Цифровой двойник: исследование данных, архитектура, реализация и перспективы

Цифровой двойник (ЦД) представляет собой цифровую копию или виртуальное представление объекта, процесса, услуги или системы реального мира. Впервые эта концепция была представлена Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в рамках программы «Аполлон» в 1960-х годах. Цифровой двойник позволяет создавать виртуальное представление физического объекта. Однако основная функция системы цифрового двойника заключается в обеспечении двунаправленного потока данных между физическим и виртуальным объектами, благодаря чему физический объект может непрерывно совершенствоваться. Это современный итеративный метод создания автономной системы. Данные являются «мозгом» или строительными блоками любой системы цифрового двойника. Доступные в интернете статьи, как правило, рассматривают технологии анализа данных в одной или двух конкретных областях. Комплексных исследований по данному вопросу выявлено не было. Цель настоящего исследования — представить обзор уровня данных в системах цифровых двойников, включая данные на различных этапах. В статье проводится сравнительное исследование всех областей, в которых цифровые двойники применялись в последние годы. Цифровые двойники работают с огромными объемами данных, которые необходимо организовывать, хранить, связывать и интегрировать, что также является одной из задач данного исследования. Данные необходимы для построения виртуальных моделей, установления киберфизических связей и функционирования интеллектуальных систем. Рассматриваются современное состояние развития и проблемы, возникающие на различных этапах анализа данных цифровых двойников. Кроме того, в статье описывается применение ЦД в различных областях, включая производство, городское планирование, сельское хозяйство, медицину, робототехнику, а также военную и авиационную промышленность, и на основе недавних обзорных публикаций представляется структура данных для каждого сектора. Наконец, предпринята попытка провести межотраслевое сравнение по характеристикам данных, выявить общие и уникальные особенности данных в различных секторах, а также осветить текущие проблемы, ограничения и перспективы развития ЦД с точки зрения данных.