CC BY
1961Q ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ Компетентность / Competency (Russia) 3/2022
DOI: 10.24412/1993-8780-2022-3-10-13
Национальный стандарт Российской Федерации в области цифровых двойников
Рассматривается ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения». Приводится перечень впервые вводимых определений, анализируется функциональность цифрового двойника в зависимости от стадии жизненного цикла изделия. Делается вывод об эффективности применения технологии цифровых двойников изделий
Е.А. Сысоева1
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева», д-р экон. наук, доцент, sysoewa@mail.ru
1 заведующая кафедрой, г. Саранск, Республика Мордовия, Россия
Для цитирования: Сысоева Е.А. Национальный стандарт Российской Федерации в области цифровых двойников // Компетентность / Competency (Russia). — 2022. — № 3. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-3-10-13
ключевые слова
технологии цифровых двойников, жизненный цикл изделия, виртуальная модель, опытный образец, нормативный документ
условиях глобальной конкуренции переход к эффективным высокотехнологичным производствам стал актуальной проблемой. Благодаря стремительному развитию информационных технологий появилась возможность сбора, хранения, передачи и анализа больших массивов данных, что привело к пересмотру стандартных подходов к управлению производственными процессами на предприятиях. Во многих странах мира разработаны и приняты программы стратегического развития промышленности, например «Платформа индустрия 4.0» (Германия), «Сделано в Китае-2025» (КНР), «Фабрика будущего» (Франция), «Национальная технологическая инициатива» (Россия) и др. Все они направлены на повышение производительности труда, внедрение современных наукоемких технологий, рост экономической эффективности предприятий.
Реализация этих стратегий предусматривает развитие автоматизации предприятий, масштабную цифрови-зацию производственных процессов. Столь фундаментальные изменения диктуются необходимостью быстрого и точного моделирования продукта, его технологии для экономии ресурсов, сохранения рентабельности производства в условиях, когда запрос на выпуск кастомизированной продукции (то есть индивидуализированной под запросы конкретных потребителей) существенно возрос.
Подход, позволяющий объединить технологии автоматизации и описывающий процесс взаимодействия виртуального (данные, поступающие с датчиков, математические и геометрические модели) и физического (станки, исполнительные механизмы, роботы) миров, получил название
«Цифровой двойник» (Digital Twin, DT). Компания Gartner (США) — ведущая мировая исследовательская и консалтинговая компания, член S&P 500, — в 2018 году включила цифровые двойники в список десяти стратегически важных технологий [1].
В России разработка цифровых двойников ведется в рамках направления TechNet Национальной технологической инициативы, которое нацелено на развитие передовых производственных технологий и создание высокотехнологичной промышленности. Согласно дорожной карте Национальной технологической инициативы до 2024 года 250 российских предприятий должны использовать цифровые двойники, а затраты на их внедрение составят 145 млрд руб.
В сентябре 2021 года Росстан-дарт утвердил ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения» [2]. Это первый нормативный документ, сфокусированный на создании изделий с помощью технологии цифровых двойников, а не оцифровки производственной инфраструктуры и логистики, первый в серии национальных и отраслевых стандартов по цифровым двойникам, планируемых к разработке в ближайшее время.
Элементы технологии цифровых двойников изначально стали распространяться на Западе, однако именно российские ученые первыми систематизировали свой успешный опыт в этой сфере и закрепили его в формулировках стандарта. Документ касается изделий машиностроения и станет отправной точкой для разработки отраслевых стандартов, устанавливающих требования к цифровым двойникам изделий
различных отраслей промышленности с учетом их специфики.
Современный уровень развития науки и техники позволяет создавать математические и компьютерные модели, описывающие с высокой степенью адекватности поведение изделий промышленности на всех стадиях жизненного цикла. Объединив различные математические и компьютерные модели в единую систему, можно получить цифровой двойник — новую сущность, которая позволяет всесторонне описать изделие и системно осуществить его разработку, производство и эксплуатацию. Классификацию компьютерных моделей, согласно данному стандарту, рекомендуется выполнять по ГОСТ Р 57700.22-2020 «Компьютерные модели и моделирование. Классификация» [3].
ГОСТ Р 57700.37-2021 установил единое определение понятия «цифровой двойник изделия» (ЦД), под которым понимается система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с ним и (или) его составными частями [2].
Как следует из определения, в основе цифрового двойника изделия лежит его цифровая модель — «система математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающая структуру, функциональность и поведение вновь разрабатываемого или эксплуа-
тируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла, для которой на основании результатов цифровых и (или) иных испытаний по ГОСТ 16504-81 [4] выполнена оценка соответствия предъявляемым к изделию требованиям» [2].
Следовательно, цифровой двойник — это виртуальная модель изделия, которая анализирует данные, поступающие из информационных систем компании, в автоматическом режиме выявляет проблемные точки, дает рекомендации по планированию работ, поставкам ресурсов и т.п.
Новизну стандарта подчеркивает тот факт, что из 27 приведенных в документе определений 11 вводятся впервые: «адекватность модели», «валидация модели изделия», «ва-лидация программного обеспечения компьютерного моделирования», «верификация программного обеспечения компьютерного моделирования», «многоуровневая система требований», «сертификация программного обеспечения компьютерного моделирования», «цифровая модель изделия», «цифровой двойник изделия», «цифровые (виртуальные) испытания», «цифровой (виртуальный) испытательный стенд» и «цифровой (виртуальный) испытательный полигон».
Разработанный стандарт определяет общие положения по созданию цифровых двойников как для вновь разрабатываемых, так и для ранее спро-
справка
S&P 500 (Эс энд Пи 500) — фондовый индекс, в корзину которого включено 505 акций 500 публичных компаний, торгуемых на фондовых биржах США, имеющих наибольшую капитализацию. Список принадлежит компании Standard & Poor's. Индекс публикуется с 4 марта 1957 года. В качестве базового периода для расчета взяты 19411943 гг., базовое значение — 10. Индекс S&P 500 конкурирует по популярности с промышленным индексом Доу Джонса и считается барометром американской экономики
Национальный стандарт ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. ГОСТ Р 57700.37-2021 Цифровые двойники изделий. Общие положения» определяет общие положения разработки и применения цифровых двойников изделий.
Документ разработан ФГУП «Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ — ВНИИЭФ») совместно со специалистами Центра НТИ «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) в соответствии с Программой национальной стандартизации на 2020 год и Программой национальной стандартизации на 2021 год. Работа выполнялась в рамках деятельности ТК 700 «Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии». Для разработки стандарта в рамках ТК 700 была создана рабочая группа «Цифровые двойники», активное участие в работе которой приняли полномочные представители 25 высокотехнологичных предприятий и отраслевых институтов России, таких как ФГУП «Крыловский государственный научный центр», ФГУП «ВНИИ «Центр», Концерн ВКО «Алмаз-Антей», Корпорация «Тактическое ракетное вооружение», ФГУП «ЦАГИ», Госкорпорация Роскосмос, Госкорпорация Росатом и др.
Список литературы
1. Царев М.В., Андреев Ю.С. Цифровые двойники
в промышленности: история развития, классификация, технологии, сценарии использования // Известия вузов. Приборостроение. — 2021. — Т. 64. — № 7.
2. ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели
и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения; https://internet-law.ru/gosts/ gost/75810/.
3. ГОСТ Р 57700.22-2020. Компьютерные модели
и моделирование. Классификация; https://docs. cntd.ru/document/573114585.
4. ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания
и контроль качества продукции. Основные термины и определения; https://docs.cntd.ru/ document/1200005367.
5. ГОСТ Р 56136-2014. Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Термины и определения; https://docs.cntd.ru/ document/1200114158.
ектированных или уже эксплуатируемых изделий.
Согласно данному стандарту, цифровой двойник разрабатывается и применяется на всех стадиях жизненного цикла изделия. Наполнение и функциональность цифрового двойника зависят от стадии жизненного цикла изделия. Причем стандартом установлено, что жизненный цикл изделия следует рассматривать в соответствии с ГОСТ Р 56136-2014 «Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Термины и определения» [5]. Действие стандарта распространяется на стадии разработки (ЦД-Р), производства (ЦД-П) и эксплуатации (ЦД-Э) изделия.
На стадии разработки изделия внедрение технологии цифровых двойников позволит улучшить качество его проектирования, обеспечить выполнение технических и тактико-технических требований, сократить количество проводимых испытаний опытного образца и повысить их результативность, усовершенствовать проработку конструкторской документации изделия на технологичность.
Внедрение технологии цифровых двойников на стадии производства серийных изделий даст возможность откорректировать и (или) разработать технологическую документацию на изделие в зависимости от конкретных производственных условий.
Использование технологии цифровых двойников на стадии эксплуатации изделия должно обеспечивать автоматизацию и обоснованное планирование применения изделия в зависимости от его функциональных свойств и технического состояния, а также принятие решений о техническом обслуживании и ремонте изделия в случае проведения мероприятий технической эксплуатации.
Наибольший вклад от внедрения данной технологии возможен на стадии разработки изделия, где закладываются его ключевые преимущества, обеспечивающие конкурентоспособность производимого изделия и повышение скорости его вывода на рынок. Применение
цифровых двойников позволит в ходе виртуальных испытаний быстрее проводить проверку изменений, вносимых в конструкцию изделия и его составных частей, анализировать влияние изменений показателей одних составных частей на другие и на этой основе принимать обоснованные решения.
С целью технической эксплуатации и модернизации изделия применение цифрового двойника даст возможность определить оптимальное количество датчиков, которое необходимо разместить на изделии для сбора данных для его дальнейшего использования.
В результате принятый стандарт позволит заказчикам, разработчикам, пользователям изделий, созданных по технологии цифровых двойников, пользоваться категориями в рамках единого семантического пространства.
Применение новых производственных технологий (цифровых двойников, виртуальных испытательных стендов и полигонов) значительно ускорит разработку изделия и снизит ее себестоимость, поможет достичь принципиально новых потребительских качеств изделия, что подтверждается примерами, такими как:
► созданный за два года электромобиль «КАМА-1»;
► технологические решения для универсальной платформы проектирования электротранспорта CML-CAR™;
► разработка несущей системы грузового автомобиля;
► принципиально новая конструкция основного элемента системы очистки бурового раствора — вибросито;
► конструктивные решения для авиационного газотурбинного двигателя;
► технические решения и прототипы устройств для создания глобально конкурентоспособных газовых турбин;
► семейство многоцелевых высокооборотных дизельных двигателей;
► принципиально новая конструкция антарктических саней для перевозки сверхтяжелых крупногабаритных грузов;
► концепт и элементы конструкции перспективного самолета-амфибии;
► виртуальные испытательные полиго-
ны «Крыло», «Вертолет» и другие высокотехнологичные решения.
Данные технологии применяются не только в машиностроении, но и, например, при изучении поведения внутренних органов торса человека при внешнем механическом воздействии.
Таким образом, стандарт ГОСТ Р 57700.37-2021 является первым в мире нормативно-техническим документом, устанавливающим определение, общие положения и требования к созданию и применению цифровых двойников из-
делий. Технология разработки цифровых двойников изделий создана на пересечении материального и цифрового миров и становится драйвером устойчивого экономического развития компаний в условиях цифровой экономики. Применение технологии цифровых двойников позволит сократить количество циклов разработки, производства и испытаний опытных образцов изделия, а также уменьшить количество изменений, вносимых в конструкцию при их производстве и испытаниях. ■
Статья поступила в редакцию 20.02.2022
Kompetentnost / Competency (Russia) 3/2022
ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-3-10-13
TECHNICAL REGULATION 13
The World's First National Standard of the Russian Federation in the Field of Digital Twins is Adopted
Е.А. Sysoeva1, FSBEI HE N.P. Ogarev National Research Mordovian State University, Assoc. Prof. Dr. (Ec.), sysoewa@mail.ru.
1 Head of Department, Saransk, Republic of Mordovia, Russia
Citation: Sysoeva E.A. The World's First National Standard of the Russian Federation in the Field of Digital Twins is Adopted, Kompetentnost / Competency (Russia), 2022, no. 3, pp. 10-13. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-3-10-13
key words
digital twin technologies, product life cycle, virtual model, prototype, regulatory document
References
I studied the national standard GOST R 57700.37-2021 Computer models and modeling. Digital doubles of products. General provisions. It is the world's first document establishing general provisions and requirements for the creation and use of digital product doubles. I believe that the greatest contribution from the introduction of this technology is possible at the stage of product development, where key advantages are laid that ensure the competitiveness of the manufactured product and its early market launch. During virtual tests, the use of digital doubles allows you to speed up the verification of changes made to the design of the product and its components, analyze the impact of changes in the indicators of some components on others and make informed decisions on this basis. I believe that the use of digital product twins technology is extremely effective, since it allows you to significantly speed up development, reduce its cost and achieve fundamentally new consumer qualities of the product.
1. Tsarev M.V., Andreev Yu.S. Tsifrovye dvoyniki v promyshlennosti: istoriya razvitiya, klassifikatsiya, tekhnologii, stsenarii ispol'zovaniya [Digital twins in industry: history of development, classification, technologies, usage scenarios], News of universities. Instrumentation, 2021, vol. 64, no. 7, pp. 517-531.
2. GOST R 57700.37-2021 Computer models and simulation. Digital twins of products. General provisions; https://internet-law.ru/gosts/ gost/75810/ (In Russian).
3. GOST R 57700.22-2020 Computer models and simulation. Classification; https://docs.cntd.ru/document/573114585 (In Russian).
4. GOST 16504-81 The state system of testing products. Product test and quality inspection. General terms and definitions; https://docs. cntd.ru/document/1200005367 (In Russian).
5. GOST R 56136-2014 Life cycle management for military products. Terms and definitions; https://docs.cntd.ru/document/1200114158 (In Russian).
