Логинов Портфолио Статья Встреча с двойником
Заголовок: Встреча с «двойником».
Статья в издании "Вестник цифровой трансформации ОАО «РЖД»".
Ссылка.
Другие публикации здесь.
Как создаются цифровые модели объектов
«Цифровые двойники» появятся у многих объектов Российских железных дорог. Компания находится в начале решения этой масштабной задачи, но пилотные проекты говорят о перспективности данной технологии
Термин «цифровой двойник» ввёл в оборот доктор Майкл Гривс из Университета Мичигана в 2003 году и использовал его на своём курсе по управлению жизненным циклом продукта. Правда, как он сам пишет в своей работе «Цифровой двойник: развитие производства с помощью его виртуальной копии», термин он не придумал, а заимствовал у коллеги из NASA Джона Вискерса.
«Цифровой двойник» – это, упрощённо говоря, компьютерный образ реального физического объекта или группы связанных объектов. Группа может быть какой угодно большой, как, например, завод или транспортная инфраструктура. При гигантских масштабах требуются и соответствующие затраты на создание «цифрового двойника», но эффект от его использования превышает расходы.
Создание «цифрового двойника» начинается с конструкторского чертежа. На первом этапе правильнее говорить не о «двойнике», а о модели изделия. Под «двойником» принято понимать объект, который содержит актуальную информацию, изменяющуюся в реальном времени. Модель же отражает статическое состояние.
«Двойник» представляет ценность, когда точно и полно отражает реальное состояние и процессы, происходящие в его физическом оригинале. В случае с «двойником» уровня предприятий они основаны на информации из информационных систем, например из систем планирования ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning, ERP) и управления взаимоотношениями с клиентами (Customer Relationship Management, CRM).
По словам старшего менеджера группы консультирования в области IT компании KPMG в России и СНГ Максима Аргунова, в России «двойники» несколько лет применяются в нефтегазовом секторе как в добыче, так и в переработке и сбыте, а также в энергетической отрасли. В области транспорта, по его мнению, с помощью «двойников» возможно предиктивное планирование технического обслуживания и ремонта (ТОиР), интеллектуальная диспетчеризация и планирование перевозок.
Технология «двойников» позволяет компаниям переходить на новые модели работы. Например, когда немецкий химический концерн BASF применил эту технологию для вентилей на трубопроводах, по которым подаются опасные вещества, управление задвижками было передано их производителю, компании Endress+Hauser. В итоге эта компания перешла на новую модель работы и теперь поставляет BASF не оборудование, а полный цикл обслуживания трубопроводной арматуры.
Из описания технологии следует, что её можно применить практически на всей железнодорожной инфраструктуре. Только не всегда это целесообразно. Делать трёхмерные модели – это колоссальный труд. К тому же, как и в случае с проектом BASF на химическом производстве, на железной дороге в таких проектах будет участвовать множество смежников – производители и операторы подвижного состава и т.д.
Сейчас компании, работающие в области железнодорожного транспорта, независимо друг от друга используют в своих процессах технологию «цифровых двойников». И сейчас, в 2020 году, на российских железных дорогах наступает этап масштабирования проектов.
Принятый в ОАО «РЖД» подход к созданию «цифровых двойников» определяет четыре основных блока данных для их создания: статичные объекты (например, верхнее строение пути), динамичные объекты (например, локомотивы), процессы (в первую очередь управленческие) и параметры внешней среды (например, макроэкономические или маркетинговые данные), рассказал заместитель начальника Департамента информатизации ОАО «РЖД» Герман Суконников.
Наличие этих четырёх элементов, дополненных алгоритмами пересчёта показателей, позволит моделировать различные сценарии и прогнозировать будущее состояние объекта. То есть «цифровой двойник» будет обладать предсказательной функцией.
Например, такую цифровую модель можно применить для проектирования модернизации станции. Используя целевые показатели по количеству поездов и массе груза, которые необходимо провезти по участку, можно рассчитать количество необходимых дополнительных путей в приёмном и отправном парке. Также можно проанализировать и смежные блоки, например, справится ли с возросшим грузопотоком энергетика.
Сейчас для такого компьютерного моделирования недостаточно оцифрованных данных об имеющихся объектах и процессах. Поэтому существующие базы дополняются новыми параметрами и связями, позволяющими получить цельную картину объекта. Новые инфраструктурные объекты решено проектировать с помощью технологии информационного моделирования (Building Information Modeling, BIM), которая изначально направлена на создание цифровой модели проектируемого объекта. Созданная на стадии проектирования и строительства цифровая модель объекта на этапе его эксплуатации дополняется данными о его фактическом состоянии и выполненных работах. Проехал дефектоскоп, провели комиссионный осмотр, выполнили работы по замене шпал – все эти данные загружаются в модель. Это позволит не просто иметь актуальную информацию об объекте, но и снизить затраты на его содержание за счёт оптимизации планов ремонта и цифрового моделирования различных сценариев работы сети.
Сейчас в РЖД прошли первичную оцифровку более 60 млн объектов и процессов. По ним уже осуществлён переход от бумажных носителей информации к цифровым, рассказали в компании «РЖД-Технологии».
Производители подвижного состава также внедряют технологию «двойников» на своих предприятиях. На ремонтных предприятиях Трансмашхолдинга создана система «цифровой двойник изделия», но она пока не увязана в единый цифровой комплекс со всем производством, рассказывал в 2019 году генеральный директор компании Кирилл Липа.
Группа «Синара» в минувшем году также заявляла о внедрении этой технологии при разработке и производстве новых моделей подвижного состава и путевой техники, а также при проведении сервисного обслуживания машин. Более того, в июне 2019 года она представила программный продукт, позволяющий создавать «цифровой двойник» эксплуатационной работы предприятия. Он поможет выбирать оптимальный вид тяги для перевозки сырья и готовой продукции.
Также важным событием 2019 года стало то, что РЖД и производители локомотивов начали обсуждать, какими данными нужно обмениваться друг с другом для оптимального цифрового управления процессами жизненного цикла локомотива. Цифровизация локомотивного комплекса была основной темой обсуждения участников шестого заседания Совета по взаимодействию ОАО «РЖД» с предприятиями транспортного машиностроения, прошедшего в июле в Новосибирске.
РЖД видят локомотив как ключевой элемент интеллектуальной системы движения поездов. «Он (локомотив) должен стать единым центром сбора информации не только о себе самом, но и о железнодорожной инфраструктуре и других локомотивах», – сказал на заседании главный инженер компании Сергей Кобзев.
В структуре ОАО «РЖД» оцифровкой локомотивов занимается Дирекция тяги. С начала 2019 года дирекция реализует проект «Снижение количества внеплановых ремонтов за счёт оперативного анализа технического состояния локомотива». В публичном пространстве он известен по названию системы, в которую загружаются данные этого проекта, – «Доверенная среда». Планируемое завершение проекта – 1 июля 2023 года.
Основной задачей проекта является разработка предиктивных моделей диагностики оборудования и локомотива в целом с использованием данных, хранимых в «Доверенной среде».
В «Доверенную среду» поступают данные о локомотивах из многих информационных систем ОАО «РЖД», а также с бортов локомотивов, что позволяет накапливать и хранить данные о техническом состоянии локомотива и внешних факторах, воздействующих на него.
В 2019 году были проведены работы по построению предиктивной модели диагностики тягового электродвигателя локомотивов серии 2ЭС6 «Синара». Основной задачей этой модели является выявление предотказного состояния узла до выдачи в эксплуатацию, что позволит повысить надёжность локомотива при следовании его по участку. Сейчас предиктивная модель «угадывает» предотказное состояние узла в 58% случаев. Целевой показатель – 90%.
Доработать проект по локомотиву 2ЭС6 планируют в нынешнем году. Затем его расширят, добавив другие серии локомотивов. Получение эффектов от проекта ожидается уже в 2021 году.
Оценку научно-технического потенциала проектов с применением технологии «цифрового двойника» проводил Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ). Как сообщили в организации, положительные эффекты ожидаются и для производителей, и для эксплуатантов.
Например, ошибки проектирования машин могут быть полностью исключены, картина сервиса и технического состояния локомотива будет полностью открыта для собственника, за счёт увеличения межсервисных интервалов повысится эффективность использования подвижного состава. Кроме того, улучшится логистика запасных частей и, что особенно важно, повысится уровень безопасности при эксплуатации подвижного состава.
На базе ВНИИЖТа реализовано три пилотных проекта, связанных с технологией создания «двойников» на железнодорожном транспорте. Первый – усиление кронштейнов буксовых поводков для электровоза 2ЭВ120. Второй – расчётные исследования конструкций корпусов моторно-осевых подшипников. Цель работы состояла в том, чтобы для парка эксплуатируемых электровозов 2ЭС6 разработать вариант усиления корпуса подшипников и новый корпус для серийного выпуска.
Третий проект – по электродвигателю НБ418К6. «Цифровой двойник» двигателя позволил найти и усилить слабые места агрегата. В результате повысилась надёжность узла и снизилась стоимость обслуживания, срок службы электродвигателей вырос до 25 лет. Как следствие, коэффициент готовности электровоза ВЛ80 увеличен на 10%. Как отметили во ВНИИЖТе, технологию можно не только использовать в области железнодорожного транспорта, но и адаптировать под иные проекты во многих других промышленных отраслях.
Другие публикации по теме IT здесь.
Николай Логинов loginovnnmedia@gmail.com