СПбПУ: CML-Bench Платформа по разработке цифровых двойников

Основные статьи:

• САПР Системы автоматизированного проектирования
• Цифровой двойник (Digital Twin of Organization, DTO)

2024: Применение технологии цифровых двойников в железнодорожном машиностроении

Специалисты Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (НЦМУ СПбПУ) впервые применили методы цифрового инжиниринга и технологию цифровых двойников в разработке элементов подвижного состава железнодорожного транспорта. Работа ведется на базе российской разработки – цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench. Об этом 15 марта 2024 года сообщили представители СПбПУ.

СПбПУ

Как сообщалось, существующие методики расчетов в железнодорожном машиностроении были разработаны еще в середине XX века на основе опытных данных. Они имеют достаточную качественную сходимость (результаты компьютерного моделирования качественно совпадают с поведением реального объекта) для уже существующей техники, однако для разработки техники зачастую эти методики оказываются неэффективными, так как не учитывают множество факторов, связанных с особенностями материалов и конструкций, предполагаемых режимов и условий эксплуатации подвижного состава.

В основе технологии цифровых двойников лежит матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, позволяющая учитывать множество факторов, что сложно сделать без применения передовых цифровых технологий, математического и компьютерного моделирования на основе моделей с высоким уровнем адекватности реальным материалам, конструкциям и эксплуатационным режимам. Высокотехнологичная промышленность развивается именно в этом направлении, так как мы все больше переносим процесс разработки промышленных изделий в цифровое пространство и поэтому очень своевременным стало утверждение Правительством РФ стратегического направления в области шифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности, которое впервые вводит понятие цифровой сертификации как специализированного бизнес-процесса, основанного на тысячах и десятках тысяч цифровых (виртуальных) испытаний как отдельных компонентов, так и системы в целом, целью которого является прохождение с первого раза всего комплекса натурных, сертификационных и прочих испытаний. объяснил практическую значимость применения методов цифрового инжиниринга в железнодорожном машиностроении проректор по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, руководитель Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» Алексей Боровков

Специалисты Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» СПбПУ разработали архитектуру цифрового двойника экипажной части локомотива и создали математические и компьютерные модели составных частей тележки локомотива. Также инженеры создали более 40 виртуальных испытательных стендов и виртуальный испытательный полигон для многочисленных цифровых испытаний и проверок соответствия элементов конструкции матрице требований и целевых показателей, предложили применить методы анализа видов и последствий потенциальных отказов конструкции и методы расчета стоимости жизненного цикла конструкции, основываясь на информации, генерируемой с помощью цифрового двойника изделия.Догнать и перегнать: Российские ВКС прирастают новыми функциями 8.9 т

Кроме того, специалисты НЦМУ СПбПУ разработали другие подходы для проведения расчетных проверок методами мультидисциплинарного компьютерного моделирования и систему обмена данными между моделями, а также программные модули для сбора и обработки результатов моделирования на цифровой платформе CML-Bench (R).

Применение технологии цифровых двойников и российского программного обеспечения позволяет оптимизировать положительный экономический эффект по критериям качества, скорости и стоимости разработки. На март 2024 года в результате оптимизации достигается результат по обоснованному снижению металлоемкости различных частей конструкций тележек на 14% с учетом показателей прочности и ресурса согласно матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. То есть конструкция сохраняет свои габаритные ограничения, прочностные характеристики, но имеет меньшую массу, а значит и материалоемкость. Применение цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML–Bench позволяет оптимизировать сроки проведения и анализа многовариантного моделирования и провести обоснованный выбор конструкторских решений, тем самым сокращая сроки разработки от двух и более раз по сравнению с традиционным цифровыми подходами. отметил к.т.н. Юрий Житков, руководитель отдела системного инжиниринга НЦМУ «Передовые цифровые технологии» СПбПУ, научный сотрудник

В ближайшие годы команда специалистов планирует дальнейшее дополнение методик и подходов к проектированию сложной железнодорожной техники, комплексную интеграцию виртуальных испытательных стендов с целью развития технологии цифровых двойников изделий на базе цифровой платформы CML-Bench, развитие системы хранения и обмена данными результатов мультидисциплинарных расчетов, оптимизация методов анализа результатов моделирования с использованием технологий машинного обучения, интеграцию инструментов анализа видов и последствий потенциальных отказов конструкции, а также анализа стоимости жизненного цикла конструкции, уточнение матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Полученные результаты актуальны и применимы в практике проектирования техники и разработке проектов модернизации существующей железнодорожной техники.