Digitaalisia kopioita ihmisistä, kaupungeista ja kriiseistä: kuinka tiedemiehet mallintavat tulevaisuutta

Tekniikka avaruudesta: kuinka digitaalinen kaksos pelasti Apollo 13:n

"Houston, meillä on ongelma." Tämä on monille tuttu

kuuluisa lause, mutta kaikki eivät tiedä, että NASAn Apollo 13 -kuumatkan miehistön ilmoittama ongelma ratkaistiin digitaalisella kaksoisprototyypillä.

Apollo 13:n lennon kaksi ensimmäistä päivää ovat kuluneetrauhallisesti, paria pientä yllätystä lukuun ottamatta, avaruusjärjestö sanoi. Päivystävä operaattori Joe Kerwin jopa sanoi: "Kuolemme täällä tylsyyteen." Mutta tämä oli viimeinen kerta, kun kukaan mainitsi tylsyydestä.

Muutama minuutti viestintäistunnon jälkeenhappisylinteri räjähti. Sillä hetkellä kuului kuuluisa lause: miehistö ilmoitti ongelmista NASAn kollegoille. Astronautit näkivät happisylinteristä tulevan kaasun lentävän avaruuteen suurella nopeudella. Anturit osoittivat myöhemmin, että kaksi kolmesta polttokennosta katosivat. Tehtävän ongelmat eivät päättyneet tähän, he päättivät luopua laskeutumisesta kuuhun. Maahan jääneiden insinöörien päätehtävänä oli kiireellisesti selvittää, kuinka pelastaa miehistö, joka sijaitsee yli 320 tuhannen kilometrin etäisyydellä heistä.

Mikä tahansa väärä päätös voi johtaakorjaamattomia seurauksia, joten oli tarpeen toimia varmasti. NASAn asiantuntijoilla oli käytössään 15 simulaattoria, joita käytettiin astronauttien ja lähettäjien kouluttamiseen erilaisten skenaarioiden, mukaan lukien vikojen, selvittämiseen. NASAn lentojohtaja Gene Krantz sanoi, että yksi haastavimmista teknologioista koko avaruusohjelmassa oli simulaatiot. Ainoa mikä oli todellista koulutuksen aikana, oli miehistö, ohjaamo ja ohjauspaneelit. Kaikki muu oli hänen mukaansa virtuaalista, jonka ovat luoneet "joukko tietokoneita, paljon kaavoja ja ammattitaitoisia ihmisiä".

Palauta miehistö Maan keskustaanjohdon täytyi selvittää, kuinka vakavasti vaurioitunutta alusta käytetään kokoonpanossa, joka oli hyvin erilainen kuin se, jota varten laskelmat alun perin tehtiin. Ryhmän piti löytää uusia tapoja säästää energiaa, happea ja vettä, selvittää, kuinka käynnistää uudelleen komentomoduuli, jota ei ole suunniteltu sammumaan avaruudessa.

Itse simulaattori, jopa yhdessäkaikkia tietokonejärjestelmiä ei voida kutsua täysimittaiseksi digitaaliseksi kaksoseksi. NASA-tiimin työskentelytapaa voidaan kuitenkin verrata kaksoiskappaleiden toimintaan: insinöörit simuloivat simulaattoreiden avulla erilaisia ​​skenaarioita, jotka auttoivat heitä valitsemaan oikean strategian saada miehistö takaisin. Asiantuntijat luettelevat tekijöitä, miksi järjestelmää, jota NASA käytti Apollo 13 -miehistön pelastamiseen, voidaan pitää digitaalisena kaksosena.

  • Digitaaliset kaksoset ovat hyödyllisimpiä, kunliittyy fyysisiin esineisiin, joihin ihminen ei pääse suoraan vaikuttamaan. Ne vaativat jatkuvaa palautetta fyysiseltä esineeltä tiedon päivittämiseksi ja päätösten tekemiseksi. Apollo 13:ssa viestinnällä oli tämä rooli;
  • Digitaalinen kaksosten pitäisi riittääjoustava reagoimaan siihen liittyvän fyysisen kohteen muutoksiin. NASA konfiguroi simulaattorit uudelleen muutamassa tunnissa luodakseen uudelleen kokoonpanon, jota ei ollut suunniteltu;
  • Apollo 13 -lennolla ei ollut digitaalistakaksinkertainen: avaruusvirasto käytti 15 eri simulaattoria laskeakseen erilaisia ​​yksityiskohtia. Nykyaikaiset digitaaliset kaksoset koostuvat myös monista vuorovaikutuksessa olevista malleista.

NASA käyttää nyt digitaalisia kaksosiasuositusten, tiekarttojen ja uuden sukupolven alusten kehittäminen. ”Digitaalisen kaksosen perimmäinen tavoite on luoda, testata ja rakentaa laitteistoja virtuaaliympäristössä. Vasta kun saamme jotain, joka täyttää vaatimukset, luomme sen fyysisesti. Samanaikaisesti tarvitsemme sen, että kohde yhdistetään digitaaliseen kaksoseen antureiden kautta ja että digitaalinen kaksois sisältää kaiken tiedon kohteesta”, NASAn työntekijä John Vickers selittää.

Missä ihmeessä digitaalisia kaksosia voidaan käyttää?

Digitaaliset kaksoset auttavat suunnittelussakokeile enemmän skenaarioita etukäteen - virtuaalisessa mallissa, ei fyysisessä esineessä. Kaksosten avulla on mahdollista lisätä rakennuksen energiatehokkuutta, optimoida ilmastovaikutuksia sekä saada tietoa kiinteistön kuormituksista ja vioista. Ja sillä ei ole väliä, minkälaisesta esineestä puhumme - työstökoneesta, lentokoneesta tai rakennuksesta. Toisin kuin klassisissa simulaatioissa, digitaaliset kaksoset käyttävät reaaliaikaista dataa. Lisäksi simulaattori tutkii yhtä prosessia, ja kaksois voi suorittaa eri määrän simulaatioita laskelmia varten.

Digitaalinen kaksoistekniikka esim.käyttää Siemensiä. Yritys käyttää niitä kaasuturbiinien, laitostoimintojen tai uusien rakennusten, kuten Sveitsin pääkonttorin, suunnitteluun. Tekniikka auttoi luomaan kolmipyöräisen Solo-sähköajoneuvon kanadalaiselta startupilta Electra Meccanican. Insinöörit ovat aiemmin testanneet ja optimoineet auton kaikki elementit digitaalisten kaksosten avulla.

Missä digitaalisia kaksosia käytetään?

  • Teollisuudessa luodaan digitaalisia rakennuksia, teknisiä prosesseja ja jopa yksittäisiä tuotteita;
  • Autonvalmistajat luopuvat uusien automallien törmäystesteistä ja korvaavat ne virtuaalisilla testeillä;
  • Rakennusalalla jakelusaanut BIM-teknologioita. Niiden avulla voit luoda mallin uudesta liikenneliittymästä ja nähdä kuinka liikennevirrat jakautuvat, simuloida uutta liikennemallia metron lähellä oleville jalankulkijoille ja arvioida, kuinka tehokas se on ja voiko se nopeuttaa liikennettä.

Kenellä on digitaaliset kaksoset Venäjällä

Venäjällä esineiden digitalisointi tunnetaan kiitos"Yandexin" ja Googlen mobiililaboratoriot, jotka matkustavat kaupungeissa ja kuvaavat panoraamoja. Digitaalisten kopioiden luominen teistä ja rakennuksista on jo pitkään helpottanut ihmisten elämää, joten voit saada reittiohjeet, seurata liikenneruuhkia ja korjauksia matkan varrella. Mutta tämä on vain jäävuoren huippu – tuplaukset voivat auttaa monimutkaisemmassa navigoinnissa.

Digitaalisten kaksosten kehittämistä Venäjällä toteuttaaRostec ja GLONASS. Yritykset käynnistivät yhteishankkeen, jossa kerätään tietoja videonauhureista ja yhdistetään ne tieinfrastruktuurin matemaattiseen malliin (sama digitaalinen kaksois) ja liikennekameroiden dataan. Tekoäly (AI) analysoi tätä kuvaa ja vertaa tuloksia turvallisuusstandardeihin – ajoradan leveyteen ja kaistojen määrään, liikennemerkkien ja liikennevalojen sijaintiin. Ohjelma antaa arvosanan jokaiselle tieosuudelle ja antaa suosituksia sen parantamiseksi.

Tekoäly on jo analysoinut lähes 3000 kilometriä teitä Orenburgin alueella ja löytänyt vaarallisimmat osuudet.

Mitä digitaalisilla työkaluilla voidaan tehdä:

  • vähentää liikenneruuhkia;
  • seurata sää- ja ympäristöolosuhteita;
  • käyttää resursseja tehokkaammin;
  • simuloida tieinfrastruktuurin uusien elementtien rakentamista;
  • laskea vaihtoehtoja miehittämättömien ajoneuvojen liikkeen järjestämiseen.

Toinen venäläinen projekti on mobiiliDigital Roads -yhtiön laboratoriot. Ne automatisoivat ja nopeuttavat tieverkoston kohteiden digitalisointia niin paljon, että infrastruktuuri kaikkine muutoksineen näkyy reaaliajassa. Järjestelmä voi määrittää esineiden sijainnin 10 cm:n tarkkuudella, määrittää niiden koon ja jopa lukea, mitä niihin on kirjoitettu. Kehittäminen antaa objektiivisen kuvan infrastruktuurin tilasta ja auttaa pitämään perusteellisen arvion kaikista kohteista ja niissä tapahtuvista muutoksista.

Liikkuvien laboratorioiden verkosto jaDVR-laitteet voivat lukea jopa 150 kilometriä päivässä. Järjestelmä digitalisoi esineet, raportoi uusista ja väliaikaisista kohteista, korjaa vaurioita. Alusta tallentaa ja analysoi niiden kuntohistoriaa, valvoo mainoskylttejä ja jopa valmistelee liikenteenhallintaprojekteja.

Kuka tarvitsee digitaalisia kaksosia?

Digitaaliset kaksoset ovat erittäin hyödyllisiä, mutta eivätkaikki prosessit ja yritykset. Joissakin tapauksissa virtuaalisen kopion luominen objektista lisää sen kustannuksia, mutta ei anna toivottua tulosta, IBM:n asiantuntijat uskovat.

Tutkijoiden mukaan kaksosten käyttötarvitaan fyysisesti suurissa ja monimutkaisissa projekteissa, kuten rakennuksissa, silloissa, suihkuturbiineissa, autoissa ja lentokoneissa. Teknologia on hyödyllinen energiayrityksille ja teollisuudelle.

Digitaalisten kaksosten markkinat kasvavat nopeasti jajatkaa kasvuaan vielä ainakin muutaman vuoden, asiantuntijat odottavat. Vuonna 2020 näiden markkinoiden suuruudeksi arvioitiin 3,1 miljardia dollaria, ja joidenkin analyytikoiden mukaan se voi nousta 48,2 miljardiin dollariin vuoteen 2026. Monet yritykset ja tutkimuslaitokset ovat vasta äskettäin arvioineet sen vahvuuden. Nyt he haluavat testata simuloituja suuren mittakaavan tapahtumia - globaaleja finanssikriisejä, sotia tai jopa ihmisiä.

Lue lisää

Suurin ja tehokkain tuuligeneraattori on rakenteilla. Se tuottaa energiaa 20 tuhanteen taloon

Atomikellokokeessa vahvistetaan painovoiman punainen siirtymä

Keuhkojen etäseulonta oli yhtä tehokas kuin kasvokkain suoritettu tutkimus