Юрий Гильманов: «Использование цифровых двойников дает ученым больше пространства для маневра»

НЦМУ «Передовые цифровые технологии» и Центр трансфера технологий ТюмГУ провели мастер-классы для студентов технических специальностей. Обучение посвятили двум актуальным вопросам. Один мастер-класс касался развития экосистемы устройств и применения технологий Интернета вещей. Темой второго стали цифровые двойники и цифровая тень физического объекта. Экспертом выступил Юрий Гильманов, руководитель Центра компьютерного инжиниринга ТюмГУ.

В интервью Юрий Гильманов рассказал, что собой представляет цифровой двойник и почему умение работать с ним необходимо студентам для развития проектов.

— Словосочетание «цифровой двойник» вызывает множество ассоциаций. Что же обозначает это понятие?

 — На самом деле, цифровые двойники появляются в разных сферах — от искусственного интеллекта и машинного обучения до нанотехнологий и фотоники. Существует немало терминов, которыми разные люди обозначают, по сути, одно и тоже — цифровые близнецы, клоны, аватары, кузены и копии, однако они все же отличаются в деталях.

Цифровым двойником обозначают виртуальное представление сущностей и процессов реального мира, которые с помощью специального механизма синхронизируются между собой.

Отдельно проговорим, что есть документ, утвержденный приказом Росстандарта, в котором вводится такой термин. Он распространяется на изделия машиностроения. Согласно стандарту, цифровой двойник — это система, которая состоит из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с ним или его составным частями.

— Сразу возникает вопрос о понимании цифрой модели.

 — Это тоже система. Система математических и компьютерных моделей, а также электронных документов, которые описывают структуру, функции и поведение изделия на различных стадиях. Модели обязательно валидируют, то есть подтверждают их адекватность — истинность относительно свойств реальных объектов. По сути, разработчики проверяют, что определенные значения действительно могут быть при таких-то условиях, определяют диапазон точности.

— Зачем в принципе нужны цифровые двойники и модели?

 — В первую очередь, они дают возможность сократить количество натурных испытаний, которые всегда ограничены ресурсными и финансовыми возможностями. Цифровые или, как их еще называют, виртуальные испытания предоставляют больше пространства для маневра и прав на уточнение параметров. Кроме сокращения затрат и снижения сроков разработки опытных образцов мы получаем и повышение уровня надежности и эффективности эксплуатации изделия.

— Говоря про валидацию моделей, мы всегда имеем в виду работу с большими объемами информации?

 — В большинстве случаев да. Данные получают как во время виртуальных испытаний, так и в виде цифровой тени — потоковой информации, которая поступает от реального изделия, находящегося в эксплуатации.

Стоит отметить, разработка и применение цифровых двойников лежит в основе деятельности Научного центра мирового уровня в нашем университете. Перед исследователями стоит задача создать такую технологию на основе цифровых моделей поведения жидкостей в каналах принципиально малых размеров. Ее можно будет использовать, например, при изучении процессов химического заводнения нефтеносных пластов.

— Среди разработок ученых ТюмГУ есть пример создания цифрового двойника?

 — Например, виртуальная интегрированная модель системы бесштанговой добычи нефти. Она нацелена на исследование производительности в зависимости от состава и параметров каждого узла (единицы) оборудования, апробацию изменений в конструкции до реализации «в железе». Цифровой двойник включает в себя: насос, его привод, гидрозащиту, погружной электродвигатель, станцию управления, а также скважину и пласт.

С помощью модели можно предсказать, как эффективность нефтедобычи будет меняться в зависимости от расстояния, скорости, давления, температуры, силы тока и т. д. Для валидации модели мы сравниваем полученные результаты с теми, что показал образец системы добычи на опытной скважине.

— Почему же тема цифрового двойника, кажущаяся достаточно сложной в плане разработки и проверки, интересна и полезна студентам?

 — Мастер-класс по цифровому двойнику посетили достаточно много ребят. Важность обсуждения заключается в том, что технология цифровых двойников является представителем так называемых «сквозных» технологий. Правильное понимание возможностей позволит эффективно включать ее в новые проекты и, сочетая с другими, значительно повышать качество проектирования и производительность создаваемых систем.

Кроме того, в ТюмГУ запущен электив «Компьютерный инжиниринг. Цифровой инструментарий», в программу которого также вошла работа с цифровыми моделями. В течение нескольких семестров дисциплина вызывает отклик у студентов совершенно разных направлений. Ребята могут выбрать электив в рамках образовательной модели ТюмГУ, реализуемой в соответствии со стратегическим проектом программы развития «Приоритет 2030». Студенты, безусловно, априори приходят заинтересованными в проектной деятельности в сфере «сквозных» технологий.

Фото: Галина Ярославкина