Вторая часть статей на тему цифровых двойников.
Глобально цифровые двойники выступают как "кликбейтное" название, сами же они представляют из себя очень систематизированную и сложную систему.
Цифровым двойником называют виртуальную модель, которая на микро- и макроуровне либо описывает реально существующий объект (выступая как дубль готового конкретного изделия), либо служит прототипом будущего объекта. При этом любая информация, которая может быть получена при тестировании физического объекта, должна быть получена и на базе тестирования его цифрового двойника. В концепции цифрового двойника виртуальная модель созданного материального объекта используется в связке с физическим на протяжении всего ЖЦ: на этапе тестирования, доработки, эксплуатации и утилизации. Физический объект использует датчики, которые собирают данные о состоянии объекта в реальном времени, после чего эти сведения отправляются цифровому двойнику. На основе полученных данных уточняется цифровая модель, которая, в свою очередь, даѐт рекомендации по оптимизации режима эксплуатации и обслуживания реального объекта.
Архитектура цифрового двойника здания имеет вид, показанный на рисунке 1. Данная архитектура основана на разработанной в Институте проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук архитектуре цифровых двойников энергетических объектов. Цифровой двойник здания должен удовлетворять следующим основным требованиям: включать детальную информацию о конструкции здания, материалах, размерах и т.д. на уровне CAD-документации (это техническая документация, чертежи и спецификации, созданные с помощью системы автоматизированного проектирования (CAD)) и BIM-модели ( это объектно-ориентированное цифровое представление физических, функциональных и прочих характеристик здания или сооружения в трёхмерном пространстве. Она содержит архитектурную, конструкторскую, технологическую и экономическую информацию об объекте); охватывать все основные инженерные подсистемы здания; иметь общий словарь терминов для использования людьми и программными агентами; иметь связь с BEM системами или иметь реализацию функций BEM; иметь развитые математические возможности, векторно-матричные операции, решение систем дифференциальных уравнений, возможность свободного программирования, создания новых объектов и компонентов, возможность дискретно-событийного, агентного и имитационного моделирования;иметь возможность реализации в «облаке»; иметь поддержку открытых интерфейсов и протоколов связи с BMS, системами мониторинга и IoT; иметь поддержку Web-сервисов; иметь графический интерфейс пользователя, Web-интерфейс; включать развитые средства визуализации, в том числе трѐхмерной; включать функции параметрической оптимизации, функции анализа данных с использованием статистических и кибернетических методов.
Решения с использованием цифровых двойников строятся на комплексе технологий. Комплекс моделей цифрового двойника зданий включает: CAD- и BIM-модели, которые содержат информацию о конструкции здания, информацию о материалах, размерах и прочих параметрах; математические и компьютерные модели, включающие энергомодель здания, модели инженерных систем и систем управления, имитационную модель функционирования здания; онтологические модели, содержащие информацию об основных объектах здания и его инженерных систем, базу знаний (БЗ) и машину вывода; базу данных (БД) и инструментальное программное обеспечение (ПО). CAD- (CAD-модели — это цифровые модели объектов или продукции, созданные с помощью систем автоматизированного проектирования (CAD). ) и BIM-модели составляют ядро цифрового двойника здания. Математические и компьютерные модели позволяют проводить анализ и оптимизацию параметров здания или его энергопотребления на стадиях проектирования и эксплуатации. Онтологии помогают организовать взаимодействие между компонентами цифрового двойника и обмен информацией между цифровым двойником и внешними системами с помощью технологий семантической паутины и связанных данных. Например, различные потребители информации, компьютерные модели, люди или внешние сервисы могут получать данные из онтологий, в том числе, через сеть Интернет с помощью SPARQL запросов. БЗ является отдельным компонентом цифрового двойника. БЗ содержит набор фактов и продукционных правил. Она предназначена для реализации экспертных систем продукционного типа, которые помогают осуществлять принятие решений и реализовать ситуационное управление. БД используются для хранения массивов оперативных данных и данных, связанных с предыдущими периодами работы цифрового двойника. Инструментальные средства применяются для решения задач сопровождения цифрового двойника, а также вместе с БД используются для связи с внешними системами, такими как BMS, системы мониторинга и IoT.
Сейчас разработаны стандарты, которые помогают обмениваться данными между разными цифровыми системами в строительстве. Один из них – формат IFC (Industry Foundation Classes), созданный для работы с BIM-системами (инструментами для проектирования и управления строительными объектами). IFC стал популярным стандартом и поддерживается такими программами, как AutoCAD, ArchiCAD, Revit и другие. Для него создана онтология ifcOWL, которая помогает интегрировать данные и использовать их с технологиями интернета данных, например, для поиска информации и автоматического анализа. Еще один формат – gbXML (Green Building XML) – проще и лучше подходит для передачи данных между системами проектирования зданий и системами анализа энергопотребления (BEM). Он поддерживается такими программами, как Trace 700, DesignBuilder и EnergyPlus. EnergyPlus – это бесплатная и очень популярная программа для моделирования энергопотребления зданий. Для объединения данных из разных форматов (IFC, gbXML) используется промежуточная модель SimModel, встроенная в программу Simergy. Также есть инструменты, которые переводят данные из EnergyPlus в формат, удобный для анализа и использования в интернете данных.
Конец второй части.