О применении и перспективах развития технологии цифровых двойников в железнодорожной отрасли «Гудку» рассказал заместитель директора научного центра «Высокоскоростные магистрали» АО «ВНИИЖТ» Алексей Сидоров.
Цифровые двойники становятся неотъемлемой частью комплексного подхода к цифровизации
Алексей Сидоров, заместитель директора научного центра «Высокоскоростные магистрали» АО «ВНИИЖТ»– Цифровой двойник в какой-либо системе или процессе – это виртуальный прототип реальных объектов. Он создаётся на основе самых разнообразных данных и с помощью многочисленных методов моделирования, симуляции и расчётов. В зависимости от задачи в основе цифровых двойников могут быть математические, физико-математические, мульти- или киберфизические модели.
Цифровые двойники представляют собой достаточно точные расчётные модели, связанные входными и выходными параметрами, управляющими сигналами. Прежде всего они предназначены для оценки адекватности поведения объектов на всех стадиях жизненного цикла (проектирование, испытания, эксплуатация).
Так, на стадии проектирования и конструирования эти виртуальные прототипы позволяют выявлять ошибки, оценивать взаимное влияние объектов друг на друга, а также учитывать воздействие факторов внешней среды. Работа цифровых двойников основывается на реальных данных, получаемых при эксплуатации объектов, а также при помощи алгоритмов машинного обучения.
Во время проведения испытаний данная технология применяется для экономии ресурсов, а также с целью автоматизации методов исследований.
Что же касается стадии эксплуатации, цифровые двойники позволяют отслеживать параметры технического состояния оборудования. Сравниваются расчётные значения с реальными данными, поступающими от датчиков, контролирующих работу оборудования. Это позволяет уже на ранней стадии выявить предотказные состояния технических объектов и предотвратить реальную поломку.
– В каких проектах ОАО «РЖД» эта технология применяется в настоящее время?
– Технологии цифрового моделирования сейчас применяются в различных сферах деятельности компании. Например, на основе цифровых двойников проектируются узлы и агрегаты подвижного состава. В энергетике – моделируются процессы распределения и потребления мощности в электрических сетях тягового электроснабжения. В сфере автоматизированного управления и диагностики применяются комплексы контроля и диагностики состояния пути, контактной сети, системы железнодорожной автоматики и телемеханики и т.д. Отдельным важным направлением применения цифровых двойников является диагностика и дефектоскопия на подвижном составе ОАО «РЖД». Отмечу также, что в настоящее время наш научный центр «Высокоскоростные магистрали» АО «ВНИИЖТ» ведёт разработку прескриптивной системы диагностики электропоезда ЭС2Г «Ласточка». Основанная на применении цифровых двойников, эта разработка позволит снизить количество отказов и внеплановых ремонтов.
– При проведении испытаний что наиболее эффективно: цифровые двойники или натурные эксперименты?
– В отличие от стендовых или натурных испытаний цифровые двойники дают возможность заранее по моделируемому процессу подобрать необходимый и достаточный для исследований набор средств измерений и датчиков. Более того, в рамках данной технологии можно использовать такие приборы, которые установить в реальности технически невозможно.
– С какими сложностями приходится сталкиваться при разработке и применении цифровых двойников?
– Можно выделить несколько ключевых вопросов, которые мы решаем в настоящее время. Например, при разработке цифровых двойников не всегда удаётся дооснастить датчиками существующий подвижной состав. Это происходит потому, что требуется вмешательство в саму конструкцию оборудования и согласование с производителем. Проще вести разработку системы уже на новой элементной базе. Такие возможности нам сейчас открывает замена импортных комплектующих на отечественные.
Кроме того, сама разработка цифровых двойников предполагает целый комплекс научно-прикладных задач. Это связано с тем, что для выявления дефектов на ранней стадии требуется применение таких алгоритмов, которые бы учитывали все физические процессы, происходящие в оборудовании. Разумеется, стоимость техники для проведения диагностики при этом должна быть соизмерима с вероятным ущербом от последствий отказа.
Также возникают вопросы и по верификации цифровых двойников. Дело в том, что система должна обучаться не только на расчётах входных параметров и сравнении их с допустимыми значениями. Необходимы и примеры реальных отказов оборудования, которые не всегда возможно имитировать при испытаниях.
– Каковы дальнейшие перспективы этой технологии?
– Цифровые двойники – неотъемлемая часть комплексного подхода к цифровизации. Наиболее перспективными направлениями для их применения, на мой взгляд, будут безлюдные технологии. Эта область основана на автоматических и автоматизированных системах управления и диагностики объектов инфраструктуры и подвижного состава, где требуется обеспечивать повышенную надёжность и безопасность при эксплуатации.
Кроме того, цифровые двойники будут всё более востребованы в системах автоматизированного проектирования, динамически нагруженных системах, при инженерном анализе объектов, а также в моделировании технологических и бизнес-процессов различного уровня сложности, логистике, управлении цепочками поставок.
Беседовал Алексей Алеев
Ещё больше интересных новостей в нашем телеграм-канале.
Все наши публикации читайте на канале «Гудка» в «Яндекс Дзене».
