ВконтактеУправление техническими и технологическими объектами и их диагностика на основе цифрового двойника реального времени
Цифровизация современной промышленности в настоящее время происходит стремительными темпами. Это позволяет существенно ускорять любые бизнес-процессы, повышая производительность и снижая различного рода издержки. Одним из современных трендов применения цифровых технологий в производстве и на транспорте являются "цифровые двойники" сложных технических объектов или технологических процессов (ТО и ТП). Однако, на сегодняшний день "цифровые двойники" в основном представляют собой цифровые копии объектов или процессов, позволяющие прогнозировать поведение ТО и ТП, проводить их оптимизацию, предсказывать их отказ/сбои или корректировать необходимость проведения обслуживания или ремонта отвязано от реального времени.
В настоящее время не существует "цифровых двойников", представляющих собой автоматизированную систему управления ТО и ТП, способную на основе минимальной информации без установки реальных датчиков, а лишь путем взаимодействия с "цифровым двойником" ТО и ТП в реальном времени, при этом понимая, что происходит в периферийной части (места без реальных датчиков) по результатам математических вычислений в "цифровом двойнике", осуществлять интеллектуальное и эффективное управление реальными ТО и ТП, а также проводить анализ их работы с целью оперативного принятия решений в части управления ТО и ТП при частичной автоматизации (цифровой помощник). Помимо этого разработка "цифровых двойников" в целом является трудоемким и длительным процессом, а также существенно отличается по структуре для различных ТО и ТП, что существенно усложняет унификацию и масштабирование на другие объекты. Также в основе разработки как правило, лежат зарубежные дорогостоящие программные продукты по типу "Mathlab & Simulink".
Современное развитие цифровой техники позволяет интегрировать цифровые копии технических объектов или технологических процессов (ТО и ТП) в реальные системы их управления. Вместе с этим современные вычислительные комплексы и компьютеры реального времени, имеют сравнительно небольшие габариты, что позволяет их монтировать непосредственно в кабине управления, что позволяет осуществлять расчет сложных математических моделей поведения ТО и ТП в режиме реального времени, передавая полученные данные по каналу обратной связи на реальные объекты для их эффективного управления. Такой подход позволяет также минимизировать наличие реальных датчиков на ТО и ТП, монтаж которых либо не возможен из-за сложности конструкции, либо сложен или существенно дорог. При этом практически абсолютно любую необходимую для управления и диагностики информацию можно получать от условных виртуальных датчиков прямо из математической модели ТО и ТП в реальном времени, лежащей в основе цифровой модели. Цифровой двойник при управлении позволяет просчитывать возможные сценарии изменения поведения объекта или хода процесса определяя прогнозные значения параметров процесса, что позволяет до момента формирования управляющего воздействия либо в процессе управления обозначать диапазон оптимальных, нежелательных или запрещенных параметров управления, достигая тем самым оптимальности управления, стабильности, безопасности и устойчивости. Диагностика строится на основе сравнения реального поведения объекта или процесса с его эталонной моделью рассчитываемой в режиме реального времени на основании входных данных с датчиков текущего состояния объекта или процесса и задатчиков управляющих воздействий. В случае расхождения показаний реальных и виртуальных датчиков система выявляет и определяет характер и причину отклонения, классифицируя ее как сбой в работе, изменение характеристики исполнительных механизмов, отказ и т.д.
Проект предусматривает разработку автоматизированной системы управления сложным ТО и ТП на основе использования технологии "цифровой двойник" реального времени. Предлагаемое решение представляет собой базовое платформенного программное обеспечение и периферийные устройства, позволяющие оцифровывать процессы, происходящие в ТО и ТП, для значительного расширения области и возможностей их контроля и управления с повышенной точностью и эффективностью, а также анализа получаемых данных для оперативного информирования оператора по принятию решения в части управления при частичной автоматизации.
Предлагаемое решение предполагает унификацию для использования на различных объектах и предприятиях за счет разработки базового платформенного программного обеспечения блок-схемного интерфейса для упрощенного конструирования и программирования цифрового двойника любого ТО и ТП в виде связанных блоков с различными функциями в виде конструктора по типу "Mathlab & Simulink", но существенно проще.
Таким образом на выходе реализации проекта будет программное обеспечение - конструктор "цифрового двойника", а также периферийная аппаратная часть из унифицированных блоков, для оцифровки и сбора минимальной информации о ТО и ТП, способное быть использованным на любом предприятии или оборудовании, что позволит сделать технологию доступной большому спектру предприятий большого, среднего и малого бизнеса, а также способствовать массовому внедрению технологии и развитию реального сектора экономики.
Результатом внедрения проекта будет выявление скрытых потерь, повышение производительности труда, снижение издержек производства (затрат энергоресурсов, количества отходов и выбросов), повышение безопасности и экологичности при управлении и др. Результат будет достигаться за счет снижения человеческого фактора при управлении, автоматизации и быстродействии принятия решений и функций контроля и диагностики, оптимизации параметров управления, повышения объективности и своевременности информации о состоянии технического объекта или технологического процесса.
0