Цифровые двойники как основа цифровой трансформации технической эксплуатации автомобилей в рамках четвертой технологической революции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цифровые двойники как основа цифровой трансформации технической эксплуатации автомобилей в рамках четвертой технологической революции

Денисов А.С.1, Куверин И.Ю.2

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.1

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.2

Аннотация. В работе рассматривается возможность проведения цифровой трансформации технической эксплуатации автомобилей на основе использования цифровых двойников. Приведен опыт внедрения цифровых двойников рядом компаний. Также показаны основные направления развития технической эксплуатации, необходимые для практического внедрения цифровых двойников в систему технического обслуживания и ремонта автомобилей.

Ключевые слова: цифровой двойник, техническая эксплуатация, четвёртая технологическая революция, модель, автомобиль.

Концепцию цифровых двойников впервые представил публике в 2002 году Майкл Гривз, профессор Мичиганского университета. В своем докладе, посвященном управлению жизненным циклом продукта (PLM), он рассказал о возможностях, открывающихся при создании виртуального пространства, которое дублировало бы реальное пространство и обменивалось с ним информацией. Через год ученый опубликовал статью «Цифровые двойники: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода». После этого термин «цифровой двойник» (англ. Digital Twin) прочно вошел в обиход и с каждым годом получает новое наполнение.

Итак, базовая концепция не сложна для понимания: цифровой двойник - это цифровая копия физического объекта или процесса. В принципе, сама идея не так нова, как кажется. Цифровые модели для производства новых изделий на предприятиях используются достаточно давно. Но раньше в большинстве случаев после получения готового продукта виртуальную модель отправляли в архив. В концепции «цифрового двойника» виртуальная модель не отбрасывается после создания изделия, а используется в связке со своим физическим двойником на протяжении всего жизненного цикла: на этапах тестирования, доработки, эксплуатации и утилизации.

«Цифровой двойник - это обучаемая система, состоящая из комплекса математических моделей разного уровня сложности, уточняемая по результатам натурных экспериментов, позволяющая получить первый натурный образец изделия, соответствующий требованиям технического задания, а также предсказывающая его поведение на всем жизненном цикле» - такое определение, например, сформировано специалистами Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), которая является одним из драйверов внедрения данной технологии у нас в стране.

Таким образом, важное свойство цифрового двойника заключается в том, что он должен быть постоянно обновляемым представлением реального физического продукта или процесса. Цифровой двойник - это динамическая, а не статическая модель реального объекта. При эксплуатации физического изделия информация с его датчиков, отчеты от пользователей и другие данные непрерывно передаются цифровому двойнику. Ответом из виртуального пространства в реальное становятся различные прогнозы и оценки, которые могут использоваться для улучшения работы и обслуживания реального объекта [1].

Концепция четвертой промышленной революции («Индустрии 4.0») была сформулирована в 2011 году на Ганноверской выставке. Участники мероприятия определили ее как внедрение «киберфизических систем» в заводские процессы. Ожидается, что она приведет к слиянию технологий и размоет границы между физической, цифровой и биологической сферами [2].

Наиболее эффективным применение Цифровых Двойников является для продукции со следующими критериями:

Сопровождение продукции квалифицированным специализированным сервисом (контроль состояния, мониторинг, техническое сопровождение)

Длительный жизненный цикл изделия (5..70 лет)

Большое количество экземпляров установленного оборудования

Широкий диапазон и многообразие условий эксплуатации

Труднодоступность изделия для проведения обслуживания

Это весьма обширный список критериев, под которые подпадает продукция из различных отраслей промышленности, таких как энергетика (атомная, нефтегазовая, турбомашиностроение); авиационные двигатели и системы; сложное промышленное оборудование (насосы, приводы, пр.); железнодорожные и автомобильные транспортные системы; медицинское оборудование. цифровой двойник эксплуатация автомобиль

Автомобильная промышленность является трендсеттером среди всех отраслей серийного производства (рендсеттер -- человек, задающий моду, обозначающий ее тенденции). Она развивается высокими темпами и является драйвером новой эры цифровизации. Благодаря цифровизации автоиндустрия трансформирует идеи в успешные проекты - транспортные средства быстрее и эффективнее [3].

На сегодняшний день при эксплуатации оборудования различают три основные стратегии управления его технического обслуживания и ремонта (ТОиР):

техническое обслуживание по событию (ТОС) или реактивное обслуживание;

планово-предупредительный ремонт (ППР);

обслуживание по фактическому состоянию (ОФС).

Техническое обслуживание по событию предполагает замену вышедших из строя деталей по факту их поломки, что зачастую увеличивает стоимость ремонта и время вынужденного простоя при проведении работ.

Планово-предупредительный ремонт является наиболее распространенным на сегодняшний день видом технического обслуживания и подразумевает замену деталей через определенные временные интервалы, которые определяются с помощью расчета среднестатистического времени наработки на отказ.

Наиболее передовым видом ТО является обслуживание по фактическому состоянию. Оно подразумевает устранение отказов оборудования путем интерактивной оценки технического состояния оборудования по совокупности данных, поступающих с его датчиков и определения оптимальных сроков проведения ремонтных работ.

Цифровой Двойник является одним из инструментов ОФС, который позволяет промоделировать различные варианты полных и частичных отказов, работу устройств с учетом режимов их работы, воздействий окружающей среды и различной степенью износа деталей [4].

С ростом всеобщей осведомленности бизнеса о преимуществах цифровых двойников многие отрасли начали применять этот инструмент на своих производственных линиях, и автомобильная промышленность в том числе. Рынок производства автомобилей вкладывает большие средства в разработку новых автомобилей с помощью этой технологии. Инженеры могут создать виртуальный образ транспортного средства, который включает в себя различные составляющие автомобиля: внешний вид, его программное обеспечение, агрегатную часть и электрику, а также смоделировать физическое поведение конечной модели.

Цифровые двойники также используется в умных автомобилях. Датчики IoT (интернет вещей) 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 (VIN) и заводами Tesla помогает улучшать качество продукции с каждым днем [5].

Специалисты НТИ «Автонет» видят возможность применения блокчейн-технологий на базе корпоративных автопарков [6]. Они полагают, что в скором будущем автомобили получат своих цифровых двойников, которые позволят моделировать поведение деталей, узлов, материалов и самой машины в различных условиях эксплуатации.

Автомобили оснастят телеметрическими датчиками, данные с которых будут поступать в распределенные реестры в режиме реального времени и храниться на блокчейн. Это позволит следить за износом деталей и узлов, а также делать точные прогнозы поломок и своевременно делать замену или устранять причину дефектов. В этом случае с помощью блокчейн можно будет сохранить всю информацию об автомобиле за период его производства и эксплуатации. В плоть до самой мельчайшей детали. Потребитель сможет узнать, где она была произведена, когда установлена. Таким образом, использование контрафакта будет сведено к минимуму, а безопасность автомобилей и срок их службы повышены.

В настоящее время существует ряд систем для удаленного контроля технических средств, использующих телематическое оборудование. Данные системы используются для контроля транспортных средств в различных автопарках, а также для единичных транспортных средств, отвечающим заявленным требованиям. В настоящее время успешно работаю такие системы как: система JDLink, США, DEERE & COMPANY- «Дистанционная оптимизация работы и логистики машин» и система SCANIA FLEX, Швеция, Scania AB -- «Персональный гибкий план технического обслуживания».

Основными задачами таких систем является контроль технического состояния, например, с целью предупреждения аварийных ситуаций, и мониторинг условий и режимов работы, с целью прогнозирования остаточного ресурса [7].

В качестве примера на рисунке 1 приведено представление цифрового двойника для аккумуляторного блока в гибридном автомобиле.

Таким образом в ближайшем будущем основным вектором развития технической эксплуатации автомобилей будет являться развитие встроенных средств диагностирования технического состояния и дальнейшее развитие методов прогнозирования изменения технического состояния автомобилей на основе современных достижений научно-технического прогресса. Кроме того, для практической реализации представленной концепции развития технической эксплуатации автомобилей необходимо расширение знаний специалистов по эксплуатации автомобилей в области электроники, телемеханики, робототехники.

Рисунок 1 - Наглядное представление цифрового двойника для аккумуляторного блока в гибридном автомобиле [8]

Библиографический список

1. Цифровой двойник: экспериментируя с будущим [Электронный ресурс] // Официальный сайт Государственной корпорации по содействию разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции «Ростех». 2019. URL: https://rostec.ru/news/tsifrovoy-dvoynik-eksperimentiruya-s-budushchim/ (дата обращения: 19.11.2019).

2. Как России не пропустить технологическую революцию [Электронный ресурс] // Цифровая Россия: [сайт]. [2018]. URL: http://digital-russia.rbc.ru/articles/kak-rossii-ne-propustit-tekhnologicheskuyu-revolyutsiyu/ (дата обращения: 19.11.2019).

3. Цифровизация выводит производительность на новый уровень [Электронный ресурс] // Официальный сайт корпорации Сименс. 2019. URL: https://new.siemens.com/ua/ru/markets/avtomobilnaya-promyshlennost.html (дата обращения: 19.11.2019).

4. Цифровой Двойник (Digital Twin) [Электронный ресурс] // Официальный сайт ADFEM CIS -- элитного партнера и центра компетенции ANSYS. 2019. URL: https://www.cadfem-cis.ru/service/digital-twin/ (дата обращения: 19.11.2019).

5. «Цифровые двойники» в автомобильной промышленности [Электронный ресурс] // Официальный сайт консалтинговой компании NFP. 2019. URL: https://nfp2b.ru/2019/08/01/tsifrovye-dvojniki-v-avtomobilnoj-promyshlennosti/ (дата обращения: 19.11.2019).

6. «Цифровой двойник» автомобиля на блокчейн [Электронный ресурс] // Блокчейн и криптовалюты в России: [сайт]. [2019]. URL: https://cryptorussia.ru/news/cifrovoy-dvoynik-avtomobilya-na-blokcheyn (дата обращения: 19.11.2019).

7. Фукс В. А. Универсальная система удаленной диагностики транспортных средств // Молодой ученый. -- 2019. -- №12. -- С. 40-44. -- URL https://moluch.ru/archive/250/57481/ (дата обращения: 17.11.2019).

8. Ed Fontes Цифровые двойники и проектирование аккумуляторов на основе численного моделирования блокчейн [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании COMSOL Group 2019. https://www.comsol.ru/blogs/digital-twins-and-model-based-battery-design?setlang=1 (дата обращения: 19.11.2019).

Features of the circuitry solution of use of piezometers by development of diagnostic aids of cars

Denisov A.S.1, Kuverin I.Y.2

The Yuri Gagarin State Technical University of Saratov1

The Yuri Gagarin State Technical University of Saratov2

Abstract. The paper considers the possibility of digital transformation of the technical operation of vehicles through the use of Digital Twin. The experience of introducing Digital Twin by a number of companies is given. It also shows the main directions of development of technical operation necessary for the practical implementation of Digital Twin in the system of maintenance and repair of automobiles.

Key words: Digital Twin, technical operation, fourth technological revolution, model, car.

Размещено на Allbest.ru