ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция «Перспективные технологии и производство РКТ двойного назначения»

УДК 629.78:004.9

ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ

ТЕХНИКИ

Н. И. Прокушев, Е. П. Олейников

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: s1krept@gmail.com

Рассматривается концепция цифровых двойников, их функции для производственных предприятий ракетно-космической техники, возможное применение VR и AR технологий в проектировании.

Ключевые слова: цифровой двойник, концепция, ракетно-космическая техника, виртуальная и дополненная реальность.

DIGITAL TWINS IN ROCKET AND SPACE TECHNOLOGY DESIGN

N. I. Prokushev, E. P. Oleynikov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: s1krept@gmail.com

The concept of digital twins, their functions for manufacturers of rocket and space technology, the possible application of VR and AR technologies in design are considered.

Keywords: digital twin, concept, rocket and space technology, virtual and augmented reality.

Ракетно-космическая промышленность является одним из главных направлений развития экономики России, так как имеет не только коммерческий, но и стратегический характер. По мере появления новых технологий, растет присутствие в космическом пространстве государств, а вернее их космических аппаратов. Космос становится еще одним местом возможной угрозы безопасности государства, поэтому осваивать его стало необходимым.

Разрабатываются и воплощаются в жизнь новые проекты космических аппаратов и ракет, и, чтобы обеспечить их качество и сделать разработку менее затратной, широко используются цифровые двойники разрабатываемых продуктов, причем и в гражданской, и в военной сфере.

Цифровой двойник — это цифровая (виртуальная) модель любых объектов, систем, процессов, содержащая в себе подробную информацию о них, необходимую для оптимизации производства и проектирования [1]. Цифровые двойники нужны для симуляции разрабатываемого продукта в будущих условиях его эксплуатации. Они позволяют, как уже было сказано, сэкономить материальные и временные ресурсы на разработке продукта. Кроме того, с помощью цифрового двойника можно устранить ошибки проектирования объекта на стадии его разработки, а не производства, и предотвратить возникновение несчастных случаев или вреда для человека и других объектов окружающей среды.

Концепцию цифрового двойника впервые описал Майкл Гривс в 2002 году [1]. В своей книге «Происхождение цифровых двойников» он разложил их на следующие три части:

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

• Физический продукт в реальном пространстве (непосредственно сам объект, с которого берется первоначальная информация);

• Виртуальный продукт в виртуальном пространстве (цифровая копия объекта с его начальными свойствами или характеристиками);

• Данные и информация, которые объединяют виртуальный и физический продукт.

Гривс считал, что вся информация от изделия в идеальных условиях может быть получена

от его цифрового двойника.

Официально термин «Цифровой двойник» впервые упоминается в отчете NASA о моделировании и симуляции за 2010 год, в котором говорится о сверхреалистичной виртуальной копии космического корабля, обладающей основными свойствами его эксплуатации [1].

Однако цифровые двойники могут создаваться для разных задач, и по этому критерию выделяют следующие их типы:

• Прототип (DTP - Digital Twin Prototype) — содержит, как правило, подробную высокоточную модель, но при этом не включает в себя результатов измерений и отчетов, поступающих от конкретного реального объекта [2];

• Экземпляр (DTI - Digital Twin Instance) — описывает конкретный реальный объект, с которым DTI остается связанным на протяжении всего жизненного цикла, его свойства и эксплуатацию [2];

• Агрегированный двойник (DTA - Digital Twin Aggregate) — вычислительная система из цифровых двойников и реальных объектов, которыми можно управлять из единого центра и обмениваться данными внутри [1].

Типы цифровых двойников

Digital Twin Prototype (DTP) Digital Twin Aggregate (DTA)

Digital Twin Instance (DTI) Рис. 1. Типы цифровых двойников и связь между ними

Цифровые двойники выполняют много функций, среди которых:

• Выполнение быстрых тестовых запусков процессов без особых вложений;

• Обнаружение проблем продукта до того, как будет начато его производство или эксплуатация;

• Повышение эффективности процессов путем отслеживания всех сбоев еще до старта;

• Снижение рисков, повышение уровня безопасности людей и окружающей среды;

• Увеличение конкурентоспособности и прибыльности производства;

• Строительство долгосрочных прогнозов и развитие компании и продукта в дальнейшей перспективе и др. [1].

В зависимости от требуемых функций и свойств могут создаваться следующие цифровые двойники:

• Графическая 3D-модель;

Секция «{Перспективные технологии и производство РКТ двойного назначения»»

• Модель на базе интернета вещей;

• Интегрированные математические модели — такие как CAE-системы (Computer-aided engineering, решения для инженерного анализа, расчетов и симуляций);

• Различные технологии визуализации — включая голограммы, AR (Augmented Reality) и VR (Virtual Reality) [1].

Стоит отдельное внимание уделить технологиям AR и VR, так как их применение в проектировании РКТ имеет большой потенциал.

Промышленность стала отраслью, научившейся наиболее эффективно использовать технологии дополненной и виртуальной реальности для снижения издержек, оптимизации процессов, повышения уровня безопасности и улучшения качества корпоративного образования [3].

В настоящее время существует множество примеров применения технологий VR и AR для улучшения профессиональных качеств и эффективности работающего персонала. Например, в военной сфере используются:

• VR-тренажер для обучения прыжкам с парашютом, позволяющий десантникам тренироваться в условиях полёта и отслеживать правильность своих движений и траектории;

• VR-тренажер, позволяющий военным медикам отработать навыки быстрого действия и реагирования в экстренных ситуациях;

• VR-тренажер для сотрудников полиции, позволяющий сгенерировать сценарий, приближенный к реальным событиям [4].

В перспективе VR и AR технологии в проектировании и производстве РКТ могут использоваться для контрольных проверок качества цифрового двойника и его внешнего вида, симуляции установочных и технологических процессов, а также для обучения персонала к работе и взаимодействиям с новыми объектами.

Таким образом, применение в производстве и проектировании РКТ цифровых двойников в сочетании с другими технологиями, такими как VR и AR, приводит к повышению качества продукта, безопасности, уменьшению рисков и расходов и улучшению профессиональных навыков работников. Однако не все предприятия готовы переходить на рассматриваемые технологии, поскольку этот переход требует серьезных материальных ресурсов и времени.

Библиографические ссылки

1. Зуйкова А.; Что такое цифровые двойники и где их используют; РБК Тренды; URL: https://trends.rbc.ru/trends/industry/6107e5339a79478125166eeb (дата обращения: 03.03.2022).

2. Инфраструктурный центр «Технет» НТИ; Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности. Экспертно-аналитический доклад; [Электронный ресурс]; URL: http://assets.fea.ru/uploads/fea/news/2019/12_december/28/cifrovoy_dvoinik.pdf (дата обращения: 03.03.2022).

3. Подплетько К.; Цифровизация производства: зачем VR/AR технологии нужны промышленности?; Modum Lab; URL: https://modumlab.com/blog/industry (дата обращения: 03.03.2022).

4. Сайт likevr.ru; VR для армии; URL: https://likevr.ru/vr-industry/vr-dlya-armii/ (дата обращения: 03.03.2022).

© Прокушев Н. И., Олейников Е. П., 2022