ГК «ПЛМ Урал»: зачем нужны цифровые двойники?

цифровой двойник гк плм урал

 

Одним из главных мировых трендов цифровизации промышленности является создание цифровых двойников, которые позволяют увидеть продукт, услугу или работу производства еще на этапе планирования. О появлении виртуальных прототипов и эффективности их применения на практике в ГК «ПЛМ Урал» рассказывает директор Владимир Власов.

«Цифровой двойник появился как результат развития компьютерных систем инженерных расчетов. Эти результаты использовались конструкторами для проверки своих решений. В начале речь шла о расчетах критичных узлов, но постепенно мы смогли расширить их практически на все процессы, протекающие внутри изделия, включая внутреннее взаимодействие.

Таким образом, объединив все получаемые нами данные в одной среде и соединив их с геометрическими моделями деталей и узлов, мы получили виртуальный образ изделия и возможность моделировать его поведение в разных условиях эксплуатации, проверять на прочность все узлы, отрабатывать режимы работы изделия на критических режимах и так далее.

То, что раньше делалось с реальным прототипом, к примеру, автомобиль разбивался о бетонный блок, теперь можно отследить на мониторе компьютера, не тратя время и деньги на изготовление физического прототипа. А это значит, что, имея цифровую модель, мы можем провести полный комплекс испытаний изделия, не покидая пределы конструкторского бюро. Уже по результатам этих испытаний можно внести корректировки в процессы, исправить ошибки и отладить режимы эксплуатации. Это и называется цифровой прототип, который служит конструкторам.

Далее начинается процесс изготовления реального изделия, которое отправляется к пользователю (заказчику), например, в виде установки турбины гидроэлектростанции. В этот момент встает очередной вопрос: можем ли мы использовать наш цифровой прототип во время эксплуатации изделия, ведь он может показать то, что происходит в месте, не всегда нам доступном? Например, какой-то датчик демонстрирует незапланированное повышение температуры или вибрацию на объекте, а прототип моделирует эту ситуацию и подсказывает нам, что происходит. На деле оказывается, что использование цифрового двойника в процессе эксплуатации сопровождается рядом сложностей.

Первая проблема заключается в том, что такой цифровой двойник требует больших вычислительных ресурсов. На начальном этапе мы использовали сложные программы конечно-элементного анализа, требующие часов, дней и даже недель, отведенных на расчеты. Пока мы конструировали изделие, у нас не было ограничений по времени, но в период эксплуатации мы не обладаем столькими временными запасами на получение конечных результатов. Чтобы удовлетворить требованиям быстрого отклика нам предстоит преобразовывать сложные модели прототипа в более простые быстродействующие модели.

Еще одна сложность – изменение состояния изделия в процессе его эксплуатации. Если прототип подразумевает идеальное состояние выпущенного продукта, то в реальности происходит износ деталей изделия и их замена, поэтому для каждого экземпляра готовятся индивидуальные математические модели под фактические параметры. Например, в случае износа подшипников нужно закладывать вероятность роста зазора в соединении.

Наконец, третьей особенностью создания и использования цифрового двойника в процессе эксплуатации является интерфейс пользователя. Если инженерные расчеты для конструктора проводят квалифицированные инженеры-расчетчики, владеющие технологиями построения моделей, то оператор, той же турбины, не обладает такой квалификацией.

Это значит, что для него необходимо разработать достаточно простой и понятный интерфейс, который позволит оператору контролировать процесс моделирования.

Таким образом, упростив виртуальные модели, настроив их под фактические параметры, создав интерфейс пользователя и объединив этот программный комплекс через датчики с конкретным физическим объектом, мы получаем готового и эффективного цифрового двойника.

Что он изменит и какую пользу принесет? Прежде всего  более полный контроль всех процессов, происходящих в ходе эксплуатации изделия. Например, цифровой двойник сможет отслеживать ситуацию даже в тех местах, где невозможно установить датчики. И это важно, главным образом, для сложных промышленных объектов, чтобы исключить катастрофические последствия, связанные с риском возникновения аварий.

Еще одна практическая ценность цифровых двойников заключается в переходе от планового обслуживания, когда замена узлов ведется по фиксированному графику, к обслуживанию по результатам полученных данных о фактическом состоянии изделия. Это, в свою очередь, позволит сэкономить время и ресурсы.

Цифровой двойник, в конечном счете, позволяет предприятиям проигрывать разные ситуации, моделировать критические режимы эксплуатации и предсказывать поведение изделия в нестандартных условиях. А это значит, работать на опережение и предупреждать риски»,  говорит директор ГК «ПЛМ Урал» Владимир Власов.

Оставьте заявку
Наш менеджер свяжется с вами
Оставить заявку