isicad: Цифровой двойник, Принцип Оккама и Альберт Эйнштейн

Не следует множить сущее без необходимости.
Принцип Оккама

Всё следует упрощать до тех пор, пока это возможно, но не более того.
А. Эйнштейн

Д.Уолш о цифровом двойнике
О.Шиловицкий поправляет Д.Уолша
Автор уточняет О.Шиловицкого
Цифровой двойник — полезное понятие

Было трудно пройти мимо статьи с заголовком «8 Myths About Digital Twins Exposed — Here’s the Reality» (русский перевод: «Разоблачение восьми мифов о цифровых двойниках: вот вам реальность»), написанной известным автором Джо Уолшем (Joe Walsh). «Цифровые двойники» (ЦД) – модная тема, активно маркетируемая многими видными вендорами, и помочь массовому рынку разобраться в сути нового тренда – благородная задача и профессиональный долг экспертов отрасли.

Чем цифровой двойник НЕ является

В первой части статьи Джо Уолш перечисляет восемь мифов о ЦД и их разоблачает. Что касается мифов «Существует единственный ЦД», «ЦД обязан поддерживать весь жизненный цикл» и «ЦД используются только в инженерии», их разоблачения выглядят бесспорными. Некоторые другие нуждаются в уточнениях или же в общем наборе мифов представляются избыточными, но в целом акция, предпринятая Джо Уолшем, безусловно, полезна нынешним и будущим пользователям.

Нельзя не согласиться с автором в том, что мифы и туман относительно цифровых двойников выгодны вендорам, некоторым из которых волна хайпа за счет модной этикетки помогает продать традиционный продукт. (По-моему, любой хайп выгоден также экспертам и медиа).

Объясняют ли слова «виртуальное представление» и «суррогат», чем цифровой двойник ЯВЛЯЕТСЯ?

Разоблачение мифов всё-таки не помогает массовому рынку в достаточной степени осознать, что такое цифровой двойник – в чём его принципиальная новизна. В том, чтобы помочь этому, состоит замысел второй части статьи Джо Уолша. В этой части для ЦД представлены два определения, названных автором Usable Standard Definitions. Эти определения меня удивили:

Определение от CIMdata:
Цифровой двойник – это виртуальное представление некоторой физической сущности или набора таких сущностей (физического двойника), которое основано на использовании двустороннего информационного обмена с ассоциированным физическим двойником.

Определение от Рабочей группы по системному моделированию:
Цифровой двойник – это цифровой заменитель (суррогат), являющийся описанием физической сущности, такой как продукты, процессы, системы, люди и устройства, который может быть использован с разными целями. Цифровой двойник использует данные и информацию от объекта реального мира и обеспечивает обратную связь с этим реальным объектом.

Эти определения в неменьшей степени удивили Олега Шиловицкого, о чём он ясно сказал в своём блоге «Digital Twin Hype» (русский перевод: «Хайп вокруг цифровых двойников»). Заметка Олега – must read, а здесь – две короткие цитаты:

Оба определения используют расплывчатые слова, объясняющие, что информацию [от ЦД] можно использовать как замену обратной связи от реального объекта. Самое интересное состоит в том, что информация для анализа поведения физического объекта используется в инженерных дисциплинах, вероятно, с момента возникновения этих дисциплин.

Цифровой двойник – крутое название. Надеюсь, вы согласны. И мне это название нравится. К сожалению, маркетинг работает хорошо и выстроил вокруг ЦД гипнотические определения и рекламу, которые сильно сбивают с толку. В большинстве представлений слова «Цифровой Двойник» можно без труда заменить на нечто более содержательное и прагматичное, такое как модель, информация, симуляция и т. д. К сожалению, это не происходит, а маркетинг продолжает порождать всё новые виды рекламных интерпретаций ЦД. На мой взгляд, эта тенденция реально вредна, поскольку вместо цифровых двойников мы имеем цифровой хайп.

Почему бы не определить цифровой двойник как новый продвинутый тип модели

Я мог бы сказать, что полностью присоединяюсь к мнению Олега, но у меня есть некоторое уточнение его слов ««Цифровой Двойник» можно без труда заменить на нечто более содержательное и прагматичное, такое как модель, информация, симуляция и т. д.». Моё уточнение: цифровой двойник – это цифровая модель, эффективно коммуницирующая со своим физическим прообразом.

Похоже, что тот, кто считает слово «модель» недостаточно конкретным по сравнению, например, со словом «суррогат», апеллирует к широко распространенному представлению о модели как просто о чём-то, напоминающем физический объект. Слово «модель» прочно вошло в бытовой обиход: сегодня моделями имеют право именоваться куклы, пластмассовые игрушки-самолёты и т. п. Однако в нашей отрасли стоит оперировать понятием «модель», не слишком уходя от той определенности, которая характерна для точных наук и конструктивных технологий. В этих сферах модель строится всегда только для того, чтобы она с необходимой в данном применении точностью отражала те свойства физического объекта, которые требуются для его исследования и/или для управления им.

(Употребляю слово «объект» сугубо для краткости: имея в виду и системы, и активы, и процессы, и всё, что способно моделироваться).

Мало-мальски конструктивное представление о модели подразумевает, что она оперирует некоторой системой

виртуальных объектов, ассоциированных с компонентами физического прообраза;
функций, которые определены над соответствующими виртуальными объектами и адекватно отражают свойства физического прообраза;
логических отношений, которые определены над соответствующими виртуальными объектами и адекватны отношениям компонентов физического прообраза.

Другими словами, цифровой двойник — не просто виртуальное (цифровое) представление объекта реальности, а виртуальное представление, которое является в достаточной для данного приложения степени изоморфным ассоциированному физическому объекту. Возможно, приведенная выше трактовка модели и изоморфизм кому-то покажутся ограничивающими представление о цифровом двойнике, однако в действительности речь идёт лишь о том, что для любой содержательной коммуникации общающиеся субъекты обязательно должны иметь некую общую согласованно интерпретируемую предметную область (базу знаний). Я не считаю полезным представлять себе ЦД как черный ящик, о котором известно только то, что он чудесным образом умеет эффективно общаться с объектом реальности. На основе такой трактовки, если ЦД не является моделью, то его полезное применение представляется, мягко говоря, маловероятным.

Разумеется, трактовка ЦД как модели не изобретена только что. Вот, например, цитата из “Digital Twins Offer Unmatched Insights For Design Engineers”:

Основное понятие — то, что для каждого физического продукта найдётся виртуальный двойник, который может идеально имитировать физические атрибуты и динамику своего физического двойника. Виртуальный двойник существует в моделируемой обстановке, которую можно контролировать с такой степенью точности, которую нелегко реализовать в реальном мире: например, ускорить время так, что годы работы продукта будут смоделированы за мгновения. Такие гиперточные модели и симуляция предоставляют инженерам и разработчикам продуктов совершенно новые возможности. И всё же цифровые двойники — это больше, чем просто эволюция цифрового моделирования, хотя цели этих методов совпадают: более высокое качество продуктов и их поддержки с меньшими затратами ресурсов.

Мне нравится это ясное и прагматичное объяснение, и я не считаю фразу «цифровые двойники — это больше, чем просто эволюция цифрового моделирования» противоречащей моей трактовке ЦД как модели. Да, конечно, ЦД — не просто эволюция моделирования, это следующий, качественно более высокий уровень моделирования. Хотя, на мой взгляд ЦД, не обязан быть гиперточной моделью (его полезность не прямо зависит от числа моделируемых параметров), я согласен, что гиперточная модель авиалайнера является гиперценной.

Source: Digital Twins Offer Unmatched Insights For Design Engineers

Является ли цифровой двойник чем-то принципиально новым? Насколько я понимаю, характерным качеством ЦД признаётся поддержание регулярной двусторонней коммуникации между ним и ассоциированным с ним физическим прообразом. Заметим, что такую коммуникацию теоретически всегда может реализовать человек, который с необходимой в данном процессе моделирования регулярностью челночно передвигается между моделью и изучаемым/управляемым объектом. Более реальная ситуация – дистанционное общение оператора модели и оператора прообраза. Возможно, при таком участии человека называть модель цифровым двойником иногда имеет смысл, например, если речь идёт о моделировании (аварийной) ситуации на космическом корабле, производимой в центре управления полётом.

Принципиальная новизна цифрового двойника как модели заключается в новом уровне эффективности коммуникации с физическим прообразом. Ключевое слово «эффективность» отражает здесь достижения современных технологий, которые предоставляют возможности поддержания онлайн коммуникации между сложным объектом реального мира и его сложной моделью практически с любой степенью производительности, плотности и надёжности.

В конце статьи Джо Уолш отмечает, что на основе внятных (clear) определений от CIMdata и NAFEMS SMSWG (см. выше) теперь можно рассматривать различные формы цифровых двойников и их определений, и продолжает:

Каждая форма ЦД имеет специфические характеристики для достижения определенных целей и поэтому должна иметь более детальное определение, подчеркивающее специальные возможности, функциональность и реализацию, связанные именно с этой формой цифрового двойника.

Инициатива ASSESS создала рабочую группу по теме Цифрового двойника для инжиниринговой симуляции (ЦДИС) и сформулировала следующее его определение:

«ЦДИС – это основанное на физических свойствах виртуальное представление физического двойника (физического объекта или значимой совокупности физических объектов), которое использует взаимный обмен информацией с ассоциированным физическим двойником».

Я не считаю внятными (clear) упомянутые выше два определения ЦД, совершенно согласен с тем, что каждая форма ЦД должна иметь более детальное определение, и думаю, что если в определении ЦДИС заменить «виртуальное представление» на «модель», всё будет в порядке.

Цифровой двойник — полезное новое понятие и перспективное решение

Итак, моя точка зрения: ЦД – это новый уровень (ступень) возможностей моделирования.

Почему те, кто заинтересован в маркетировании ЦД, избегают его характеристики как модели? Это вполне ясно: для эффективного маркетинга нужны новые будоражащие слова, а «модель» — нечто старое, слишком знакомое, скучное.

И всё-таки достоин ли новый тип моделирования введения нового волнующего термина?

Новый термин вреден, если ортодоксально отнестись к упомянутому в эпиграфе Принципу Оккама: «Не следует множить сущее без необходимости» (Entities should not be multiplied without necessity). Однако если добросовестно объяснять рынку реальные и потенциальные возможности новых средств моделирования, то новый термин можно признать полезным.

Понятие «Цифровой двойник» полезно и удачно уже потому, что оно оказывает на рынок стимулирующее влияние. Если не признавать, что за спекулятивным понятием стоит нечто существенно новое, мы, пожалуй, слишком упростим положение дел и не прислушаемся к Эйнштейну: «Всё следует упрощать до тех пор, пока это возможно, но не более того» (Everything should be made as simple as possible, but not simpler), фактически объяснившему, что принцип Оккама не должен вместе с водой выплёскивать ребенка.

Никакой хайп не помешает создавать реально новые решения и продукты, которые постепенно всё в большей степени будут оправдывать такое громкое название. Подобная хайповая ситуация наблюдается и вокруг «искусственного интеллекта»: конструктивно определить его невозможно, поэтому часто наблюдаются чудовищные журналистские спекуляции, но в то же время постепенно появляются решения, которые фрагментарно демонстрируют полезные приближения к тому, что человеческий интеллект может согласиться признать искусственным интеллектом.