепция цифрового двойника и роль имитационных моделей в архитектуре цифрового двойника (файл pdf)

[Archetypes] Hendrik van der Valk et al. Archetypes of Digital Twins // Business & Information Systems Engineering. 2022

Copy [Archetypes] (pdf)

«digital twin» на simulation.su

[Klezkova23] Клецкова Ю.С. Цифровой двойник как следующий этап ведения информационной модели

Цифровые двойники на протяжении жизненного цикла продукта: систематический обзор литературы по применению в производстве

Перспективы применения цифровых двойников в строительной отрасли

A Virtual Commissioning based Methodology to integrate Digital Twins into Manufacturing Systems

Онтология как основа для создания цифровых двойников объектов управления интеллектуальной распределенной энергетики

[WFE24] Исполняемый BPMN в Open Source Runa WFE (WfMS). Hello Calculator и немного классификации

III Стандарты (и определения из них)

[57700.21] ГОСТ Р 57700.21-2020. Компьютерное моделирование в процессах разработки, производства и обеспечения эксплуатации изделий. Термины и определения.

3.37 цифровой двойник изделия: Связанная совокупность компьютерных моделей различных видов, описывающих с требуемым уровнем адекватности свойства и поведение экземпляра изделия, изменение его характеристик и внутренние процессы в зависимости от состояния внешней среды (управляющих воздействий), решаемых задач и условий их выполнения.

[57700.37] ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения.

«цифровой двойник изделия»: это «система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями.

ISO 23247-1:2021. Automation systems and integration. Digital twin framework for manufacturing. Part 1: Overview and general principles.

Системы автоматизации и интеграция. Структура цифрового двойника производства. Часть 1. Обзор и общие принципы

См. обсуждение.

ISO/IEC 30173:2023(en) Digital twin — Concepts and terminology

DT – цифровое представление целевого объекта через информационный обмен (data connections), обеспечивающий схождение (конвергенция, наложение) цифрового и физического представления (состояния) на подходящем (досочном) уровне синхронизации.

IDTA – стандарт цифрового двойника

Приложение 1. Типовые определения Digital Twin (DT, ЦД) и история

I Определения

1 Цифровой двойник — это цифровая (виртуальная) модель любых объектов, систем, процессов или людей. Она точно воспроизводит форму и действия оригинала и синхронизирована с ним.

https://trends.rbc.ru/trends/industry/6107e5339a79478125166eeb

2 Реалистичное цифровое представление чего-либо физического. Отличие цифрового двойника от любой другой цифровой модели заключается в его связи с физическим двойником.

https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Digital_twin

3 неразрывно связанные между собой виртуальные представления физического объекта (продукта или процесса) в каждый момент времени. Цифровые двойники используются на протяжении всего жизненного цикла объекта для моделирования, прогнозирования и оптимизации продукта или системы производства.

https://hes.mephi.ru/?page_id=18708

4 Digital Twin по сути является цифровым представлением физического объекта (asset), которое обеспечивает лучшее понимание его динамики путем объединения априорных знаний (знание, полученное до опыта и независимо от него) о системе с помощью математических моделей с онлайн-данными, полученными от датчиков и инструментов, размещенных в или на физическом объекте (активе).

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016816992400067X

5 ЦД - это цифровая копия конкретного физического объекта, которая отражает структуру, производительность, техническое состояние и характер рабочей миссии физического объекта, включая такие параметры, как, например, пройденные километры, возникшие неисправности, а также историю технического обслуживания и ремонта реального изделия (физического двойника).

https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-tendentsiy-razvitiya-tsifrovyh-dvoynikov-novogo-pokoleniya

Прим. В контексте DT иногда используют термин не объект (object), а актив (asset), а вместо двойника упоминают близнец.

6 Пара определений и правил из «Разоблачение восьми мифов о цифровых двойниках: вот вам реальность» (Джо Уолш):

Определение от CIMdata:
Цифровой двойник – это виртуальное представление некоторой физической сущности или набора таких сущностей (физического двойника), которое основано на использовании двустороннего информационного обмена с ассоциированным физическим двойником.

Определение от Рабочей группы по системному моделированию:
Цифровой двойник – это цифровой заменитель (суррогат), являющийся описанием физической сущности, такой как продукты, процессы, системы, люди и устройства, который может быть использован с разными целями. Цифровой двойник использует данные и информацию от объекта реального мира и обеспечивает обратную связь с этим реальным объектом.

Правила для ЦД:

1 Для ЦД должен существовать соответствующий физический двойник (ФД).

2 Между ЦД и ФД поддерживается двунаправленный информационный обмен, обуславливающий взаимное использование двойников.

7 [DTatom22min#page=27] 1.4. Цифровой двойник. Определение Центра НТИ СПбПУ:

Цифровой двойник – это семейство сложных мультидисциплинарных математических моделей с высоким уровнем адекватности реальным материалам, реальным объектам / конструкциям / машинам / приборам … / техническим и киберфизическим системам, физико-механическим процессам (включая технологические и производственные процессы), описываемых 3D нестационарными нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных. Цифровой двойник в основе своей содержит многоуровневую матрицу целевых показателей и ресурсных ограничений (временных, финансовых, технологических, производственных, интеллектуальных, экологических и т. д.).

Высокий уровень адекватности означает, что цифровой двойник должен обеспечивать отличие между результатами виртуальных и физических / натурных испытаний в пределах ± 5% по сотням датчиков. Именно в этом случае он имеет право называться цифровым двойником, в противном случае, это электронная модель, цифровой макет, цифровой прототип и т. д., предполагающий использование традиционного подхода – «доводка продуктов / изделий до требуемых характеристик на основе многочисленных дорогостоящих испытаний и итерационного перепроектирования».

См. также Приложение [DTatom20#page=358] ключевые компоненты цифрового двойника в концепции Центра НТИ СПбПУ

8 Национальные лаборатории Айдахо (Idaho): Digital Twin - это объединение интегрированных и связанных данных, датчиков и приборов, искусственного интеллекта и онлайн-мониторинга в единое целое.

9 Цифровой двойник — это динамическое виртуальное представление физического объекта, процесса или системы, которое развивается вместе со своим реальным аналогом посредством непрерывного обмена данными. Эта технология, играющая ключевую роль в Четвертой промышленной революции, воплощает основные принципы оцифровки, децентрализации, модульности и работы в реальном времени

10 Подборка других определений DT см. Таблица 1 «Перечень определений понятия цифрового двойника» [Pavlov23#page=2]

11 [DTatom20#page=20] Восемь отличительных признаков DT: Объединяя разные источники, можно привести следующий перечень: …

12 Таблица 1. Определения «Метавселенная» и «Цифровой двойник» из «Цифровые платформы метавселенных как цифровой двойник»

https://artsoc.jes.su/s207751800022959-3-1

(13) Рис. 1.76. Распределение ответов на вопрос: «Какие компоненты, на ваш взгляд, должны входить в понятие «цифровой двойник»?» [DTatom20#page=152]

наибольшее число голосов получила формулировка «виртуальная копия физического объекта, которая используется для мониторинга работы этого объекта и оценки его производительности» (90% голосов) [DTatom20#page=154]

14 Определения ЦД и цифровой модели приведены в ГОСТ Р 57700.21-2020, ГОСТ Р 57700.37-2021, ISO 23247-1:2021, ISO/IEC 30173:2023 см. раздел Ссылки. III Стандарты (и определения из них) первой части статьи.

II Историческая справка по возникновению термина

NASA 2010 (первое упоминание термина):

Термин «цифровой двойник» был впервые представлен широкой публике в 2010 году в дорожной карте интегрированных технологий НАСА в области технологий: моделирование, информационные технологии и обработка. Он был описан так:

«Цифровой двойник - это интегрированная мультифизическая, многомасштабная симуляция транспортного средства или системы, в которой используются наилучшие доступные физические модели, обновления датчиков, история парка и т. д., чтобы отразить жизнь соответствующего летающего близнеца» [14]. 

М. Гривс 2014 (стр. 12), [DTatom19min#page=13]:

В 2003 году эта концепция была включена в курс по управлению жизненным циклом продукта (PLM), который Гривс читал в Мичиганском университете; для ее обозначения использовался термин «модель зеркальных пространств» (Mirrored Spaces Model), который к 2006 году трансформировался в «модель зеркального отображения информации» (Information Mirroring Model).

Название «цифровой двойник» Майкл Гривс первый раз использовал в книге «Virtually Perfect: Driving Innovative and Lean Products through Product Lifecycle Management» (2011 год). При этом Гривс отметил, что этот термин он впервые услышал от эксперта NASA Джона Викерса (John Vickers), во время совместной работы в рамках проектов космического агентства.

В 2014 году Майкл Гривс опубликовал статью, полностью посвященную цифровым двойникам в производстве – «Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication». Спонсором публикации выступила компания Dassault Systèmes [7]. В этой публикации профессор Гривс отметил, что основа концепции – три базовых составляющих цифрового двойника – осталась неизменной:

- реальный продукт в его реальном окружении,

- виртуальный продукт в его виртуальном окружении,

- информация и данные, связывающие физический и виртуальный продукт.

В интернете масса отсылок, включая крупные издания типа РБК, на странную книжку:

Впервые концепцию цифрового двойника описал в 2002 году Майкл Гривс, профессор Мичиганского университета. В своей книге «Происхождение цифровых двойников» он разложил их на три основные части: …

https://trends.rbc.ru/trends/industry/6107e5339a79478125166eeb

Что это за книга? Нет такой у Dr. Michael Grieves (см. 2002), нет и на www.researchgate.net

Видимо речь про его книгу 2002 года «SME Management Forum Completing the Cycle: Using PLM Information in the Sales and Service Functions»

https://www.researchgate.net/publication/356192963_SME_Management_Forum_Completing_the_Cycle_Using_PLM_Information_in_the_Sales_and_Service_Functions

но в ней вместо DT употребляется «Conceptual Ideal for PLM»:

Предполагается, что каждая система является подмножеством двух других систем: физической системы в физическом мире и виртуальной системы, существующей в виртуальном пространстве, содержащей всю необходимую информацию о физической системе.

Идея оттуда, но самого термина «Digital Twin» там еще нет.

III Эволюция двойников

Краткая, начиная с Apollo 13

[DTatom20#page=38] «Рис. 1.7. Эволюция ЦД и сопутствующих технологий в концепции Microsoft»

Apollo 13 считается первым цифровым двойником 1970 года выпуска: Центр управления полетами обратился к «цифровым двойникам» на Земле, чтобы выяснить, как вернуть астронавтов домой.

Однако построено было два идентичных физических корабля-близнеца: один летающий, а второй на земле, которого и назвали «близнецом» и использовали для тренировок при подготовке к полету и проверке гипотез параллельно полету первого аппарата. Поэтому назвать физическую копию «цифровым двойником» – не верно и выходит, что это не первый DT.

Приложение 2. Ажиотаж (хайп) Digital Twin

Модный термин современного времени («цифровой герой нашего времени») – «Цифровой двойник» (Digital Twin, DT, он же Цифровой близнец) какого-либо объекта – это «очень непонятная, но очень интересная» тема почти для всех сфер деятельности и отраслей (универсальная), т.к. объект может быть предметом, например, табуреткой, или целым предприятием, отраслью, правительством и даже государством - национальным цифровым двойником (NDT). Этой темой «больна» медицина [DTmedic], есть даже «Цифровой двойник человеческого тела» на платформе 3DEXPERIENCE. При этом «Что такое DT» - не совсем понятно, ясно только, что речь идет о модели объекта и как минимум об обратной связи (в общем случае, двухсторонней) с физическим близнецом в режиме «on-line».

Современный термин «digital twin» во многом маркетинговый и часто обычную цифровую модель продают под новым «модным» именем («гренка vs крутон»). Создается впечатление, что если идет падение спроса и цены на продукцию, то вендору достаточно создать новую «IT-фишку»: провести «цифровой ребрендинг» с заменой надписи на «Цифровой двойник – как инструмент Цифровой трансформации» и «дело обязательно пойдет в гору».

Четких критериев идентификации DT нет и в «схватке» Digital Twin vs Digital Impostors + Pseudo Digital Twin первый всегда проигрывает. Текущее состояние с Digital Twin (ЦД) хорошо отражает фраза:

«Цифровой двойник» стал симпатичным и гламурным понятием, которое каждый вендор в той или иной степени использует для рекламы своей деятельности. Поэтому не удивляйтесь, что одни вендоры назовут цифровыми двойниками свои 3D- и CAE модели, что вендоры, фокусирующиеся на PLM, объяснят, насколько важны для ЦД данные периода жизненного цикла, а другие подчеркнут, что без IoT нельзя построить ЦД.

В результате Цифровой Двойник стал крутым средством рекламы уже существующих продуктов. Каждый из упомянутых аспектов важен и ценен, однако, называя всё это цифровыми двойниками, мы мало помогаем пользователям понять важность стоящей за всем этим технологии. В конечном счете получается, что на уровне отрасли мы создаем новый хайп. 

Среди новинок от Gartner (Gartner Hype Cycle 2022, а также 2024, Цикл ажиотажа вокруг новых технологий) - Цифровой двойник клиента (DToC).

Подборка «Gartner Hype Cycle for IoT» и «Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies» [DTatom22min#page=31] аналогично [DTatom20#page=159]

Когда приводят оценки глобального рынка ЦД (более 17 млрд долл. в 2023 г) [DTatom20#page=166], то остается загадкой: какая из них часть рынка действительно DT, а какая часть продаж «цифровых самозванцев» под вывеской DT?

Западные игроки рынка ЦД [DTatom20#page=178]. ПО для DT: CAD/CAM/CAE/PLM [DTatom20#page=189]. Комплексные решения класса ЦД (стек технологий, вендоры и их клиенты) [DTatom20#page=204]. Российские поставщики ПО для построения ЦД [DTatom20#page=230], например:

В ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ создается также система поддержки жизненного цикла (СПЖЦ) «Цифровое предприятие». BPMS

Не разобравшись со «старыми» цифровыми двойниками уже обсуждаются «цифровые двойники нового поколения»: умные, интеллектуальные, когнитивные, а также параллельные и промышленные метавселенные. Интернет «усыпан» заголовками: «Next generation Digital Twin».

Под вывеской «Digital Twin» сегодня «продаются» проекты: Live Enterprise \ Model-Based Enterprise, Enterprise Architecture, BPM (DTO), автоматизацию процессов на BPMN WFE (WfMS) / noBPMN LCNC, SCADA, AutoCAD (3D-модель), BAM, симулятор самолета или процесса (имитационную модель банка) и вообще любое моделирование (включая, MBSE, Model Based System Engineering [DTatom22#page=108]) любого предмета или явления, технологического или бизнес процесса. Практически любой проект с упоминанием IoT / IIoT (industrial) / AIoT, Индустрия 4.0, Системная инженерия 4.0 (см. ссылку выше), BIM (Building Information Modeling, информационное моделирование зданий), PLM/CAD/CAM/CAE/PDM (Product Data Management)/SPDM (Simulation Process and Data Management), VR/AR/XR/MR и т.п. может иметь «высокотехнологичную» вывеску «Цифровой двойник» из-под которой просвечивается «Digital Impostor».

[Dozortsev22#page=7] При этом, есть

… мнение, что двойники не предлагают ничего принципиально нового, что, по сути, они просто продолжение идеи использования модели в контуре обратной связи, но на новом технологическом витке и в присутствии ранее недоступных технических возможностей (глобальные измерения, мощные сети передачи данных, ИИ, пр.).

Полагаю, что таких «двойников» нужно выявлять и не стесняясь назвать «Digital Impostors» - как советовал Хорст Гроссер.

И вообще … использование термина Digital Transformation и Digital Twin (DT) в 99% случаев ничего нового не обозначает, т.к. это просто «свежеиспеченный маркетинговый термин» для обозначения уже давно существующих вещей и технологий, но под новомодной вывеской, исключительно чтобы (см. «Цифровая трансформация, инженерия, модель, тень, нить и так далее»):

… «попадать в правильные строчки бюджетов, если будете следовать моде».

Для подобных презентаций подойдет Дежурная универсальная фраза:

Цифровые двойники (например, в контексте BPMS + Process mining) представляют собой смену парадигмы в Управлении бизнес-процессами (можно подставить любую другую отрасль, например, строительство в контексте BIM) и являются примером беспрецедентной точности и адаптивности цифровой трансформации предприятия (tag «humor \ marketing»).

Приложение 3. Некоторые подходы к классификации DT

1 Таблица. Архетипы цифровых двойников [Dozortsev23#page=6], оригинал «Архетипы цифровых двойников» см. в [Archetypes].

2 [DTatom20]

2.1 Типы ЦД и их классификация: по уровню сложности, зрелости и др. Свод - таблица со ссылками на источники [DTatom20#page=148]

2.2 Отдельные упоминания: цифровые двойники объекта/продукта (Digital Twin, DT-1) и цифровые двойники производства (Digital Twin, DT-2) [DTatom20#page=50].

Полагаю, что речь идет про противопоставление: статический объект (вещь) vs динамический (процесс). Вообще, определение DT для статического объекта (табуретка) будет иным по сравнению с динамическим объектом (бизнес-процессом) при соблюдении базовых условий трехкомпонентности и адекватности.

3 Pre-Digital Twin, Digital Twin, Adaptive Digital Twin, Intelligent Digital Twin [Klezkova23];

4 Подкатегории цифровых двойников на протяжении жизненного цикла продукта (Классификация по типу Гривса): Pre-Digital Twin, Digital Model (DM), Digital Shadow (DS), Digital Twin (DT)

5 по типу двойника: Digital Twin Prototype (DTP), Digital Twin Instance (DTI) и Digital Twin Aggregate (DTA);

6 Технологии для построения ЦД согласно пятиэлементной модели [Dozortsev23#page=100].

Отраслевые «места обитания» DT см. [Dozortsev22#page=10] Таблица 4. ЦД по отраслям промышленности и областям экономики.

PS_0 «off-topic» Вопрос про dropbox.com и ссылки

Хотел размещать (дублировать) на нем все ссылочные источники для своих статей. Как сделать в нем ссылку на файл с переходом на нужную страницу pdf?

Например, тут работает переход на страницу 15:

https://dfnc.ru/wp-content/uploads/2020/09/Kniga-TSfirovoj-dvojnik.pdf#page=15

Но, в dropbox.com переход не работает (#page=15), например (при переходе он сам подставляет «?e=1» и переходит на первую страницу документа):

https://www.dropbox.com/scl/fi/ikhv0y2ieoxj3blezarjw/digital_twin_book.pdf#page=15

В каком бесплатном облаке лучше организовать библиотеку книг в pdf с переходом на нужную страницу.

Если контекстно-страничные ссылки на pdf, приведенные по тексту настоящей статьи, не сработают (например, будет удален источник, закроют сайт и т.п.), то к новой ссылке (на новом сайте) нужно добавлять в окончание url «#page=х», где х равен номеру страницы в файле pdf.

Удивительно, но даже такие именитые компании как Software AG занимаются подобным мелким пакостничеством: PS2 Software AG удалил прежние ссылки на ARIS - документацию

PS1 Предложения в формат паспорта DT

Для каждого упоминания где-либо «примера DT» предлагаю требовать от автора платформы или конечного решения ссылочку (on-line) на стандартизованный паспорт этого DT. Форму паспорта нужно придумать и закрепить, например, в составе «Анти Маркетингового Манифеста DT».

Основная часть паспорта DT

1 Базовый состав DTS («три кита» DT).

1.1 Состав Физического двойника-близнеца (ФД)

1.2 Состав Цифрового двойника-близнеца (ЦД)

1.3 Перечень связей «ФД-ЦД» (направление, технологический стек - уровни, дисциплина обмена, целевые данные), хотя бы для топ 10 связей

2 Адекватность модели

2.1 Критерий адекватности (допущения по адекватности, т.е. подобие «критерия отказа» при расчете надежности). Доказательства достижения заданного уровня адекватности.

3 Дополнительные модули DT

3.1 Модуль прогнозирования. Характеристика, технология реализация (имитационная модель, AI\ML)

3.2 Модуль агрегирования информации (обобщение) и исторических данных (память \ воспоминания DT). Тип и номенклатура информации, период истории и т.п.

4 Типовые сценарии использования DT. Возможности и пользовательские сценарии.

Далее будут идти дополнительные части паспорта, которые будут специфичны для каждого класса DT, например, DTO.

Нужны разделы Цели и Назначения, только нужно как-то ограничить их формой, чтобы туда разный маркетинговый спам не попал типа «Назначение: реализация Цифровой трансформации»