CC BY
18%
SIS4Ü'
УДК 621.391
«ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК» ДЛЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
DIGITAL TWIN FOR FIBER-OPTIC COMMUNICATION LINESS
© Огневенко Антон Алексеевич
Anton A. Ognevenko аспирант кафедры наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования, Российский технологический университет (г. Москва).
Postgraduate student of the Department of Nanoelectronics of the Institute of Advanced Technologies and Industrial Programming, Russian Technological University (Moscow).
И Hyperdunk38@gmail.com
Аннотация. В статье рассмотрена технология «цифрового двойника», которая является одним из направлений в рамках Индустрия 4.0. Даны определения «цифрового двойника», приведены примеры и способы применения.
Ключевые слова: «цифровой двойник», волоконно-оптические линии связи, DWDM.
Abstract. The article discusses the technology of the "digital twin", which is one of the directions in the structure of Industry 4.0. Definitions of the "digital twin", examples and methods of application are given.
Key words: "digital twin", fiber-optic communication lines, DWDM.
Be
(
Введение
волоконно-оптические линии связи ^(ВОЛС) с каждым годом развиваются быстрыми темпами. В мире появляется огромное количество информации, для передачи которой требуются высокоскоростные линии связи. При проектировании ВОЛС необходимо учитывать ряд факторов, с которыми можно столкнуться в определённой местности, например, климат, возможность стихийных бедствий, способ прокладки линии связи и т. п. Для решения задач по проектированию ВОЛС возможно применить технологию «цифрового двойника».
Метод «цифрового двойника» впервые описал профессор Мичиганского университета Майкл Гривз в 2002 году. В докладе по управлению жизненным циклом товара он рассказал о перспективах, открывающихся при создании виртуального пространства, которое повторяло бы реальное пространство и обменивалось с ним данными. Спустя год Майкл Гривз публикует статью «Цифровые двойники: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода». После этого термин «цифровой двойник» вошёл в обиход и получает новые определения.
Что такое «цифровой двойник»
В настоящее время существует множество определений «цифрового двойника». Приведём некоторые из них.
1. Чен, 2017 год.
«Цифровой двойник» - это компьютеризированная модель физического устройства или системы, которая представляет все функциональные особенности и связи с рабочими элементами [1].
2. Лью, Мейендорф, Мрад, 2018 год.
«Цифровой двойник» - это фактически
живая модель физического актива или системы, которая постоянно адаптируется к операционным изменениям на основе собранных он-лайн-данных и информации и может прогнозировать будущее соответствующего физического двойника [2].
3. А. Мэдни, К. Мэдни, С. Люсеро, 2019 год.
«Цифровой двойник» - это виртуальный
экземпляр физической системы (двойника), который постоянно обновляется данными о производительности, обслуживании и состоянии здоровья последнего на протяжении всего жизненного цикла физической системы [3].
Ошибочное представление «цифрового двойника»
«Цифровой двойник» ошибочно представляют как «цифровая модель» и «цифровая тень». На рисунке 1 показаны различия методов.
«Цифровая модель» описывается как виртуальная версия уже существующего или планируемого физического объекта, для определения «цифровой модели» не требуется автоматиче-
аучно-практический журнал. ISSN 2587-8042
ш
29
Цкфрпшя модель
Цифроняй ¡ель
Цнфрошш : 1» п II н 1 г к
Р)ТН(1П пипк 1ЩИП4Т Антохапичгскнм шнгкч.нычмх
Рис. 1. Различия между «цифровой моделью», «цифровой тенью» и «цифровым двойником»
ского обмена данными между физической и виртуальной моделями.
«Цифровая тень» — это виртуальное представление объекта, которое имеет односторонний поток между физическим и виртуальным объектами. Изменение состояния физического объекта приводит к изменению виртуального, а не наоборот.
«Цифровым двойником» является система, в которой изменение физического объекта автоматически приводит к изменению виртуального объекта и наоборот.
Применение «цифрового двойника»
«Цифровой двойник» находит применение в разных отраслях (рис.2).
«Цифровой двойник» производства помогает создавать новые компоненты, устройства с минимальным процентом брака. Для производителей это способ отслеживания и мониторинга продукции в попытке сэкономить время и деньги. Для здравоохранения «цифровой двойник» может смоделировать организм человека или отдельные его подсистемы и анализировать их в реальном времени. Концепция «умного города» также предусматривает возможность использования «цифрового двойника». Виртуальная копия любого физического объекта в городе способна управлять им на расстоянии. Так, в Сингапуре оцифрованы все системы водоснабжения, контроля за количеством воды, счётчики и прочее. А в Москве «цифровой двойник» постепенно внедряется в транспортную систему.
30
Базис. 2022. № 2(12). www.engels.ruc.su/science/basis/
Л ^ Î.sis^*
Рис. 3. Построение ВОЛС на примере подключения объектов
«Цифровой двойник» в ВОЛС
«Цифровой двойник» становится популярным методом разработок нового оборудования, новых инфраструктур, модернизирования устаревших систем. Развитие волоконно-оптических линий связи происходит быстрыми темпами.
С помощью «цифрового двойника» для ВОЛС можно предусмотреть все детали при проектировании новых линий на виртуальной модели. На рисунке 3 показан пример построения ВОЛС. Указав топографические условия местности, её климат, возможные природные катаклизмы и другие факторы, «цифровым двойником» проводится множество испытаний, в ходе которых определяются допущенные ошибки при вычислениях, проектировании. С момента введения линии в эксплуатацию она будет обмениваться информацией в режиме реального времени. Цифровая копия будет полезна при обнаружении обрывов, что поможет в кратчайшие сроки восстановить связь (подходит для удалённых линий).
«Цифровой двойник» также можно рассмотреть как технологию разработки и производства оборудования для систем плотного спектрального уплотнения (DWDM систем). Введение новых линеек устройств занимает
1-2 года. Двойник позволяет сократить время исследования и тестирования оборудования в 2-3 раза, что ускорит развитие транспортных сетей в России.
Проблемы «цифрового двойника»
Очевидно, что «цифровой двойник» работает параллельно с технологиями искусственного интеллекта, что приводит к общим проблемам. Первым шагом в решении этих проблем является их выявление. Некоторые из общих проблем встречаются с аналитикой данных. Необходимо сделать так, что данные не были низкого качества. Они должны быть отсортированы и очищены, тем самым обеспечивая обмен данными между объектами на высоком уровне.
Конфиденциальность и безопасность -важная тема для компьютерной индустрии. Необходимо обеспечить безопасность и защиту персональных данных. Доверие - это ещё одна из проблем, которая касается области искусственного интеллекта. Беспокойство по поводу того, что роботы и искусственный интеллект станут доминирующей силой на земле, отобрав у людей контроль над ключевой инфраструктурой, является препятствием для доверия.
Материалы поступили в редакцию 24.10.2022 г.
Библиографический список (References)
1. Chen, Y. (2017) Integrated and Intelligent Manufacturing: Perspectives and Enablers. Engineering. Vol. 3. Pp. 588-595.
2.Liu, Z., Meyendorf, N., Mrad, N. (2018). The role of data fusion in predictive maintenance using digital twin. Annual Review Of Progress In Quantitative Nondestructive Evaluation. (Provo, Utah, USA). P. 020023.
3. Madni, A., Madni, C., Lucero, C. (2019). Leveraging Digital Twin Technology in Model-Based Systems Engineering. Systems. Vol. 7. P. 7.
1аучно-практический журнал. ISSN 2587-8042
31
