Что такое цифровые двойники простыми словами с примерами
Цифровой двойник (англ. Digital Twin) — цифровая копия физического объекта или процесса, помогающая оптимизировать эффективность бизнеса. Концепция «цифрового двойника» является частью четвёртой промышленной революции и призвана помочь предприятиям быстрее обнаруживать физические проблемы, точнее предсказывать их результаты и производить более качественные продукты.
15 сентября 2021 года приказом Росстандарта был утвержден национальный стандарт серии «Численное моделирование» - ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения».
Как отмечает Росстандарт, ГОСТ Р 57700.37–2021 является полностью отечественной разработкой. Впервые в мире вводится нормативный документ, сфокусированный на создании изделий с помощью технологии цифровых двойников, а не оцифровке производственной инфраструктуры и логистики, и устанавливается соответствующее единое определение «цифрового двойника изделия».
«Цифровой двойник – это передовая технология, созданная на пересечении материального и цифрового миров, которая становится драйвером устойчивого экономического развития компаний в рамках четвертой промышленной революции. Активное применение данной технологии наблюдается во всех отраслях. Учитывая это, крайне важна своевременная разработка и принятие нормативно-технических документов, регулирующих применение передовых технологий для создания изделий.»
Проректор по цифровой трансформации СПбПУ
Алексей Боровков
Примечания
- Цифровой двойник разрабатывается и применяется на всех стадиях жизненного цикла изделия.
- При создании и применении цифрового двойника изделия участникам процессов жизненного цикла (по ГОСТ Р 56135) рекомендуется применять программно-технологическую платформу цифровых двойников».
В основе цифрового двойника изделия лежит цифровая модель изделия, которая в свою очередь является «системой математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающей структуру, функциональность и поведение вновь разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла, для которой на основании результатов цифровых и (или) иных испытаний по ГОСТ 16504 выполнена оценка соответствия предъявляемым к изделию требованиям. …».
Цифровой двойник разрабатывается и применяется на всех стадиях жизненного цикла изделия, изменяясь на каждой стадии. Наполнение и функциональность цифрового двойника зависит от стадии жизненного цикла изделия. Наибольший вклад от внедрения данной технологии возможен на стадии разработки изделия, где закладываются ключевые преимущества, обеспечивающие конкурентоспособность производимого изделия и повышение скорости его вывода на рынок.
Цифровой двойник двойнике не нужно путать с «цифровой тенью» производственного процесса или эксплуатируемого продукта. «Цифровая тень» уже давно используется в разных индустриях по всему миру, обычно для мониторинга технического состояния эксплуатируемого объекта, но обладает лишь «свойством памяти», то есть «помнит» лишь то, что уже происходило, и потому мало что дает, например, с точки зрения предупреждения аварийных ситуаций – в то время как цифровой двойник обладает «прогностическим» потенциалом и позволяет таких ситуаций избежать. В силу большого количества собирающих данные об объекте датчиков, установленных на физическом объекте, «цифровая тень» может предупредить о «штатном износе» узлов и агрегатов, но не способна предсказать аварийную ситуацию, которая зачастую зависит от неблагоприятного сочетания многих факторов. Ещё одной характерной отличительной чертой цифрового двойника является то, что он «подсказывает», что измерять и как измерять для получения заданного результата – то есть куда и как правильно установить датчики, чтобы получить необходимые данные.
Новизну Стандарта подчеркивает тот факт, что из 27 приведенных в документе определений 11 вводятся впервые: так, впервые даются такие определения, как
- «адекватность модели»
- «валидация модели изделия»
- «цифровая модель изделия»
- «цифровые (виртуальные) испытания»
- «цифровой (виртуальный) испытательный стенд»
- «цифровой (виртуальный) испытательный полигон»
Стандарт начнет действовать с 1 января 2022 года и распространится на изделия машиностроения, однако, при необходимости, на его основе в дальнейшем могут разрабатываться стандарты, устанавливающие требования к цифровым двойникам изделий различных отраслей промышленности с учетом их специфики.
Примерами того, как применение новых производственных технологий (цифровых двойников, виртуальных испытательных стендов и полигонов) позволяет значительно ускорить разработку и снизить её себестоимость, а также достичь принципиально новых потребительских качеств изделия, могут служить:
- созданный с нуля за 2 года электромобиль «КАМА-1»;
- разработка несущей системы грузового автомобиля;
- конструктивные решения для авиационного газотурбинного двигателя;
- технологические решения для универсальной платформы проектирования электротранспорта CML-CAR™;
- семейство многоцелевых высокооборотных дизельных двигателей;
- технические решения и прототипы устройств для создания глобально конкурентоспособных газовых турбин;
- принципиально новая конструкция системы очистки бурового раствора;
- принципиально новая конструкция антарктических саней для перевозки сверхтяжелых крупногабаритных грузов;
- концепт и элементы конструкции перспективного самолета-амфибии;
- виртуальные испытательные полигоны «Крыло», «Вертолет» – и другие высокотехнологичные решения.
Интересно, что данные технологии применяются не только в машиностроении, но и, например, для изучения поведения внутренних органов торса человека при внешнем механическом воздействии. Напомним, что с начала деятельности Центра НТИ СПбПУ в 2018 году специалистами Центра было выполнено более 250 НИОТКР проектов с применением технологии цифровых двойников.
Справка
Уникальная серия национальных стандартов ГОСТ Р 57700, первые стандарты которой появились в 2017 году, объединяет уже более 25 документов по стандартизации и формирует систему нормативных технических требований для применения компьютерных моделей и виртуальных испытаний в процессе создания и обеспечения эксплуатации высокотехнологичных промышленных изделий, в том числе военной техники.
