28.12.2021 12:53
    Рубрика:

    Как устроены цифровые двойники и зачем они нужны

    С 1 января 2022 года в России начнет действовать национальный стандарт цифровых двойников изделий. Он вводится впервые в мировой практике. Уникальный ГОСТ содержит единые определения самого цифрового двойника, виртуальных испытаний, полигонов и так далее - всего одиннадцать новых терминов. В разработке стандарта участвовали специалисты центра "Новые производственные технологии" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, более 20 высокотехнологичных предприятий и отраслевых институтов.

    Цифровой двойник - это компьютерная модель реального объекта или процесса, которая воспроизводит его состояние в различных условиях. Масштаб может быть разным: от небольшой детали до целого предприятия. Важно, что виртуальная копия может появиться раньше самого изделия - в этом заключается одна из главных особенностей цифрового "брата".

    - Ключевые конкурентные преимущества создаются еще на этапе разработки изделия - это мировой тренд, - пояснил проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель центра компетенций "Новые производственные технологии" Алексей Боровков на форуме в Петербурге. - Когда изделие уже выпущено, остается только мониторить его техническое состояние, при необходимости слегка модернизировать и так далее. Но существенно изменить что-то уже невозможно. Поэтому надо максимально улучшать технические и потребительские характеристики изделия на этапе разработки.

    С цифровыми двойниками процесс пойдет быстрее и обойдется дешевле. В качестве примера эксперт привел двигателестроение. Для того чтобы довести изделие до необходимых характеристик, требуется с десяток опытных образцов и множество дорогостоящих испытаний - от лабораторных до натурных. В 1980-е годы их список состоял из 46 пунктов!

    Цифровой двойник позволяет смоделировать все ситуации на виртуальных испытательных стендах и полигонах. В итоге он сокращает число испытаний и сроки вывода изделия на рынок, снижает себестоимость его разработки. Символом такой компьютерной модели стал кубик Рубика: в собранном виде каждая его грань отвечает за совокупность характеристик - экономику, экологию, прочность и так далее. Это идеал, которого надо достичь в процессе виртуальной сборки кубика.

    Компьютерная модель поможет и на следующих этапах производства и эксплуатации. Как отметил Алексей Боровков, когда новая разработка поступает на завод, технологи зачастую говорят: "Отличное решение, но мы не можем его применить, поскольку у нас другое оборудование". Подобные ограничения можно учесть в цифровом двойнике, при этом идеальное решение тоже останется. Более того, оно будет не единственным.

    - Цифровая трансформация позволяет работать по десяти-тридцати траекториям проектирования. В результате мы получаем пять-десять решений, которые удовлетворяют требованиям заказчика. Но на рынок выводится только одно - то, что превосходит по характеристикам заданное на старте. При этом остаются еще как минимум четыре варианта. Мы в таких случаях говорим: "Двойники сидят в засаде". Материализовать их можно очень быстро - за одну-две недели. То есть цифровые модели обеспечивают не только создание продукции мирового уровня, но и гарантированное развитие, - убежден Алексей Боровков.

    Экономисты уже видят эффект от цифрового моделирования в таких отраслях, как машиностроение и строительство. Среди прочего оно усиливает межотраслевую кооперацию. Бывшие конкуренты начинают объединяться, потому что инвестиции в "цифру" - дело дорогое. Но без них не обойтись: цифровые технологии создают будущее промышленности.

    - РФ приняла поправки в Гражданский кодекс, по которым мы теперь можем в 3D-модели фиксировать инженерное изделие как результат интеллектуальной деятельности, - подчеркнула советник декана экономического факультета МГУ Елена Тищенко. - В результате цифровое моделирование формирует настоящий актив машиностроения, строительной и других отраслей. Можно создавать цифровые библиотеки из проектов типовых конструкций, которые повсеместно применяются, к примеру, в нацпроектах. Появление такого актива выводит нас на новый растущий рынок, который оценивается в 400 миллиардов долларов.

    Цифровые модели начинают проникать не только в промышленность, но и в биомедицину, прогнозирование эпидемиологических ситуаций, сельское хозяйство и многие другие сферы жизни. С помощью таких технологий можно даже моделировать социально-экономические процессы.

    Однако их применение еще не стало повсеместной практикой в России, отметил заместитель министра промышленности и торговли РФ Олег Рязанцев.

    - Цифровые двойники - это новая философия, основа четвертой промышленной революции. Но пока наши конструкторские бюро и заводы в недостаточной степени применяют эти технологии. Надо проанализировать, что необходимо для увеличения числа цифровых двойников, их внедрения в производство. В результате у нас будет появляться новая высокотехнологичная продукция, - считает представитель Минпромторга.

    Эксперты сходятся во мнении, что отказ от цифровых технологий приведет к безнадежному отставанию во всех сферах. Мир цифровизуется гораздо быстрее, чем ожидалось, этот процесс сильно ускорила пандемия, отмечалось на петербургском форуме.

    Тем временем

    В ближайшие годы основным трендом будут самодостаточность, расчет на собственные стандарты и производство, подчеркнул специальный представитель президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития Дмитрий Песков. По его словам, на смену импортозамещению должно прийти импортоопережение. Это означает, что надо создавать собственные цифровые продукты, а затем пытаться масштабировать их на другие страны.

    Кстати, российским стандартом цифровых двойников уже заинтересовались во многих государствах. Впервые за последние годы зашла речь об экспорте стандартов.