Концепция цифровых двойников как виртуального представления физического объекта — не такая уж новая тема для авиационного двигателестроения. От построения теоретических моделей конструкторы активно переходят в область практики, используя численное моделирование на всех этапах работы — от проектирования до изучения различных эксплуатационных характеристик будущего изделия. Цифровизация становится настоящим производственным трендом, и уже заметен существенный скачок в применении этой технологии.
Несмотря на большое количество определений, суть цифрового двойника в том, что он представляет собой виртуальный образ конкретного физического изделия. Это сложный программный продукт, который создается на основе самых разнообразных данных. Прототип содержит информацию о геометрии, параметрах, свойствах реального двигателя, способен воспроизвести его состояние в любой момент на протяжении всего срока службы.
— Не стоит думать, что тематика, связанная с цифровизацией, возникает лишь время от времени — это системный, непрерывный процесс. Буквально неделю назад в Екатеринбурге прошёл форум «Информационные технологии в ОПК». Там рассматривали вопросы цифрового производства в целом и в частности говорили о цифровых двойниках для вооружения, военной и специальной техники, — говорит заместитель генерального конструктора ПК «Салют» (входит в ОДК) по прочности, технической экспертизе и сертификации, модератор секции Павел Марков. — У нас тематика более специфическая, сосредоточенная на проблемах, связанных с особенностями производства газотурбинного двигателя. Газотурбинный двигатель — это система систем, описать её намного сложнее, чем другие продукты.
Виртуальный прототип двигателя способен многократно сократить сроки и затраты на выпуск нового продукта за счёт уменьшения издержек на создание опытных образцов, инженерных испытаний, доводку конструкции. Сокращается и время проектирования изделия.
— В чём преимущество цифрового двойника? — задаёт вопрос руководитель департамента мультидисциплинарных исследований и трансфера технологий СПбПУ Петра Великого Александр Тамм. — Речь идёт о математической модели высокого уровня адекватности, которая ведёт себя практически так же, как и материальный объект в реальных условиях. Допустима лишь минимальная погрешность. Такой двойник позволяет отследить различные моменты, связанные с вариантами эксплуатации, в десять раз быстрее, чем это произошло бы с опытным образцом в режиме реального времени.
Двойники не только помогают сэкономить месяцы и годы. Технология даёт возможность моделировать самые разные ситуации, которые могут возникать на производстве и при эксплуатации.
Таким образом, цифровой двойник позволяет подбирать наиболее адекватные сценарии проведения технологических процессов, чтобы избежать сбоев и форс-мажоров. Подобные эксперименты не влекут серьёзных финансовых затрат: специалист вычисляет ту или иную неисправность в искусственно созданных условиях, анализирует, как поведёт себя реальный двигатель. С помощью цифрового моделирования процессов можно не только избежать поломки, но и предвидеть её. Система самостоятельно тестирует повреждения, руководствуясь показаниями датчиков, сама принимает решение о переключении режимов для обеспечения стабильности работы.
— Потеря времени в наши дни равносильна потере прибыли, — рассуждает коллега Александра Тамма по университету, начальник отдела ГТД департамента мультидисциплинарных исследований и трансфера технологий СПбПУ Алексей Тихонов. — Как происходит проектирование на традиционном производстве? Каждый отдел занимается разработкой своего узла, решает специфические проблемы. Время от времени они собираются, делятся результатами, корректируют собственные планы, руководствуясь новыми данными. Далее работа продолжается в прежнем режиме. То есть организационные вопросы, связанные с координацией деятельности разных отделов и даже отдельных конструкторов, занимают много времени. Решить подобную ситуацию, сократив временные потери, может использование цифровой интеллектуальной системы.
Фактически речь идёт о том, что каждый разработчик получает доступ к единой платформе, на которой происходит моделирование узлов. Каждый видит результаты работы остальных членов команды в режиме реального времени, своевременно корректируя ошибки.
Но стоит ли тиражировать цифровые технологии? Всегда ли оправдано их применение? Действительно ли благодаря двойникам можно получать новые двигатели в кратчайшие сроки? Разработчики сходятся во мнении: суперрешения, которое одномоментно сможет устранить все проблемы проектирования, не существует. Преимущество виртуального прототипа наиболее очевидно тогда, когда речь идёт о кастомизированном продукте, то есть адаптированном под конкретного потребителя, с учётом его пожеланий и требований.
— Цифровой двойник — не такое уж универсально решение для тех, кто конструирует новые двигатели. Известный факт: чем критичнее для бизнеса программа, тем дороже обходятся дефекты в ней. Речь идёт о том, что малейшая погрешность, допущенная при создании цифровой модели, может стать причиной серьёзной аварии, — говорит руководитель направления «Инженерные расчёты» ООО «Сименс Индастри Софтвер» Михаил Ерофеев. — Создание априори безошибочных программ практически невозможно, поэтому стоит задуматься о валидации и верификации двойников, то есть проверке программного обеспечения на корректность реализации поставленной задачи путём сравнения с требуемыми свойствами.
Проверить корректность работы цифровой модели — ещё одна крайне актуальная задача цифровизации производства. Учитывая, что при наличии цифрового двойника реальные испытания фактически не применяются, ошибка в программе может привести к серьёзным негативным последствиям.
Вопросов по применению цифровых двойников возникает немало: это связано, в первую очередь, с тем, что сам инструмент, его возможности и риски пока не изучены досконально.
Однако дискуссия, организованная в рамках форума, кроме обмена опытом, имеет и более практический смысл.
— По сути, обсуждение проблематики цифровых двойников в рамках форума продолжалось два дня. В первый день работала экспертная панель, где мы проговаривали актуальные цели и задачи цифровизации производства. Второй — рассматривали более детализированные вопросы, связанные с деятельностью конкретных предприятий ОДК. По итогам все идеи будут систематизированы и станут основой для концепции развития цифровых технологий корпорации, которую мы направим на рассмотрение в Минпромторг, — говорит модератор Павел Марков. — К концу года планируем разработать общекорпоративный стандарт по созданию и совершенствованию цифрового двойника ГТД.
Сформированный проект по запуску технологии цифрового двойника газотурбинного двигателя станет основой так называемой «дорожной карты» — перспективного плана развития данной технологии, направленного на достижение поставленных целей.
