Методология построения цифровых двойников на железнодорожном транспорте

Четвертая промышленная революция охватывает все направления экономической деятельности человека, в том числе и области, связанные с проектированием и эксплуатацией различных изделий (здание атомной станции, грузовой вагон, МЭМС-устройства и т. д.) на протяжении всего их жизненного цикла. Одним из основных инструментов цифровой трансформации промышленности под новые конкурентные требования является цифровой двойник (Digital Twin), который всегда строится для конкретного физического объекта. Внедрение в жизненный цикл грузового вагона технологии цифровых двойников позволит повысить экономическую эффективность на всем его протяжении.

Эффективное применение технологии цифрового двойника возможно только при создании адекватной виртуальной модели окружающего этот физический объект пространства. В этой связи прогнозирование поведения конструкции при движении на основе высокоточной модели цифрового двойника физического объекта требует создания виртуального пространства, в котором будет реализован виртуальный полигон, обеспечивающий возможность математического моделирования движения. Для этого необходимо создавать виртуальные стенды и полигоны, на которых можно будет проводить численные испытания. Создание качественного виртуального пространства позволит резко снизить количество проводимых натурных испытаний, изучить влияние большего числа параметров на эксплуатационные характеристики физического объекта.

Создание и применение цифровых двойников согласуется с целями, задачами и планом мероприятий Стратегии развития транспортного машиностроения РФ на период до 2030 г. Внедрение цифровых двойников в железнодорожном транспорте, в частности грузовом подвижном составе, позволит правильно назначать срок службы, сроки межремонтного пробега, повысить эффективность эксплуатации, собрать информацию о реальной нагруженности и т. д. Для сохранения конкурентных преимуществ перед другими видами транспорта вагоностроительной отрасли необходимо развиваться в сторону внедрения элементов четвертой промышленной революции, в том числе и цифровых двойников.

1. Большая российская энциклопедия: [в 35 т.]. Т. 27 / гл. ред. Ю. С. Осипов. М.: Большая российская энциклопедия, 2015. С. 585 – 586.

2. Sanfelice R. G. Analysis and Design of Cyber-Physical Systems. A Hybrid Control Systems Approach // Cyber-Physical Systems: From Theory to Practice / D. Rawat, J. Rodrigues, I. Stojmenovic (Eds.). Boca Raton, Florida: CRC Press, 2016.

3. Outcomes enabled by digital twins [Электронный ресурс]. URL: https://www.ge.com/digital/applications/digital-twin (дата обращения: 07.12.2020 г.).

4. Finite-Element Modeling and Thermal Analysis of the RT-70 Radio Telescope Main Reflector / A. I. Borovkov [et al.] // Proceedings IV th Int. conf. “Antenna Theory and Techniques” (Sevastopol, 9 – 12 September 2003). New York: IEEE, 2003. P. 651 – 654.

5. Орлова А. М. Иерархически-итерационный метод выбора параметров силовых характеристик и конструктивных решений подвешивания тележек грузовых вагонов // Транспорт Урала. 2008. № 2 (17). С. 35 – 42.

6. Gantz J., Reinsel D. The digital universe in 2020: Big data, bigger digital shadows, and biggest growth in the far east. [S. l.]: IDC Analyze the Future, 2013. P. 1 – 16.

7. Grieves M. Virtually Intelligent Product Systems. Digital and Physical Twins, in Complex Systems Engineering: Theory and Practice / S. Flumerfelt [et al.] (Eds.). New York: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2019. P. 175 – 200.

8. Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности. Экспертно-аналитический доклад [Электронный ресурс] // Инфраструктурный центр «Технет» НТИ. М., 2019. URL: https://technet-nti.ru/article/ekspertno-analiticheskij-doklad-cifrovye-dvojniki-vvysokotehnologichnoj-promyshlennosti (дата обращения: 07.12.2020 г.).

9. Грузовые вагоны на пике спроса [Электронный ресурс] // Институт проблем естественных монополий (ИПЕМ): [сайт]. URL: http://ipem.ru/news/publications/1845.html (дата обращения: 07.12.2020 г.).