Испытать без испытаний: как цифровые двойники трансформируют производство аэрокосмической техники

В аэрокосмическую отрасль широко внедряются методы математического моделирования, машинного обучения, работы с большими данными и нейросетевыми моделями, предиктивной аналитики и др. Одна из таких перспективных технологий — использование цифровых двойников изделий.

Цифровой двойник представляет собой виртуальную копию физического объекта или системы. Он в точности воссоздаёт характеристики своего реального прообраза и позволяет в виртуальной среде моделировать, как тот поведёт себя в тех или иных условиях. Цифровые двойники могут создаваться как для технических изделий, в том числе самолётов, космических аппаратов, так и для целой сети объектов — например, городской инфраструктуры. Их главная отличительная особенность: двусторонний и автоматизированный обмен данными из физической реальности в виртуальную и наоборот.

Таким образом, использование цифровых двойников помогает экономить время и средства на испытаниях сложных систем, переводя их в виртуальную среду и одновременно избавляя от риска людей, которым бы в противном случае пришлось делать эту работу в реальности.

История цифровых двойников

Впервые идея использовать цифровые двойники была высказана более 20 лет назад профессором Мичиганского университета Майклом Гривзом. Однако предложенная им модель управления жизненным циклом изделия показалась промышленникам идеалистичной и была отложена «в стол».

В 2010 году NASA впервые сформулировало концепцию внедрения цифровых двойников в аэрокосмическую отрасль, после чего на новую технологию обратили внимание Boeing, Airbus и General Electric. Уже в 2017 году Gartner — исследовательская компания, специализирующаяся на IT-рынках, — включила цифровые двойники в первую десятку наиболее стратегически важных технологий.

С каждым годом объём инвестиций в создание и внедрение цифровых двойников в аэрокосмическую отрасль во всём мире продолжает расти. И неудивительно: длительный жизненный цикл и техническая сложность продуктов предполагают поиск новых механизмов, способных упростить процесс разработки и производства, повысить качество и надёжность готовых изделий, а также сократить затраты и сроки их вывода на рынок.

Новая среда производства

Как отмечает и. о. директора института № 1 «Авиационная техника» МАИ Дмитрий Стрелец, полноценное внедрение цифровых двойников в отечественную аэрокосмическую отрасль предполагает серьёзное изменение существующего в ней IT-ландшафта.

— Если мы хотим быть конкурентоспособными в Индустрии 4.0, где во главу угла ставятся киберфизические системы, обеспечивающие весь жизненный цикл продукта, нам необходимо сначала создать условия для применения новых технологий, — подчёркивает он.

При этом данный процесс не может происходить изолированно: приоритетом становится создание единой цифровой среды в компаниях, включающей математические модели, CAD/CAM- и PLM-системы, системы управления активами, ресурсами и производством. С учётом того, что сегодня в разных организациях используются разные программные решения, эта задача приобретает большой масштаб и высокую сложность.

Ещё один аспект внедрения — большие массивы данных, генерируемых самими цифровыми двойниками, — предполагает применение облачных технологий, которые не только помогают хранить информацию, но и открывают возможности для создания масштабных виртуальных платформ.

— Работа по созданию единой цифровой среды, поддерживающей весь жизненный цикл продукта от идеи до утилизации, является первоочередным приоритетом для МАИ. У нас есть целый ряд проектов по разработке и внедрению цифровых платформ, продуктов и отдельных программных компонент и интеграции с внешними системами, — говорит эксперт.

С другой стороны, использование новых технологий всегда неразрывно связано с вопросом кадрового обеспечения на всех этапах: от подготовки среды до сервисной поддержки после ввода в эксплуатацию. Причём, когда речь идёт об аэрокосмической отрасли, требуются не просто айтишники, а комплексные инженеры, обладающие глубокими знаниями как в IT, так и в технических вопросах.

— Индустрии нужны инженеры с отличными навыками в области IT. Таких специалистов мы тоже готовим в МАИ. И именно за ними будущее, — уверен Дмитрий Стрелец.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России