Comments 28
Вопрос: чем "цифровой двойник", кроме "более маркетингового" названия, отличается от "цифровой модели" и от классической математической модели?
чем отличаются от математической модели? Если западные стадраты брать, то двойник это модель у которое есть первик и они связаны данными. Ну нельзя точно в модели расчитать коэффициент теполоотдачи от стенки сложно геометрии, а вот получить на ходу две температуры и обратным счетом получить этот коэффициент легко. А поскольку оперативная память, датчики и места для хранения данных стали дешевыми, то можно модель (двойник) соединить с объектом (первик) и получать очень точную модель, путем апрокисмации данных. И это хорошо
а вот получить на ходу две температуры
Ну так для начала эти две температуры надо откуда-то получить.
А если мы можем получить эмпирические данные - то нам и двойник не нужен, можем сразу применять эти данные для того, для чего они нам нужны. Никто ж не определяет массу рельса исходя из его химического состава и структуры кристаллической решетки металла?
Всевозможные эмпирические модели (включая эмпирические параметры и коэффициенты в матмоделях) использовались еще даже до 20 в, не говоря уж про 21-й... И как-то обходились термином "модель" разных видов, даже применительно к цифровому их представлению, вместо "двойника" - и тоже разных видов.
Именно так это и работает, я получаю температуру и ее производную и пересчитываю в модели коэффициент в регуляторе, и вуаля регулятор постонно настроен на оптимальное управление.
Вся фишка как раз в том, что модель постоянно уточняется по данным которые в реальном времени льются с объекта. Это стало возможным именно при появлении дешовых датчиков и дешовых вычислителей. Да модели использовались и применялись со времен изобретения математики для расчетов реальных объектов.
но соединит модель с данными от объекта, что бы получить цифровой двойник получилось сравнительно не давно.
Вся фишка как раз в том, что модель постоянно уточняется по данным которые в реальном времени льются с объекта.
И что?.. Модели управления (в т.ч. с обратной связью) и самообучающиеся модели раньше 21в придумали и использовали. В том числе автоматические. В том числе цифровые - в том смысле, что реализованные посредством цифровой техники.
Т.е. неверно понимать "модель" только как средство расчёта чего-то нового, еще не созданного. Моделируется, в т.ч. математически, эмпирически и иными образами, всё.
Т.е. неверно понимать "модель" только как средство расчёта чего-то нового, еще не созданного.
Да имеено отсюда в названии слово "двойник", пока я проектирую у меня модель объекта теоритическая идеальна. Потом объект появился он уже сделан с допусками (целый предмент такой есть допуски и посадка) не соотвесвует идеальной модели. А в процессе эксплуатации происходит изменение свойсв объекта. И модель теоретическая еще больше расходится с объектом. А потом у меня два объекта одинаковых с завода, но один работает в режиме номинальном, а второй гоняют на разных режимах, в итоге два объекта отличаются от теоретической модели и между собой.
Но тут дешовые датчики и сети передачи данных, от китайцев и мы можем в модели учесть все отклонения как заводский так и эекплуатционне и ловить эти отклонения прямо на ходу забирая данные с работающего объекта. Получается цифровой двойник, который учитывает не только отклонения, но и текущий износ. И мы уже можем управлять объектом с учетом его конкретных особенностей, или посчитать как нам выгоднее его эксплуатировать с учетом его особенностей. Поэтому модель из модели приеваритлась в "цифровой двойник" для первака.
Вот тут например мы настраивали модель стенда испытаний СКВ, и нам пришлось теоретическу модель сильно править данными с реального стенда мы из модели получили "цифровой двойник" без стенда это осталось бы моделью!
Да имеено отсюда в названии слово "двойник", пока я проектирую у меня модель объекта теоритическая идеальна.
Вообще говоря - это не так, и всегда было.
Моделируется всё что угодно, в том числе реально существующие объекты. Да, в том числе моделируется посредством обвешивания датчиками и построения эмпирических моделей (т.е. не теоретических расчётных, а полученных путём наблюдения за существующим объектом), например, "ситуация такая-то - показания датчиков такие-то". И в том числе в цифровом виде. Всё это совершенно точно уже было до начала 21в.
Да, не всё было доступно всем по цене "рупь за ведро", но было. Потому каждую печку в каждом подвале датчиками не обвешивали (было дешевле к ней кочегара приставить), но если "было надо" - могли и обвешать, и к вычислительной машине подключить (иногда даже к аналоговой, но ближе к концу 20в, когда соответствующая электроника подешевела - обычно к цифровой).
А еще можно сделать физическую модель (масштабную или полноразмерную) и обвешать датчиками её.
У моделирования много разных вариантов...
Вообще говоря - это не так, и всегда было..
Как это не так? Если нет реального объекта "первака" то нет и "двойника". Любая модель всегда не точная, есть даже специальный предмет допуски и посадки называется, который изучает отклонения в изготовлении даже простых железок валов, гаек и подшипников. Каждое издели отличается в пределах допуска. Поэтому любая модель без проверки на реальном изделии всегда теоретическая и идеальная.
Модели были всегда, а вот цифровые модели на вычислителя и при этом связнанные потоком данных с реальных объектом это относительно не давнее нововведение. И как явление получившие стандарт и описание на западе он совсем свежее. Это и есть "цифровой двойник" для реального "первака"
А то что можно обвешать датчиками, приставить кочегара, или запустить на аналоговой машине это тоже модели, но не "цифровые двойника" как это понимают западные стандарты
Как это не так? Если нет реального объекта "первака" то нет и "двойника".
Ну вот так вот. Имитационные модели можно делать и для уже существующих, и для несуществующих, объектов. В общем случае любые модели, в том числе математические, можно делать и для существующих, и для несуществующих, объектов.
Главное не путать аналитические и вычислительные модели, и оба названных - с цифровыми моделями. В первом случае вам надо получить рассчётную формулу, куда подставляются данные и на выходе получается искомое значение. Во втором - расчётной формулы нет, аналитическое решение, даже если вообще возможно - не ищется, ищется сразу искомое значение. А цифровая модель - это реализация любой из первых двух на средствах цифровой вычислительной техники (потому что, помимо цифровой, бывает и другая вычислительная техника).
Ну и еще учитывать, что модель может быть теоретической и эмпирической (использующей данные экспериментов/наблюдения).
но не "цифровые двойника" как это понимают западные стандарты
Вот мы и пытаемся тут разобраться, что это за зверя такого нам пытаются тут продать под новомодным названием.
И пока что из ваших объяснений всё выглядит так, что речь идёт о хорошо известном понятии "имитационная модель".
Которое в отечественной практике понимается как частный случай математических моделей. Т.к. даже если у вас есть набор эмпирических (т.е. реальных) данных (не важно, статический или динамический в виде потока данных с реально существующего моделируемого объекта) - сами по себе сырые данные не позволят вам смоделировать поведение системы, им нужна хоть какая-то обработка. Хотя бы в духе "выдавать среднее значение, или математическое ожидание, или какую-нибудь интерполяцию этих данных применить"?.
модель становится цифрвым двойником, если она на вычислителе и связана с первако ( получает с него данные). Все просто слово двойник, требует первака с которого забирются данные.
ISO 23247-1:2021(E)
3.2.2
digital representation
<manufacturing> data element representing a set of properties of an observable manufacturing element
3.2.3
digital twin
<manufacturing> fit for purpose digital representation (3.2.2) of an observable manufacturing element with synchronization between the element and its digital representation
вот пример из документа цифровая рерзентация - набор данных об элементе становится двойником если эти данных синхронизированы с реальны объектом. В определениях репрезентация это точно что на вычислителие
3.2.7 (standards.iteh.ai)
representation - manner in which information is modelled for interpretation by a machine
1.Ага, свежеопубликованный стандарт 2021-го года ) Жаль, в статье не упомянули, конечно.
Таким образом, это не отменяет мысль, что до сих пор апологеты могли что угодно называть цифровым двойником, но сейчас мы можем опереться на (тех)нормативное определение и отбросить случайно прибившееся к теме, если вдруг такое обнаружится.
Уже хорошо, спасибо за информацию!
2.Там еще 3.2.5 процитировать стоило, наверное
3.2.5 observable manufacturing element
OME
item that has an observable physical presence or operation in manufacturing.
Note 1 to entry: Observable manufacturing elements include personnel, equipment, material, process, facility, environment, product, and supporting document.
Т.о. ЦД - это частный (и я бы даже сказал, что достаточно узкий) случай имитационных моделей, представляющий собой набор свойств, представленый в цифровом виде, физического объекта на производстве, синхронизируемый с (актуальным состоянием) этого самого объекта.
Причём модель в больше степени эмпирическая, чем математическая (ну какую-то обработку данные скорее всего и в большинстве случаев всё-таки проходят с использованием хотя бы арифметики?).
Я "в больших квадратиках" что-то неправильно понял?
по моему мнению, определение цифрового двойника в стандарте более общее, оно не накладывает практически никаких ограничений на модель, кроме как связис с объектом реальными. Может просто набор коэффициентов полученых измерением назвать цифровым двойником, а может трехмерную модель, где коэффициенты теплоотдачи например, обновляются по реальным данным с объекта. И то и то будет цифровым двойником, поскольку есть связь с реальным объектом и она приносит конкретную пользу.
"data element representing a set of properties" там говорится. Имитационная модель в цифровом случае - тоже может быть представлена в виде того самого набора пропертей - хоть просто измеряемых коэффициентов, хоть параметров с привязкой к координатам.
Про не просто связь, а "поддерживаемая связь" с моделируемым объектом (в оригинале буквально "синхронизация" упоминается) - это понятно, что важная особенность.
Смысл же весь в том, что "цифровой двойник" - это не какой-то новый тип моделей. И тем более не "принципиально новый" тип моделей. Это достаточно давно известное дело, если отсеять "маркетинговую шелуху и прочий хайп" (которые тоже имели место, т.к. хоть стандарт, вышедший в 2021 году, и готовился не один год - они были и еще как минимум некоторое время будут).
Новым является сам термин для её обозначения. Который реально удобен для использования. Потому что занимает два слова вместо пары абзацев (или больше) полного определения.
Потому что, в принципе-то, можно сказать что любая "компьютерная" АСУТП, использующая в близком к реальному времени телеметрию с объекта управления - это АСУТП с ЦД. А такое даже в ВУЗах точно изучали задолго до 2002 года :) И даже студенты в дипломах уже тогда пихали нейросети (хайп по которым пошел сравнительно недавно) в устройства управления АСУ и САУ, в т.ч. АСУ П(производства), для реакции на информацию, приходящую с ОУ.
Ну и повторюсь - в контексте наконец-то случившейся стандартизации, сам по себе термин "цифровой двойник" - действительно удобен для использования.
In 2003, Digital Twin was attributed to John Vickers by Michael Grieves in his product lifecycle management (PLM) course as "virtual digital representation equivalent to physical products" [Grieves2014]. Digital twin can be defined as a virtual instance of a physical system (twin) that is continually updated with the latter's performance, maintenance, and health status data throughout the physical system's life cycle [Madni2019].
двойник посточнно обновляется по первоку, а вот и отличие от простой модели:
Compared with 'digital model' and 'digital shadow', the key difference of 'digital twin' is the direction of data between the physical and virtual systems [Fuller2020]. Typically, when using a digital twin, the (twin) system is generated and then synchronized using data flows in both directions between physical and digital components, so that control data can be sent, and changes between the physical and digital objectives of systems are automatically represented. This behavior is unlike a 'digital model' or 'digital shadow', which are usually synchronized manually, lacking of control data, and might not have a full cycle of data integrated.
наличие постоянного потока данных с первака.
Двойник нужен для оптимизации. Оптимизационные модификации на двойнике в случае сложных систем существенно дешевле и быстрее. После отработки на двойнике оптимальные варианты можно тестировать на оригинале.
оптимизация делается на математической модели от этого она не становится цифровым двойником. А вот когда в модели объекта есть данные от реального объекта тогда она станет цифровым двойником. Например у нас есть фильты в системе химической водоподготовки, которые в процессе эксплуатации меняют свои свойства, например забиваются, увеличивается сопротивлением. Изменение свойств можно измерить по перепаду давления. После этого мы оптимизируем уже не исходную модель, а модель в которой наши фильтры имеют сопротивление такое же как и в реальном объекте в данным момент времени. Вот это и есть цифровой двойник объекта в западных стандартах.
оптимизация делается на математической модели от этого она не становится цифровым двойником. А вот когда в модели объекта есть данные от реального объекта тогда она станет цифровым двойником.
В "математической модели" (что бы под этим не понималось) всегда есть данные от реального объекта. Иначе эта "модель" ...эээ... имеет назначение, которое сложно себе представить.
Оптимизация по диапазонам критериев и параметров учитывает реальные диапазоны функционирования системы.
В "математической модели" (что бы под этим не понималось) всегда есть данные от реального объекта. Иначе эта "модель" ...эээ... имеет назначение, которое сложно себе представить.
Именно об этом и речь. А если еще вспомнить про модели управления с обратной связью и всякие самообучающиеся модели (типа нейросетей, которые тоже не 10 лет назад придумали)...
В "математической модели" (что бы под этим не понималось) всегда есть данные от реального объекта. Иначе эта "модель" ...эээ... имеет назначение, которое сложно себе представить.
Откуда в математической модели на этапе проектирования данные от реального объекта, если реального обеъекта еще нет?
пока я проектирую у меня модель объекта теоритическая идеальна. Потом объект появился он уже сделан с допусками (целый предмент такой есть допуски и посадка) не соотвесвует идеальной модели. А в процессе эксплуатации происходит изменение свойсв объекта. И модель теоретическая еще больше расходится с объектом. А потом у меня два объекта одинаковых с завода, но один работает в режиме номинальном, а второй гоняют на разных режимах, в итоге два объекта отличаются от теоретической модели и между собой.
Но тут дешовые датчики и сети передачи данных, от китайцев и мы можем в модели учесть все отклонения как заводский так и эекплуатционне и ловить эти отклонения прямо на ходу забирая данные с работающего объекта. Получается цифровой двойник, который учитывает не только отклонения, но и текущий износ. И мы уже можем управлять объектом с учетом его конкретных особенностей, или посчитать как нам выгоднее его эксплуатировать с учетом его особенностей. Поэтому модель из модели приеваритлась в "цифровой двойник" для первака.
Откуда в математической модели на этапе проектирования данные от реального объекта, если реального обеъекта еще нет?
Матмодели используются не только на этапе проектирования.
Матмодель - это очень-очень общий и широкий термин. В некотором смысле матмоделью можно считать любую модель, которая не существует физически и в которой используется математика. Даже простая арифметика типа 2+2=4. Даже модель существующего объекта. Кабины самолёта или локомотива, например (если убрать из неё физическую часть - т.к. со всем этими ручками, сиденьями, приборами управления и приводами имитации движения - уже будет гибридная модель).
К тому же я изначально спрашивал про две модели - "цифровую модель" и "математическую модель". Набор данных может быть моделью, но если к нему пока еще не применили математику - будет просто эмпирической моделью. Если представим этот набор данных в цифровом виде, а не в виде бумажного справочника - будет цифровой моделью.
А "бумажными" моделями в виде табличек характеристик, полученных эмпирически - например, испытаниями выборки изделий из партии - еще в 19в пользовались, если не раньше. И "бумажными двойниками" не называли.
если почитать запданый стандарт на цифровые двойники, то там вообще все что повторяет поведение первака, даже если это просто таблица для интерполяции, явлеяется "цифровым двойником", главно наличие данных с реального "первака". С моей точки зрения цифровая модели и математическая модель это одно и тоже. Если есть эмпирическая таблица цифр, то даже линейнай интерполяция этой таблицы, это уже "математика" а значит математическая модель. Но цифровая модель, это математическая модель на вычислителе, в виде программы (или таблицы в эксель). а математическая модель может быть и формлуами на бумаге.
И тогда все логично "цифровой двойник", это математическая модель в виде программы с данными от реального "первака"
Ниже уже ответили, чем отличается. Я бы добавил, что ‘идеальный’ ЦД ещё и должен повторять жизненный цикл объекта, то есть это не просто модель, но модель изменяемая, ‘подстраивающаяся’ под изменения оригинального объекта.
Ниже уже ответили, чем отличается.
То есть - ничем не отличается, это новая маркетинговая обёртка для улучшения продаж давно и хорошо известного.
На самом деле надо было бы начать с определения. И тут-то окажется, что устоявшегося определения, как и устоявшегося понимания отличия "двойника" от "модели" - на данный момент не существует. При этом "модель" - понятие старое и устроявшееся, можно даже сказать, что имеющая академическое определение. А под названием "двойник" могут продавать заказчику всё что угодно, лишь бы оно было в цифровой форме.
существует! У двойника используется данные с реального объекта первака. Поэтому он стал двойником. Именно поэтому он появился относительно недавно, когда стоимость датчиков и систем сбора и обработки данных стала относительно дешовой. тут и появились цифровые двойники. Оказаллось что турбину можно оклеить датчиками копеечными и гнать данные в систему сбора данных без ограничений. Таким образом настраивая модель очень точно.
Есть нормативное или хотя бы общепринятое определение, общепринятость которого подтверждается авторитетными источниками?
Подчёркиваю, речь идёт не о существовании термина - а о том, что каждый апологет, продвигающий "цифровые двойники", не имеет под ними в виду что-то своё, и т.о. перед началом разговора общающимся не надо "сверять термины".
Про "недавнесть" - очень-очень спорное утверждение. Т.к. имитационное моделирование существует очень давно. Сравнительно недавно это просто подешевело до состояния, когда стало можно массово использовать эмпирические данные. Грубо говоря - на любом котле в любом подвале, а не только на ядерном и/или опытном.
Всё грустно и очень по верхам - словно нейросетью писано... рекомендую для обзора почитать https://assets.fea.ru/uploads/fea/news/2019/12_december/28/cifrovoy_dvoinik.pdf Если оценивать усилия, то, наверно, в Германии максимально вкладываются - целая ассоциация работает https://industrialdigitaltwin.org/
Цифровые двойники: от истока к будущему