CC BY
59ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ И ПУТИ СООБЩЕНИЯ
(RAILWAY TRANSPORT & COMMUNICATION ROUTES) УДК 625.11
Качилов Д.Б.
студент
Красноярский институт железнодорожного транспорта Иркутский государственный университет путей сообщения
(Россия, г. Красноярск)
Научный руководитель: Левицкая В.А.
кандидат технических наук, доцент Красноярский институт железнодорожного транспорта Иркутский государственный университет путей сообщения
(Россия, г. Красноярск)
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ «ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК»
Аннотация: в качестве одного из определяющих направлений научно-технологического развития холдинга "РЖД" является реализация проекта "Цифровая железная дорога ОАО "РЖД". В рамках проекта предполагается создание цифровых объектов, которые бы позволяли не только в реальном времени оценивать состояние объектов в эксплуатации, но и выполнять предиктивную аналитику, прогноз технического состояния объектов инфраструктуры, подвижного состава, составлять графики планируемых ремонтов. Применение технологии «цифровой двойник» способствует поддержке принятия решений по содержанию инфраструктуры железнодорожного транспорта, пересмотру и более рациональному использованию денежных ресурсов на текущее содержание машинного оборудования.
Ключевые слова: экономика, экономическая эффективность, цифровые технологии, цифровая модель, цифровая тень, цифровой двойник.
Согласно Стратегии научно-технологического развития холдинга "РЖД" одним из главных факторов повышения эффективности деятельности является освоение и применение передовых инновационных технологий и технических средств. Наука имеет все более возрастающее значение в обеспечении инновационного развития компании, в первую очередь за счет разработки и освоения передовых технологий. В процессе развития холдинга предполагается переход к передовым цифровым, аппаратно-программным, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным комплексам, новым материалам и способам конструирования; создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта, электронного ведения технической документации. [1]
В рамках реализации проекта "Цифровая железная дорога ОАО "РЖД" рассматривается создание цифровых объектов, диагностика и прогнозирование как средства для формирования и поддержания в актуальном состоянии комплексного электронного описания объектов и субъектов производственной деятельности, с последующим решением сложных управленческих задач. [1]
В конце XX в. при реализации концепции CALS-технологий возникает понятие «цифровая модель», которое является цифровым представлением проектируемого или существующего объекта, все изменения которого должны осуществляться вручную. Цифровая модель (рис. 1) может описать объект с различной степенью точности, а также использоваться для описания физических явлений. Однако она нашла широкое применение лишь на этапе проектирования, т.к. позволяла учитывать лишь первоначальные данные, а вносить новые необходимо было вручную. [3]
Рисунок 1. Цифровая модель делового центра.
Из-за ограниченности потенциала цифровой модели впоследствии возникали идеи связать цифровой и реальный объекты с помощью технологий мониторинга состояний объекта, т.е. осуществить между ними обмен данными. Это позволяло реальному объекту влиять на цифровую модель, а также на основе полученных данных выявить закономерности, с помощью которых можно спрогнозировать поведение реального объекта в будущем. Такую цифровую модель начали называть «цифровой тенью» физического объекта. [3]
Однако, не смотря на все плюсы, цифровая тень была лишь этапом к переходу к новой цифровой модели, так как имела ряд недостатков:
Применение лишь в повторяющихся или не сильно отличающихся друг от друга задачах;
невозможность моделирования различных ситуаций, которые происходили с объектом в прошлом;
наличие большого количества избыточной неинформативной информации.
Следующим шагом было внедрение нового подхода, который основывался на построении и применении «цифровых двойников» физических
объектов, где в качестве объекта понимается не только изделие, но и процесс, технология, компонент, система или совокупность изделий (рис. 2). [3]
Рисунок 2. Цифровой двойник моста.
Согласно Майклу Гривсу, одному из основоположников концепции цифровой двойник, для создания цифровой модели необходимо существование: физического объекта и его физического окружения виртуального объекта и его виртуального окружения каналов связи и центров анализа информации, которые организуют передачу и обработку информации как от физического объекта к виртуальному, с помощью систем мониторинга, так и от виртуально к физическому, с помощью команд, сигналов или предупреждении.
Основное отличие цифровой тени от цифрового двойника это наличие виртуальной модели, максимально точно описывающей связанный с ней реальный объект. [3]
Немаловажным является отличие их систем для хранения информации. Цифровая тень использует систему Big Data. В ней происходит сбор информации с помощью множества датчиков, но большая её часть является неинформативной и занимает большой объем пространства для хранения.
Цифровой двойник же использует систему Smart Big Data. В отличие от Big Data датчики расположены в критических точках объекта, что позволяет производить непрерывную валидацию цифрового объекта. Остальная часть данных берется от цифрового двойника, где производятся многодисциплинарные и многомасштабные исследования. Это снижает объем неинформативной информации, повышает прозрачность и наглядность процессов генерации и обработки данных. [3]
На железной дороге цифровой двойник является динамической совокупностью единичных объектов, таких как инфраструктура, железнодорожные станции, локомотивы, вагоны и поезда. Наличие датчиков на объекте, позволит наглядно увидеть работу его конструкции в режиме реального времени, а также непрерывно получать данные о его техническом состоянии. [4]
Цифровая модель
Описание объекта с различной степенью точности
Учет физических характеристик объекта
Варианты размещнния объекта в пространстве
Расчет стоимости каждой детали объекта
Цифровая тень
Мониторинг состояния при эксплуатации
Прогнозирование за счет выявления закономерностей
Уточнение модели в режиме реального времени
Цифровой двойник
Объект не только изделие, но и процесс, технология и т.д
Передача данных от виртуального объекта к физическому
Рисунок 3. Возможности цифровой модели, цифровой тени и цифрового двойника.
В свою очередь информация о техническом состоянии позволит выявлять дефекты или повреждения на начальной стадии, что повысит безопасность эксплуатации, а также увеличит межсервисный интервал и позволит перейти к плану технического обслуживания по фактическому состоянию объекта. Благодаря этому можно заранее заказать и подготовить детали к замене, что приведет к отказу от хранения больших площадей запасных частей для ремонта объекта, планированию затрат на ремонт оборудования. Отказ от больших площадей запасных деталей приведет к снижению затрат на содержание этих зданий, а планирование затрат и ремонта к уменьшению финансовых потерь,
связанных с простоем оборудования из-за его поломки. В сумме все эти факторы приведут к ощутимому росту доходов и снижению расходов предприятия.
На сегодняшний день в ОАО «РЖД» проведена работа по разработке и апробации цифрового двойника инфраструктурного комплекса на пилотном участке МЦК Владыкино - Белокаменная, разработан проект концепции реализации данной технологии в инфраструктурном комплексе ОАО «РЖД». В настоящее время цифровой двойник оформлен Центральной дирекцией инфраструктуры как новая инициатива Стратегии цифровой трансформации ОАО «РЖД». [5]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ОАО "Российские железные дороги" Распоряжение от 17 апреля 2018 г. N 769/р Об утверждении стратегии научно-технологического развития холдинга "РЖД" на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года (Белая книга)
2. Об утверждении Стратегии развития транспортного машиностроения Российской Федерации на период до 2030 года и плана мероприятий по ее реализации : Распоряжение №1756-р от 17.08.2017. 4 с. Доступ из справ. правовой системы «КонсультантПлюс»
3. Шевченко Д.В. Методология построения цифровых двойников на железнодорожном транспорте. Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ). 2021;80(2):91-99. https://doi.org/10.21780/2223-9731 -2021-80-2-91 -99
4. «Умный вагон». Железнодорожник №5 2018. 2018;5.
5. Как идет цифровая трансформация в ОАО «РЖД». Газета Гудок [сайт] URL: https: //gudok.ru/content/infrastructure/1550612/
Kachilov D.B.
student
Krasnoyarsk Institute of Railway Transport Irkutsk State University of Railway Transport (Russia, Krasnoyarsk)
Scientific advisor: Levitskaya V.A.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Krasnoyarsk Institute of Railway Transport Irkutsk State University of Railway Transport (Russia, Krasnoyarsk)
ECONOMIC FEASIBILITY OF APPLICATION DIGITAL TWIN TECHNOLOGIES
Abstract: one of the defining directions of scientific and technological development of the Russian Railways holding is the implementation of the project "Digital Railway of JSC Russian Railways". Within the framework of the project, it is planned to create digital objects that would allow not only to assess the condition of objects in operation in real time, but also to perform predictive analytics, forecast the technical condition of infrastructure facilities, rolling stock, and make schedules for planned repairs. The use of digital twin technology contributes to decision-making support for the maintenance of railway transport infrastructure, revision and more rational use of monetary resources for the current maintenance of machinery.
Keywords: economy, economic efficiency, digital technologies, digital model, digital shadow, digital twin.
