Научная статья на тему 'Розробка архітектури програмного забезпечення прогнозування і управління термогазодинамічними процесами і радіаційним станом нового безпечного конфайнменту ЧАЕС'

Розробка архітектури програмного забезпечення прогнозування і управління термогазодинамічними процесами і радіаційним станом нового безпечного конфайнменту ЧАЕС Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

CC BY
4
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
архітектура програмного забезпечення / цифровий двійник / новий безпечний конфайнмент / прогнозування / управління / термогазодинамічні процеси / радіаційний стан / software architecture / digital twin / new safe confinement / forecasting / management / thermogas-dynamic processes / radiation state

Аннотация научной статьи по экономике и бизнесу, автор научной работы — П. П. Лобода, І. С. Старовіт

Новий безпечний конфайнмент (НБК) – це захисна споруда, збудована над існуючим об’єктом «Укриття», яка включає в собі комплекс технологічного обладнання для вилучення зі зруйнованого четвертого енергоблоку Чорнобильської АЕС матеріалів, що містять ядерне паливо, поводження з радіоактивними відходами та інші системи, призначені для здійснення діяльності з перетворення цього енергоблоку на екологічно безпечну систему. Дах та стіни об’єкту «Укриття» мають велику кількість щілин, через які проникає повітря та радіоактивні аерозолі в основний об’єм НБК, а звідти в довкілля. Через перепади температур, які залежать від пори року та режиму роботи персоналу при розбиранні завалів усередині НБК виникають нестаціонарні термогазодинамічні процеси теплової конвекції та руху повітря. Необхідність управління вологістю повітря для подовження терміну використання НБК та забезпечення радіаційної безпеки вимагають розробки спеціалізованих інформаційних технологій. Метою даної роботи є розробка архітектури програмного забезпечення прогнозування і управління термогазодинамічними процесами і радіаційним станом НБК ЧАЕС на основі технології цифрових двійників. Проведено аналіз архітектури та функціональних можливостей існуючої інтегрованої системи управління НБК. Враховуючи недостатній рівень реалізації потреб у візуалізації та прогнозуванні в ІСУ НБК, зазначено необхідність використання її даних як основи для вирішення задач візуалізації, прогнозу та управління за допомогою цифрового двійника. Визначено основні вимоги до побудови цифрового двійника НБК та на основі огляду основних типів цифрових двійників і наявних підходів до формування їх архітектури представлено узагальнену структурну схему цифрового двійника НБК.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Development of soft ware architecture for forecasting and controlling thermo -gasdynamic processes and the radiation state of the ne w safe confinement of CHNPP

The New Safe Confinement (NSC) is a protective structure built over the existing "Shelter" facility, which includes a complex of technological equipment for the removal of materials containing nuclear fuel, radioactive waste management and other systems from the destroyed fourth power unit of the ChNPP, intended for the implementation of activities for the transformation of this object unit into an environmentally safe system. The roof and walls of the "Shelter" facility have a large number of cracks through which air and radioactive aerosols penetrate into the main volume of the NSC, and from there into the environment. Unsteady thermo-gasodynamic processes of heat convection and air movement occur due to temperature differences that depend on the season and the work regime of the personnel during the dismantling of rubble inside the NSC. The need to manage air humidity to extend the life of NSC and ensure radiation safety requires the development of specialized information technologies. The purpose of this paper is to develop a software architecture for forecasting and management of thermogas-dynamic processes and the radiation state of the ChNPP based on the technology of digital twins. An analysis of the architecture and functionality of the existing integrated management system (ISM) of the NSC was carried out. Taking into account the insufficient level of implementation of the needs for visualization and forecasting in the ISM of the NSC, the need to use its data as a basis for solving the tasks of visualization, forecasting and management with the help of a digital twin is indicated. The main requirements for the construction of a digital twin of the NSC are determined, and based on an overview of the main types of digital twins and available approaches to the formation of their architecture, a generalized structural diagram of a digital twin of the NSC is presented.

Текст научной работы на тему «Розробка архітектури програмного забезпечення прогнозування і управління термогазодинамічними процесами і радіаційним станом нового безпечного конфайнменту ЧАЕС»

УДК 004.853;504.064

https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2022.4.9

П. П. ЛОБОДА

РОЗРОБКА АРХ1ТЕКТУРИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРОГНОЗУВАННЯ I УПРАВЛ1ННЯ ТЕРМОГАЗОДИНАМ1ЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ I РАД1АЦ1ЙНИМ СТАНОМ НОВОГО БЕЗПЕЧНОГО КОНФАйНМЕНТУ ЧАЕС

Новий безпечний конфайнмент (НБК) - це захисна споруда, збудована над Iснуючим об'ектом «Укриття», яка включае в собг комплекс технологгчного обладнання для вилучення з1 зруйнованого четвертого енергоблоку Чорнобильсько'1 АЕС матергалгв, що мгстять ядерне паливо, поводження з радюактивними в1дходами та тшг системи, призначенг для здшснення дгяльностг з перетворення цього енергоблоку на еколог1чно безпечну систему. Дах та стти об'екту «Укриття» мають велику юльюсть щ1лин, через як проникае повгтря та радюактивт аерозолI в основний об'ем НБК, а звгдти в довюлля. Через перепади температур, як залежать вгд пори року та режиму роботи персоналу при розбиранн завал1в усередит НБК виникають нестацюнарнг термогазодина-м1чн1 процеси теплово'1 конвекцИ та руху повтря. Необх1дн1сть управлгння вологгстю повтря для подовження термгну використання НБК та забезпечення рад1ац1йно1 безпеки вимагають розробки спецгалгзованих тфор-мацшних технологш. Метою даноI роботи е розробка архтектури программного забезпечення прогнозування I управлгння термогазодинам1чними процесами I радгацтним станом НбК ЧАЕС на основI технологи цифро-вих двтниюв. Проведено анализ архтектури та функцюнальних можливостей ¡снуючоН ттегровано! системи управлтня НБК. Враховуючи недостатнш ргвень реалгзацИ потреб у вгзуалгзацИ та прогнозуванш в 1СУ НБК, зазначено необхгдтсть використання и даних як основи для виргшення задач вгзуалгзацИ, прогнозу та управлтня за допомогою цифрового двшника. Визначено основн вимоги до побудови цифрового двшника НБК та на основI огляду основних типгв цифрових двтниюв I наявних тдход1в до формування Iх архгтектури представлено уза-гальнену структурну схему цифрового двшника НБК.

Ключовi слова: архтектура программного забезпечення, цифровий двшник, новий безпечний конфайнмент, прогнозування, управлтня, термогазодинамгчнг процеси, радгацшний стан.

DEVELOPMENT OF SOFTWARE ARCHITECTURE FOR FORECASTING AND CONTROLLING THERMO-GASDYNAMIC PROCESSES AND THE RADIATION STATE OF THE NEW SAFE CONFINEMENT OF CHNPP

The New Safe Confinement (NSC) is a protective structure built over the existing "Shelter" facility, which includes a complex of technological equipment for the removal of materials containing nuclear fuel, radioactive waste management and other systems from the destroyed fourth power unit of the ChNPP, intended for the implementation of activities for the transformation of this object unit into an environmentally safe system. The roof and walls of the "Shelter" facility have a large number of cracks through which air and radioactive aerosols penetrate into the main volume of the NSC, and from there into the environment. Unsteady thermo-gasodynamic processes of heat convection and air movement occur due to temperature differences that depend on the season and the work regime of the personnel during the dismantling of rubble inside the NSC. The need to manage air humidity to extend the life of NSC and ensure radiation safety requires the development of specialized information technologies. The purpose of this paper is to develop a software architecture for forecasting and management of thermogas-dynamic processes and the radiation state of the ChNPP based on the technology of digital twins. An analysis of the architecture and functionality of the existing integrated management system (ISM) of the NSC was carried out. Taking into account the insufficient level of implementation of the needs for visualization and forecasting in the ISM ofthe NSC, the need to use its data as a basis for solving the tasks of visualization, forecasting and management with the help of a digital twin is indicated. The main requirements for the construction of a digital twin of the NSC are determined, and based on an overview of the main types of digital twins and available approaches to the formation of their architecture, a generalized structural diagram of a digital twin of the NSC is presented.

Key words: software architecture, digital twin, new safe confinement, forecasting, management, thermogas-dynamic processes, radiation state.

Постановка проблеми

Свгговою стльнотою та державою Укра!на розроблено i виконуеться низка заходiв, спрямованих на зняття з експлуатаци Чорнобильсько! АЕС (ЧАЕС) та перетворення И зруйнованого четвертого енергоблоку на еколо-гiчно безпечну систему. Для забезпечення виконання цих заходiв провiдними науковими i iнженерними уста-новами свиу розроблено i реалiзовано амбiтний план щодо побудови Нового Безпечного Конфайнменту (НБК) об'екту «Укриття» (ОУ). НБК - захисна споруда, яка включае в собi комплекс технологiчного обладнання для вилучення з зруйнованого четвертого енергоблоку Чорнобильсько! АЕС матерiалiв, що мiстять ядерне паливо, поводження з радюактивними ввдходами та iншi системи, призначеш для здiйснення дiяльностi з перетворення цього енергоблоку на еколопчно безпечну систему та забезпечення безпеки персоналу, населення та довшлля. Загальний вигляд НБК та ОУ схематично зображено на рисунку 1 [1].

Рис. 1. Загальний вигляд НБК та ОУ

Створення НБК мае забезпечити безпеку принаймнi найближчi 100 рошв i досягнення амбiтних цшей, серед яких: забезпечення захисту персоналу станцп ЧАЕС, населення та навколишнього середовища вiд впливу джерел ядерно! та ращацшно! небезпеки, що наразi пов'язаннi з самим iснування НБК; створення необхщних умов для здшснення практично! дiяльностi з перетворення ОУ на еколопчно безпечну систему, а саме вилучення залиш-шв ядерного палива, виконання робп по поводженню з радiоактивними ввдходами та демонтажу чи посилення нестабiльних конструкцiй ОУ

Основною проблемою НБК е небезпечний вплив пвдвищеного ращацшного фону в основному об'емi на персонал, який буде там працювати. Дах та стши об'екту «Укриття» мають велику к1льк1сть щiлин, через як про-никае повiтря та радюактивш аерозолi в основний об'ем НБК, а звщти в довк1лля. Через перепади температур усередиш НБК, яш залежать ввд пори року та режиму роботи персоналу при розбиранш завалiв, рiзних тепло-видiлень усередиш НБК виникають нестацiонарнi термогазодинамiчнi процеси теплово! конвекцi! та руху повь тря [1]. Термiн використання НБК становить 100 рошв при умовi тдтримання в його основному об'емi певних характеристик вологостi повiтря, що досягаеться за рахунок прогнозування та управлшня термогазодинамiчними процесами. Важливiсть управлшня волопстю повiтря для подовження терм^ використання НБК пiдтверджу-еться графжом залежностi швидкостi корозi! металу конструкцш споруди в1д вiдносно! вологостi повпря, який наведено на рисунку 2 [1]. Крiм вологостi, НБК потребуе контролю та управлiння великою шльшстю iнших пара-метрiв для тдвищення радiацiйно!, ядерно!, промислово! безпеки та безпеки навколишнього середовища, що неможливо без використання сучасних шформацшних технологш, засобiв автоматики та управлiння. В рамках розробки та супроводження програмного забезпечення для п1дтримки функцiонування НБК залучеш провiднi iнженернi компанi! свиу та науковi установи Укра!ни.

Рис. 2. Залежшсть швидкостi корозil конструкцшноТ сталi вiд в1дносно\' вологостi м(шм|ш

Враховуючи тривалий плановий термш використання НБК дошльно, спираючись на досвгд експлуатаци, наявн доробки провгдних наукових установ Укра!ни, доступ до накопичених iсторичних даних сенсорГв та юную-чих систем контролю ОУ та НБК ЧАЕС, розпочати розробку програмного забезпечення для подальшого розвитку зaсобiв прогнозу та управлшня термогaзодинaмiчними процесами i рaдiaцiйним станом НБК. Одним з напрямшв тако! розробки, який розглядаеться в данш роботi, е створення Цифрового двшника НБК ОУ ЧАЕС (ЦД НБК).

Aнaлiз останшх досл1джень i публжацш

Як показано в iснуючих роботах, прогнозування та управл1ння станом НБК можливо виконати за допомогою сучасних методГв комп'ютерного моделювання з використанням CFD (Computational Fluid Dynamics) моделей, що адекватно описують необхiднi фiзичнi процеси, як1 вгдбуваються в НБК у рiзних умовах [1]. Наприклад, побудовaнi моделi, як1 за допомогою експлуатацшних вимiрювaнь дозволили визначити безперервш неоргaнiзовaнi витрати повiтря з радюактивними аерозолями за меж1 НБК в оточуюче середовище при довiльних напрямках та швидкостях вiтру [2], розглянуп питання розробки спецiaльного програмного i математичного забезпечення для прогнозування i управл1ння вентиляцiйними установками НБК [3]. Запропоновано подходи до побудови архггектури iнформaцiйних технологiй НБК з врахуванням п1дсистеми прогнозування прогнозiв мiсць i концентрaцiй рaдiоaктивних аерозол1в на основi сучасних пiдходiв до управл1ння життевим циклом програмного забезпечення [4]. Недол1ком наведених вище робiт е те, що вони в основному створен як вузькоспрямован моделi (наприклад, тшьки для анал1зу об'емного розподiлу гамма-випромшювання), а також в основному не враховують спiльну 3D геометрш ОУ та НБК, розподш концентраци РА в основному об'емi НБК, осгдання РА на поверхнях п1д НБК та багато iншого.

Необхiднiсть поеднання обробки iсторичних даних щодо НБК, !х вГзуал1зацп, розв'язання задач прогнозування та управлшня визначае доцшьшсть використання технологи цифрових двiйникiв для подальшого удоско-налення його шформацшних систем.

Формулювання мети дослiдження

Метою дано! роботи е розробка архггектури програмного забезпечення прогнозування i управлшня термо-гaзодинaмiчними процесами i ращацшним станом НБК ЧАЕС на основГ технологи цифрових двшнишв. Для досягнення поставлено! мети необхгдно провести aнaлiз aрхiтектури та функцiонaльних можливостей юнуючо! iнтегровaно! системи упрaвлiння (1СУ) НБК, сформулювати вимоги до цифрового двшника та визначити його тип, розробити бaгaторiвневу архитектуру цифрового двiйникa НБК.

Викладення основного мaтерiaлу дослiдження

Функцюнування цифрового двiйникa НБК мае спиратися на наявну iнфрaструктуру збору та обробки шфор-мацп, яка реал1зована в юнуючш iнтегровaнiй системi управлшня та системах автоматики i управлшня. 1СУ НБК призначена для контролю та управлшня виробничим процесом з перетворення зруйнованого енергоблоку №4 ЧАЕС в еколопчно безпечну систему, що включае вилучення ядерного палива, що залишилося, i паливних мaтерiaлiв, роботи по поводженню з рaдiоaктивними выходами та демонтажу нестaбiльних конструкцш об'екта «Укриття» з використанням мiнiмaльного числа персоналу, забезпечуючи при цьому виконання вимог ядерно!, рaдiaцiйно!, пожежно! та промислово! безпеки. 1СУ НБК виконуе нaступнi основн функцп [1]:

- збГр, обробка (включаючи статистичний aнaлiз), передача, реестрaцiя, запис та зберГгання iнформaцi!, отримано! вгд iнформaцiйних систем нижнього рГвня;

- зручне для користувача вiдобрaження даних;

- повтор для користувача зaходiв та аваршних сигнaлiв, що подаються з шдсистем контролю (ПСК), реестра-щя часу появи зaходiв та aвaрiйних сигналГв;

- центрaлiзовaне вгдображення контрольованих пaрaметрiв та iнформaцi! щодо доступносп кожно! ПСК;

- отримання, реестрaцiя та виконання запипв користувача по робот з iнформaцiею (пошук обраних графГч-них зображень, введення та змша даних у бaзi даних i т.д.);

- iнформaцiйне забезпечення користувача шляхом надання доступу як до внутршшх, так i до зовшшшх джерел iнформaцi!;

- самотестування, у тому числ1 контроль стану елеменпв системи верхнього рГвня, кaнaлiв та лшш зв'язку;

- в1дновлення шформацп в1д ПСК до iнтегровaно! бази даних (БД) системи шсля ввдновлення нормального режиму роботи.

ПГсля зак1нчення будiвництвa НБК 1СУ було iнтегровaно з рашше розробленою iнтегровaною iнформaцiйною системою контролю та штегрованою базою даних ОУ

Архитектура 1СУ виконана дворiвневою, розподшеною, вГдкритою, що мае функцiонaльну конфцуращю, яка дозволяе керувати будь-якою подсистемою незалежно в1д Гнших систем [1]. Верхнш рiвень 1СУ включае техшчш засоби людино-машинного iнтерфейсу, ро6очГ станцп з монiторaми, панель aвaрiйного ввдключення, сервери, принтери, пaнелi, що вдображають aвaрiйнi i критичнГ сигнали для експлуатацп. НижнГй рiвень 1СУ включае ш6Гр пiдсистем контролю, !х техшчш засоби та програмш засоби (програмоваш логгчнг контролери, датчики, електроприводи зашрно! i регулюючо! арматури та мехaнiзмiв, комутaцiйнi шафи та Гн.).

1СУ являе собою розподГлену за технолопчним, функцГональним та територГальним принципом систему, в яку штегруються системи контролю та управлшня (СКУ) рГзного призначення та функцГй, серед яких [5]:

- основних кранДв;

- радiацiйного контролю;

- електропостачання та електрообладнання;

- опалення, вентиляцп та кондицiювання повiтря;

- поводження з рiдкими радiоактивними вiдходами;

- будДвельних конструкцiй та сейсмiчного контролю;

- внутрДшнього транспорту.

Наведенi СКУ функцiонують незалежно та забезпечують збiр, обробку, накопичення, вДдображення, аналiз, архДву-вання одержувано! шформацл, видачу звгтно! шформацл, сигналiзацiю про досягнення та перевищення встановлених експлуатацiйних меж контрольованих параметрiв, передачу оброблених даних до системи верхнього рiвня 1СУ

Основною особливДстю побудови 1СУ е злиття техшчних та програмних засобiв у едину систему з використан-ням едино! бази даних. Даш вводяться лише один раз, тсля чого стають доступними для всiх техшчних засобiв. Усi операцп виконуються з використанням единого iнтерфейсу та единих Днструментальних засобiв.

Необхiднiсть доповнення Дснуючо! функцiональностi 1СУ НБК можливостями вГзуалДзацп та прогнозування для управлiння термогазодинамiчними процесами та радiацiйним станом НБК обумовлюе необхiднiсть викорис-тання технологи цифрових двiйникiв.

У загальному випадку цифровим двiйником називають вiртуальний прототип деякого фiзичного об'екта чи процесу, який виконуе збiр та використання цифрово! шформацп. Цифровий двiйник складаеться з двох час-тин: вДзуально! моделi об'екта управлiння та поведДнково! моделi, яка включае вiдповiднi математичш моделi та моделi даних. За сво!м призначенням цифровi двiйники подiляються на цифровi двiйники-прототипи (digital twin prototype), цифровi двшникн-екземпляри (digital twin instance) та цифровi двшникн-агрегати (digital twin aggregate), що поеднують калька цифрових двiйникiв-екземплярiв [6, 7]. За характером зв'язку мДж цифровим двДйником та реальним об'ектом вони подДляються на цифрову модель (автоматизований обмДн даними не вико-нуеться), цифрову тДнь (лише отримують данi з об'екту) та, власне, цифровий двшник (наявний двонаправлений обмiн даними мiж двiйником та об'ектом) [8]. На нашу думку, найбДльш ефективним типом для управлшня НБК е цифровий двшник з двонаправленим обмiном даними. 1снують дек1лька пiдходiв до побудови архгтектури таких цифрових двiйникiв. Як правило, цифровий двшник мае багаторiвневу архитектуру, яка мiстить механiзми вимД-рювання та обмiну даними з реальним об'ектом, локальну базу даних та сховище даних, засоби моделювання, обробки та аналiзу даних [9, 10]. Однак НБК е складною системою з багаторiвневою структурою, яку необхДдно брати до вДдома при виршенш задач прогнозу та управлшня, що не враховано в Дснуючих роботах та вимагае роз-робки нових пiдходiв до побудови архгтектури цифрового двiйника.

Метою розробки цифрового двшника е забезпечення ефективного вирДшення задач мониторингу та прогнозування стану НБК ЧАЕС i прийняття рДшень щодо управлшня ним. Виходячи з цДе! мети та враховуючи специфДку об'екту автоматизаци, можна сформулювати основнД вимоги до архгтектури цифрового двшника. 1нформацДя, яка буде збиратися та оброблятися цифровим двДйником, мае закритий характер, що формуе обмеження на використання рДзномаштних хмарних сервДсДв для !! обробки, зберДгання та аналДзу. ВраховуючД високу складшсть об'екту автоматизаци, для врахування ризикДв проекту розробка та впровадження цифрового двшника мае вДдбуватися на основД моделД еволюцшного життевого циклу [4], використовуючи переваги мДкросервДсно! архгтектури для реалДзаци функцДональних модулДв системи. Модул цифрового двшника мають реалДзовувати функцД! вДзуалДза-ци, прогнозування, аналДзу та шдтримки прийняття рДшень для основних пДдсистем 1СУ НБК (перелДк функцДй залежить вДд особливостей функцДональних шдсистем).

Виходячи з наведених вимог, запропонована архитектура цифрового двшника НБК ЧАЕС, наведена у виглядД структурно! схеми на рисунку 3.

Як видно на рисунку 3, архитектура цифрового двДйника НБК мДстить п'ять рДвнДв. На першому, нижньому рДвнД виконуеться базове управлДння технологДчними процесами НБК за допомогою Дснуючо! штегровано! системи управлшня. Система вГдповДдальна за збДр та накопичення первинних даних щодо функцюнування НБК, контроль та управлшня його поточним станом з використанням датчиков, програмованих логДчних контролерДв та ш.

Для передачД з бази даних 1СУ шформацп, необхДдно! для аналДзу, прогнозування та прийняття рДшень, пропо-нуеться на другому рДвнД реалДзувати сервер комушкацп, АР1 якого забезпечать формування необх1дних вибДрок даних. НаразД архитектура 1СУ НБК не передбачае отримання керуючих команд з Днших систем, тому передачу для виконання прийнятих на верхнДх рДвнях цифрового двшника рДшень здДйснюють користувачД за допомогою наявного Днтерфейсу в 1СУ НБК.

Основу функцДонування цифрового двшника складають базовД шдсистеми, представлеш на третьому рДвнД: бДблДотека моделей, бДблютека алгоритмДв, бази даних та знань, сховище даних, система версюнування та система управлшня змДнами програмного забезпечення.

БДблДотека моделей цифрового двшника мае мДстити комп'ютерт моделД мДкро-рДвня явищ та об'ектДв НБК, засоби Гдентифшацп !х параметрДв та оцшки адекватносп. Цд моделД використовуються як складовД моделей макро-рДвня для прогнозу та прийняття рДшень щодо певних аспектДв функцюнування НБК, шо представлеш на четвертому рДвнД.

БДблДотека алгоритмДв мае забезпечувати обробку даних, !х Днтелектуальний аналДз та прийняття рДшень.

Бази даних та знань призначенД для зберДгання шформацп щодо результатДв прогнозування та прийняття рДшень, продукцДйних правил та Днших компонента для Днтелектуального аналДзу шформацп. 1х структура визна-чаеться при вирДшеннД конкретних завдань з аналДзу та управлшня НБК.

Сховище даних призначене для збер^ання оброблених, унiфiкованих та тдготовлених до анал1зу даних, яи складаються як з шформацп баз даних поточного рiвня iерархi!, так i з даних, отриманих вод 1СУ НБК.

Система версiонування призначена для вщстеження змiн в ключових даних та параметрах моделей, збер^ання iсторi! результатiв прогнозiв, прийнятих ршень, сформованих електронних документiв тощо.

Система управлшня змiнами програмного забезпечення мае давати можливiсть керування проектами модифь кацiй цифрового двiйника, автоматизацп тестування, контролю штеграцп та розгортання.

Наведеш базовi пiдсистеми використовуються в робоп пiдсистем моделювання та прийняття ршень, пред-ставлених на четвертому рiвнi архiтектури цифрового двiйника.

До тдсистем моделювання та прийняття рiшень цифрового двшника НБК пропонуемо включити:

- подсистему радiацiйного контролю;

- подсистему опалення, вентиляцi! та кондицiювання повпря;

- подсистему електропостачання та електрообладнання;

- подсистему будiвельних конструкцш та сейсмiчного контролю.

Набiр цих шдсистем може бути розширено виходячи з вимог до виршення задач управлшня НБК та вимог щодо забезпечення радiацiйноl безпеки.

5. Користувачi 1нтегрований iнтерфейс користувача

_______________________________________1 т______________________________________

\ 4. Пщсистеми моделювання та прийняття рiшень

Пщсистема радiацiйного контролю

Пiдсистема опалення,

вентиляцп та кондицiювання повiтря

Пiдсистема електропостачання та електрообладнання

Пщсистема будiвельних конструкцш та сейсмiчного контролю

"I".....Г

3. Базовi пiдсистеми

Бiблiотека алгоритмiв

Бази даних та знань

Сховище даних

Система версiонування

Система управлiння змшами програмного забезпечення

2. Iнтеграцiя 1СУ з базовими шдсистемами для прогнозування та прийняття ршень

т А

| 1. Базове управлшня I технолопчними процесами

1СУ НБК

Рис. 3. Узагальнена архiтектура цифрового двшника НБК ЧАЕС

Пiдсистеми моделювання та прийняття ршень в загальному випадку можуть мати модульну структуру, до складу яко! входять модул1:

- вДзуалДзацД! поточного та прогнозного стану;

- аналДзу та формування звгтносл;

- класифДкаци та прогнозу стану;

- формування рекомендацш та оцДнки прийнятих рДшень;

- погодження прийнятих рДшень в ДерархДчнДй структурД управлшня та мониторингу !х виконання.

ПерелДк зазначених модулДв може бути змДнено та розширено в залежностД вДд специфДки пДдсистеми.

Реалзацш модулДв пдсистем моделювання та прийняття рДшень, Днших складових цифрового двшника рекоменду-

еться здДйснювати на основД архтектури мжросервДав з використанням захищених протоколДв обмДну даними мДж ними.

На верхньому рДвнД цифрового двшника знаходиться Днтегрований Днтерфейс користувача, що мае забезпечу-вати роботу з тдсистемами в залежностД вДд налаштувань прав доступу користувачДв.

З метою пДдвищення рДвня кДбербезпеки для функцюнування цифрового двшника НБК ЧАЕС слДд використо-вувати закриту локальну шформацшну мережу.

Висновки

В данДй роботД розроблено архДтектуру програмного забезпечення для вирДшення задач прогнозування i управлшня термогазодинамДчними процесами та радДацшним станом НБК ЧАЕС на основД технологи цифрових двшнишв.

Проведено аналДз архДтектури та функцДональних можливостей Дснуючо! штегровано! системи управлДння НБК. Враховуючи недостатнш рДвень реалДзацп потреб у вДзуалДзацД! та прогнозуваннД в 1СУ НБК, зазначено необхДдшсть використання Г! даних як основи для вирДшення задач вГзуалДзацп, прогнозу та управлшня за допо-могою цифрового двшника.

Визначено основнД вимоги до побудови цифрового двшника НБК та на основД огляду основних типДв цифрових двшнишв i наявних пДдходДв до формування !х архДтектури представлено узагальнену структурну схему цифрового двшника НБК.

Розроблена архДтектура цифрового двшника НБК побудована на основД модульного принципу та мае бага-торДвневу структуру, що дозволяе врахувати особливостД функцюнування об'екту автоматизаци та використати можливостД наявних шформацшних систем i засобДв автоматики для вирДшення задач вГзуалДзаци, прогнозування та управлшня термогазодинамДчними процесами та радДацшним станом НБК. Для створення модулДв цифрового двшника пропонуеться використати архитектуру мДкросервДсДв з застосуванням захищених протоколДв обмДну даним, що дасть змогу гнучко розширювати його функцюнальш можливостД.

Список використаноТ лггератури

1. Новый безопасный конфайнмент Чернобыльской АЭС (расчетно-экспериментальный анализ при проектировании и эксплуатации): монография / Круковский П.Г., Метель М.А., Скляренко Д.И. и др.; Под ред. П.Г. Кру-ковского, В.А. Краснова, В.П. Сулимова/ Киев, ООО «Франко Пак», 2019. - 300 с. ISBN 978-966-97864-7-0.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. П.Г. Круковський, £.В. Дядюшко, Д.1. Скляренко, 1.С. СтаровДт. Неоргашзоваш викиди повГтря з радДоак-тивними аерозолями Дз нового безпечного конфайнмента ЧАЕС в оточуюче середовище. Питання атомног науки i техтки. 2021. №6. С. 181-186. D0I:10.46813/2021-136-181.

3. Pysmennyy, Y.,Havrylko, Y., Krukovskyi, P., Starovit, I.,Diadiushko, Y. (2022). Розробка спецДального програмного математичного забезпечення управлшня вентиляцшними установками нового безпечного конфайнменту ЧАЕС, Nuclear & radiationsafety, 2(94) 2022, С. 35-43, DOI: D0I:10.32918/nrs.2022.2(94).04.

4. Bernd Kratz, Florian Wieduwilt, Maxim Saveliev. Pillars for Establishing a Durable and Future-Proof IT Architecture Maturing Along with the NSC: Approaches from Continuous Integration to Service Mesh Mathematical Modeling and Simulation of Systems, Selected Papers of 16th International Scientific-practical Conference, MODS, 2021 June 28-July 01, Chernihiv, Ukraine (pp. 43-57).

5. Новый безопасный конфайнмент. Интегрированная система управления. Проект ИСУ Пояснительная записка: (Отчет) / СП НОВАРКА. - SIP-N-AC-22-B2172- TEN-200-01.

6. Grieves M., Vickers J. Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems. Transdisciplinary perspectives on complex systems. Springer, 2017. P. 85-113.

7. Grieves M. Virtually Intelligent Product Systems: Digital and Physical Twins. Complex Systems Engineering: Theory and Practice. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2019. P. 175-200. D0I:10.2514/5.978162410 5654.0175.0200.

8. Kritzinger W., Karner M., Traar G., Henjes J., Sihn W. Digital Twin in manufacturing: a categorical literature review and classification. IFACPapersOnLine, 2018. Vol. 51, Issue 11. P. 1016-1022.

9. Lu Y., Liu C., Wang K. I-K., Huang H., Xu X. Digital Twin-driven smart manufacturing: connotation, reference model, applications and research issues. Robotics and Computer Integrated Manufacturing, 2020. Vol. 61, P. 1-14. D0I:10.1016/j.rcim.2019.101837.

10. Alam, K. M., El Saddik, A. C2PS: A digital twin architecture reference model for the cloud-based cyber-physical systems. IEEE Access, 2017, Vol. 5. P. 2050-2062. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2657006.

References

1. New safe confinement of the Chernobyl nuclear power plant (calculation-experimental analysis in design and operation): monograph/ Krukovsky P.G., Metel M.A., Sklyarenko D.I. etc.; Ed. P.G. Krukovsky, V.A. Krasnova, V.P. Sulymova/ Kyiv, LLC "Franko Pak", 2019. 300 p. ISBN 978-966-97864-7-0.

2. P.G. Krukovskyi, E.V. Dyadyushko, D.I. Sklyarenko, I.S. Starovit. Unorganized emissions of air with radioactive aerosols from the new safe confinement of the Chernobyl Nuclear Power Plant into the surrounding environment. Issues of atomic science and technology. 2021. No. 6. P. 181-186. D0I:10.46813/2021-136-181.

3. Pysmennyy, Y., Havrylko, Y., Krukovskyi, P., Starovit, I., Diadiushko, Y. (2022). Development of special mathematical software for controlling the ventilation units of the new safe confinement of the ChNPP, Nuclear & radiationsafety, 2(94) 2022, P. 35-43, DOI: D0I:10.32918/nrs.2022.2(94).04.

4. Bernd Kratz, Florian Wieduwilt, Maxim Saveliev. Pillars for Establishing a Durable and Future-Proof IT Architecture Maturing Along with the NSC: Approaches from Continuous Integration to Service Mesh Mathematical Modeling and Simulation of Systems, Selected Papers of 16th International Scientific-practical Conference, MODS, 2021 June 28-July 01, Chernihiv, Ukraine (pp. 43-57).

5. New safe confinement. Integrated management system. ISM project. Explanatory note: (Report) / SP NOVARKA. - SIP-N-AC-22-B2172-TEN-200-01.

6. Grieves M., Vickers J. Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems. Transdisciplinary perspectives on complex systems. Springer, 2017. P. 85-113.

7. Grieves M. Virtually Intelligent Product Systems: Digital and Physical Twins. Complex Systems Engineering: Theory and Practice. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2019. P. 175-200. D0I:10.2514/5.978162410 5654.0175.0200.

8. Kritzinger W., Karner M., Traar G., Henjes J., Sihn W. Digital Twin in manufacturing: a categorical literature review and classification. IFACPapersOnLine, 2018. Vol. 51, Issue 11. P. 1016-1022.

9. Lu Y., Liu C., Wang K. I-K., Huang H., Xu X. Digital Twin-driven smart manufacturing: connotation, reference model, applications and research issues. Robotics and Computer Integrated Manufacturing, 2020. Vol. 61, P. 1-14. D0I:10.1016/j.rcim.2019.101837.

10. Alam, K. M., El Saddik, A. C2PS: A digital twin architecture reference model for the cloud-based cyber-physical systems. IEEE Access, 2017, Vol. 5. P. 2050-2062. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2657006.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.