Современная электроника №1/2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 63 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2022 Рис. 2. Энергетическая капсула с унифицированной реакторной установкой «Шельф» личных данных о продукте в режиме реального времени были практически нереализуемы. С появлением Интернета вещей (IoT), а позднее и промышленного Интернета вещей (IIoT), данная концепция эволю- ционировала. Сегодня под цифровым двойником мы понимаем виртуальную непрерывно адаптируемуюмодель тех- нической системы или технологиче- ского процесса. Для облегчения анализа, решения проблем и планирования мероприятий по усовершенствованию конструкции концепция цифрового двойника требу- ет дополнительно включения в вирту- альнуюмодель системыфинансовых и контекстных данных, а также данных с реальных датчиков, установленных на оборудовании. Интегрируя виртуальные и физиче- ские данные, цифровой двойник позво- ляет осуществлять в реальном времени мониторинг систем и процессов, а так- же своевременно предотвращать про- блемы, планировать превентивный ремонт с целью сокращения и предот- вращения вынужденного простоя обо- рудования, и открывает новые возмож- ности для бизнеса, например, переход на сервисную бизнес-модель. С появлением Интернета вещей (IoT) внедрение цифровых двойников стало экономически выгодным, и технология стала получать всё большее признание в сообществе промышленного Интер- нета вещей (IIoT), делающем упор на сложное и капиталоёмкое оборудова- ние [16, 17]. В 2017 году эксперты Gartner про- гнозировали, что к 2021 году почти половина крупных промышленных компаний в мире будут использовать технологию цифровых двойников с целью упрощения оценки произво- дительности системы и технических рисков, достигая при этом повышения эффективности системы примерно на 10–12% [3]. Однако пандемия корона- вируса внесла серьёзные коррективы в этот прогноз. В настоящее время мы собираем и обрабатываем намного больше дан- ных, чем это было возможно в начале 2000-х годов. Сейчас в автоматическом режиме, используя проводные сети и высокоскоростные сети 4G и 5G, мы способны получать информацию с датчиков, расположенных на промыш- ленном оборудовании, и обрабатывать эту информацию в режиме реального времени. Этим и объясняется возрос- ший интерес к цифровым двойникам в последние несколько лет. В своём развитии концепция циф- рового двойника прошла несколько стадий. В самом начале это был тра- диционный виртуальный прототип, создаваемый в ходе предварительно- го проектирования. Он использовал- ся для принятия решений на стадии эскизного проекта. На следующем этапе развития циф- ровой двойник выполнял функцию виртуальной среды для моделирова- ния поведения продукта. Симуляция поведения продукта осуществлялась с помощью технологий имитационного моделирования. Вся необходимая для работы модели информация о произ- водительности, работоспособности и обслуживании реального физическо- го объекта поступала в модель с дат- чиков, установленных на объекте, и дополнялась показаниями виртуаль- ных датчиков. Адаптивный цифровой двойник – это третья ступень эволюции кон- цепции цифрового двойника. В нём используются алгоритмы машинно- го обучения на основе технологии нейронных сетей для планирования процессов в режиме реального вре- мени и принятие решений в процес- се эксплуатации и технического обслу- живания объекта. Наконец, четвёртый уровень – это так называемый умный цифровой двойник. На этом уровне цифровой двойник обладает высо- кой степенью автономии. Он может анализировать более детальные дан- ные о производительности, обслужи- вании и работоспособности обору- дования и поддерживает обучение и распознавание состояний системы и окружающей среды с подкреплением сигналами от среды взаимодействия в неопределённой, частично наблю- даемой среде. На 3 и 4 уровнях ключевой техно- логией, используемой для построе- ния цифрового двойника, является технология компьютерного инженер- ного анализа (CAE). Во многом имен- но интенсивное развитие технологий математического и имитационного моделирования и инструментов для сквозной интеграции CAD/CAE-систем с PDM/PLM и SCADA позволило перей- ти к практической реализации кон- цепций адаптивного и умного циф- рового двойника на промышленном уровне. И сегодня работы по внедре- нию цифровых двойников своей про- дукции активно ведут такие компании, как госкорпорация «Росатом», АО «Вер- толёты России», АО «ОДК-Климов», ПАО «ОДК-Сатурн» и другие представители российской промышленности. Примеры использования ЦД в разных отраслях В феврале 2021 года в АО «ВНИИАЭС» (входит в «Росатом») стартовали прак- тические работы по созданию перво- го в России и мире так называемого цифрового двойника АЭС малой мощ- ности (АСММ) с реакторной установ- кой РИТМ-200Н и «Шельф-М» (рис. 2). Проект осуществляется при участии АО «ОКБМ Африкантов», АО «НИКИ- ЭТ», АО «Гринатом» и НИУ ВШЭ, биз- нес-заказчиком является АО «Русатом Овервиз». Цифровой двойник АСММ будет включать в себя расчётные коды, моделирующие физические процессы в АСММ (теплогидравлические, ней- тронно-физические, электротехниче- ские) в различных режимах эксплуа- тации, средства моделирования, базы данных и сервисное программное обе- спечение [6].