Российские ученые верифицировали цифрового двойника судна

Объединение моделей различных подсистем в единую цифровую модель судна дает возможность комплексно проанализировать их взаимодействие, найти скрытые проблемы. Верификация же моделей на реальных данных повышает доверие к результатам моделирования. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Energies, сообщает КоммерсантЪ.

Автономные судовые системы объединяют широкий спектр компонентов — от систем навигации и управления движением до энергетических установок и механизмов. Сбои или неоптимальная работа таких систем могут привести к серьезным последствиям, авариям, простоям судна, финансовым потерям. При этом судовые системы функционируют в сложных и изменчивых условиях морской среды. Также имеет место взаимовлияние между различными судовыми подсистемами, которое не всегда очевидно учесть на этапе проектирования. Все это создает предпосылки для возникновения нештатных ситуаций.

Еще одна сложность — растущая интеллектуализация судовых систем, особенно с внедрением технологий автономного судовождения. Алгоритмы управления становятся более продвинутыми, обрабатывают огромные массивы данных от многочисленных сенсоров. Возможные ошибки в логике их работы, некорректные настройки чреваты непредсказуемым поведением судна.

Всесторонняя отладка и тестирование автономных судовых систем видятся обязательным этапом при их разработке и совершенствовании. Это позволяет выявить потенциальные проблемы, отклонения в работе на ранних стадиях и устранить их. Тем самым повышается надежность, безопасность и эффективность эксплуатации судов.

В ходе исследования командой ученых была разработана методология объединения математических моделей различных подсистем судна (гребного вала, главного двигателя, синхронного генератора, системы управления и др.) в единую цифровую модель. Для ряда ключевых моделей: износа поршневых колец двигателя, вибраций гребного вала и дефектов генератора, верификация проведена на данных реального контейнеровоза COSCO Long Beach, построенного компанией HHI в 2004 году. На основе данных по износу поршневых колец, полученных в ходе эксплуатации контейнеровоза, была построена нейросетевая модель, связывающая износ с режимами работы двигателя. Модель позволяет прогнозировать износ по показаниям датчиков и планировать обслуживание.

Предложенный способ интеграции моделей с геоинформационной платформой создает виртуальный полигон, на котором можно безопасно и эффективно тестировать и отлаживать автономные судовые системы с учетом влияния среды. Все это направлено на повышение их надежности и безаварийности работы в реальных условиях.

По словам Игоря Бойчука, к. т. н., руководителя исследовательских проектов Tazmar Maritime, ключевая идея заключается в комбинировании различных типов моделей — аналитических, имитационных, логических, алгоритмических. Это позволило всесторонне описать разнообразные физические процессы, протекающие в судовых системах, и их взаимодействие. Алексей Лукьянов, генеральный директор Tazmar IT-Solutions, отмечает, что интеграция моделей с платформой GISMA позволила получить мощную систему цифровой реальности, которая открывает новые возможности для создания эффективных и безопасных беспилотных судов.

Результаты верификации подтвердили адекватность моделей и их применимость для решения практических задач. Разработанный комплекс программных средств обеспечил описание функционирования судна с учетом специфики различных акваторий и условий. Проведено численное моделирование динамики судна и его критически важных систем.

Во-первых, эксперты отмечают комплексность и многоуровневость предлагаемого моделирования. Авторы исследования применяют широкий спектр методов (аналитические, имитационные, логические, алгоритмические модели, нейросети, цифровые двойники) и объединяют модели различных судовых подсистем в единую цифровую модель судна. Такой многогранный подход позволяет учесть множество факторов и взаимосвязей между ними, что зачастую невозможно при использовании какого-либо одного метода моделирования или разрозненных моделей отдельных систем.

Во-вторых, важным достоинством является привязка разработанных моделей к реальным данным, полученным в ходе эксплуатации контейнеровоза COSCO Long Beach. Верификация повышает достоверность моделирования по сравнению с чисто теоретическими подходами. В-третьих, интеграция моделей в геоинформационную среду открывает возможности для пространственного моделирования и анализа влияния внешней обстановки на работу судовых систем.

Исследования проходили с использованием программного обеспечения GISMA, зарегистрированного в реестре российского ПО. Разработчики планируют дальнейшее развитие платформы и методов моделирования для повышения уровня автономности судов и расширения условий их применения.

Подробнее об уникальном геоинформационном продукте GISMA, созданном Tazmar IT-Solution, - в авторском материале Корабел.ру.