Роль цифрового двойника в современном машиностроении

Что такое цифровой двойник в автомобилестроении и почему без него проектирование уже почти невозможно рассказал Алексей Боровков, руководитель инжинирингового центра (CompMechLab) Санкт-Петербургского политехнического университета: «Начать разговор о цифровых двойниках следует с проекта первой реакции национального стандарта ГОСТ Р»Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения.» Этот стандарт определяет положение разработки цифровых двойников высокотехнологичных промышленных изделий. Для нас было важно впервые в нормативно-правовой документации дать определение цифровой модели.  Это система верифицированных и валидированных математических, компьютерных моделей и электронных документов изделия, описывающих поведение вновь разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла, использующая программные средства импорта и экспорта моделей и электронных документов, программные средства численного решения задач, компьютерного моделирования, а также — визуализации. А цифровой двойник —  это цифровая копия физического объекта или процесса, помогающая оптимизировать эффективность бизнеса. То есть, изделие уже есть, оно спроектировано и эксплуатируется, на нем устанавливается IT-связь и датчики. Поступающие данные обрабатываются, чтобы оптимизировать режимы эксплуатации и спрогнозировать поведение. Ключевые преимущества цифрового двойника создаются на ключевом этапе — на этапе разработки. Всего существует 3 цифровых двойника: 1-ой стадии (разработки), 2-ой стадии (производство), 3-ей стадии (эксплуатация). Появление таких двойников требует разработки множества математических моделей, адекватных реальным составным частям автомобиля и процессам, которые в нем происходят. Это и геометрические модели конструкции, и физико-механические модели поведения разных материалов, из которых состоит автомобиль. В кузове автомобиля полторы тысячи деталей и 7 – 8 тысяч сварных точек, которые надо распределить так, чтобы обеспечить прочность транспортного средства. Необходимо создать зоны деформации – чтобы при возможном лобовом столкновении в результате ДТП двигатель за миллисекунды ушел вниз, а не врезался в салон. Мы провели сотни тысяч виртуальных испытаний, смоделировали для цифровых двойников все возможные ситуации, которые могут в будущем случиться с автомобилем. Кроме того, был создан цифровой двойник не только автомобиля, но и всех производственных операций по его изготовлению – литья, сварки и сборки. Данная технология применима в любом машиностроении. Производство, в том числе цифровое, в крупных мировых компаниях давно налажено. В этом плане Россия отстает. Однако мы во многом опережаем мир в разработке «цифровых двойников» на этапе проектирования. Цифровые двойники также используется в умных автомобилях. Датчики IoT установлены на транспортном средстве, чтобы они могли отправлять или получать информацию от своего цифрового близнеца. Данные, собранные с датчиков, позволяют отслеживать рабочее состояние автомобиля, а также выявлять его проблемы на ранних этапах, чтобы избежать дорогостоящего ремонта. Например, компания Tesla использует Digital Twin в каждом своем автомобиле. Tesla олицетворяет собой новый подход к устранению проблем в работе автомобиля, от незначительных и до серьезных, просто загружая обновления программного обеспечения удалённо. Постоянная передача данных между транспортными средствами через их идентификационный номер и заводами Tesla помогает улучшать качество продукции. Можно сказать, что внедрение технологии цифрового двойника вместе с машинным обучением, искусственным интеллектом, интернетом вещей и наукой о данных сделало практически все, что было трудно представить себе десятилетие назад, возможным».