Современная электроника №1/2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2022 Цифровые двойники в промышленности: истоки концепции, современный уровень развития и примеры внедрения Рис. 1. Наземный авиационный испытательный стенд «Iron Bird» («Железная птица») [1] В статье описывается концепция цифровых двойников в промышленности. Рассматривается их современный уровень развития и приводятся различные примеры успешного внедрения таких цифровых двойников. Денис Хитрых (АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс») В 2022 году грядёт новый этап раз- вития цифровых технологий. Он обе- щает нам создание интерфейсов, обла- дающих эмоциональным интеллектом и когнитивными способностями. Это, несомненно, повлияет на бизнес, только пока неизвестно, как. Тренды меняются непредсказуемым образом. И зачастую самые захватывающие возможности лежат на пересечении нескольких трендов. Например, цифро- вые двойники представляют собой выс- шую степень развития вычислительных ресурсов, когнитивных моделей, встро- енных датчиков и т.д. То есть цифро- вые двойники – это тренд развития тех- нологий, в основе которого лежит сразу несколько самостоятельных передовых и всё ещё развивающихся технологий. Концепция цифровых двойников Впервые концепция «цифрового двойника» была отработана на «про- мышленном» уровне в начале 60-х годов прошлого века в рамках программы NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию косми- ческого пространства) «Аполлон», ког- да были построены как минимум два идентичных космических корабля, что позволило инженерам во время полё- та отражать эксплуатационные усло- вия корабля, находившегося в космо- се. Космический корабль, оставшийся на земле, назвали «двойником». В этом смысле каждый вид прототипа, кото- рый используется для воспроизведения реальных условий работы и для модели- рования поведения в реальном време- ни, может рассматриваться как двойник. Другим хорошо известным приме- ром «аппаратного» двойника являет- ся наземная испытательная установка «Iron Bird» (рис. 1), разработанная ком- панией Airbus для оптимизации и про- верки жизненно важных авиационных систем [1, 4]. Это механическая интегра- ция электрических и гидравлических систем, а также средств управления полётом, каждая из которых выстрое- на в соответствии с фактической кон- фигурацией самолета, и все компонен- ты установлены в том же месте, в каком они были бы на реальном объекте. Испытательный стенд позволяет инженерам подтверждать характери- стики всех компонентов системы, а также обнаруживать любые несовме- стимости, которые могут потребовать изменений на ранних стадиях разра- ботки. Кроме того, воздействия и после- дующее устранение неисправностей в системе могут быть подробно изучены и записаны для последующего анализа [1]. В связи с ростом мощности вычисли- тельных средств, технологий модели- рования и, следовательно, повышения точности моделей физических ком- понентов и процессов сегодня детали испытательного стенда заменяются виртуальными моделями. Это позво- ляет разработчикам систем использо- вать концепцию испытательного стен- да на ранних этапах разработки, даже тогда, когда некоторые физические компоненты ещё недоступны. Даль- нейшее распространение этой идеи на все фазы жизненного цикла при- водит к созданию полной цифровой модели физической системы – циф- рового двойника. Концепция цифрового двойни- ка впервые была введена в оборот в 2002 году Майклом Гривзом (M. Grieves) в рамках презентации Мичиганского университета для представителей про- мышленности [2]. Данная концепция в то время рассматривалась Гривзом как прототип «идеальной» PLM-системы для разработки инновационных продуктов в разрезе так называемого бережливо- го производства. Однако привычный ныне всем термин «цифровой двойник» появился только в 2010 году, и M. Гривз приписывает его авторство своему кол- леге Джону Викерсу (John Vickers) из NASA. Он фигурировал в 11-й дорож- ной карте NASA в области технологий: моделирование, симуляция, информа- ционные технологии и обработка [5]. В этом отчёте специалисты NASA обо- значили будущее направление разви- тия моделирования. В 2002–2003 гг. идея цифрового двой- ника не получила широкой поддержки в первую очередь из-за технического несовершенства технологий того пери- ода: отсутствовало необходимое аппа- ратное и программное обеспечение, а получение, обработка и хранение раз-