Технология цифрового двойника на основе системной модели

Как повысить энергоэффективность и улучшить работу оборудования на предприятиях энергетической отрасли с помощью цифрового двойника на основе моделирования, промышленного Интернета вещей и дополненной реальности.

Возобновляемая энергетика динамично развивается, став значительно дешевле и доступнее. В таких областях, как генерация и распределение, используют новые подходы в области энергоэффективности. Однако оборудование, применяемое в «зеленой» энергетике, требует высокого качества технического обслуживания. Кроме того, для выполнения задач, стоящих сегодня перед отраслью, необходимо внедрение инновационных технологий. Современные средства диагностики позволяют выполнить эти требования. Среди них – технология цифрового двойника на основе системной модели. С ее помощью можно повысить энергоэффективность оборудования и объектов в процессе эксплуатации на всех этапах жизненного цикла изделия.

Цифровой двойник работает непрерывно вместе с изделием и получает данные с объекта, предоставляя дополнительную информацию и характеристики происходящих процессов. В результате оператор получает не только данные с виртуальных датчиков, но и рекомендации по эксплуатационным режимам и информацию о техническом состоянии оборудования. В свою очередь, системная модель, лежащая в основе цифрового двойника, решает много задач.

Так, сегодня на многих предприятиях используется программный продукт Ansys TwinBuilder для создания, валидации и развёртывания цифровых двойников и предиктивного обслуживания производственных активов. В его основе лежат технологии EAM (Enterprise Asset Management), CAE, промышленного Интернета вещей, дополненной реальности и машинного обучения. Решение позволяет контролировать ключевые показатели надежности объекта, которые не определяются датчиками, и своевременно планировать обслуживание.


Например, обслуживание ветрогенератора включает контроль технического состояния электродвигателей поворотной системы ветрогенератора. В условиях реальной эксплуатации эта система испытывает повышенные нагрузки, которые влияют на остаточный ресурс. Цифровой двойник позволяет его спрогнозировать, избежать незапланированных простоев и снизить затраты на обслуживание и ремонт. Технология также дает возможность провести анализ конструкций ветрогенератора, включая их усталостную долговечность, прочность и устойчивость, электромеханические расчеты. Для этого с помощью инструментов моделирования разрабатывается системная модель каждого электродвигателя, работающая в непрерывном режиме. Она включает виртуальный датчик максимальной температуры обмотки электродвигателя и крутящего момента. В результате, используя цифровой двойник, оператор службы эксплуатации может не только получать оперативную информацию в реальном времени об остаточном ресурсе электродвигателей, но и планировать техническое обслуживание и ремонт по фактическому состоянию.

Еще один пример – оптимизация работы при подогреве сетевой воды, в результате которой необходимо было сократить потребление пара и электроэнергии. В цифровой двойник был загружен ряд данных, среди которых – температуры пара из турбины и котла, целевые характеристики сетевых насосов и другие. Цифровой двойник рассчитал оптимальный состав оборудования с учетом его состояния и дал рекомендации по эксплуатации, исходя из данных системы подогрева. Это позволило сократить потребление пара и электроэнергии.

Андрей Крылов, директор центра цифровых технологий АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»