На протяжении двух крайних лет совместная команда предприятий ОДК, отраслевых институтов, технических университетов и инжиниринговых компаний проводила работу по определению стратегии управления жизненным циклом газотурбинных двигателей, основанной на технологии «Цифровой двойник». Ввиду того, что данная технология является сквозной и охватывает все стадии проекта от первых компоновок двигателя до его эксплуатации и технического обслуживания в составе объекта применения основной задачей было понять какие основные составляющие необходимы для реализации данного подхода. В 2018 для решения данных вопросов была организована рабочая группа ОДК по проекту М47 «Развитие системы разработки. Развитие технологий проектирования», в которую вошли специалисты ИТ-подразделений и специалисты в области цифровых технологий проектирования.
Автор: Кирилл Пятунин, начальник конструкторского отдела систем инженерного анализа ПАО «ОДК-Сатурн».
Первое с чем необходимо было определиться – это с используемой терминологией. В начале работы стало понятно, что термин «Цифровой двойник» понимается разными участниками по-разному, поэтому в основу данной методологии лег общий глоссарий, который фиксирует определения основных терминов, входящих в данную методологию, такие как «Цифровая модель», «Цифровой двойник объекта», «Цифровой двойник производства», «большие данные (Big Data)», «Умный цифровой двойник», «Цифровая тень», «Цифровая сертификация» и др.
Основной целью рабочей группы является подготовка фундамента к применению цифрового двойника в качестве основного инструмента, подтверждающего достижение целевых параметров изделия на этапе разработки через систему управления требованиями. В отличие от традиционного подхода, где основным руководящим документом для разработки является Техническое задание, в новой системе работ появляется такой документ как Матрица целевых показателей и ограничений. По сути, этот документ является электронным техническим заданием на двигатель и имеет несколько уровней от требований, предъявляемых к двигателю в целом до требований к основным узлам, системам и отдельным деталям. Общее число требований, предъявляемых к газотурбинному двигателю может достигать нескольких тысяч. При этом выполнение требований по отдельным узлам и компонентам не гарантирует выполнение требований верхнего уровня, предъявляемых к силовой установке в целом. В данных условиях важную роль играет системная интеграция и системный инжиниринг, который позволяет главному конструктору на самой ранней стадии вносить изменения и избежать множества ошибок, которые могут возникнуть на более поздних этапах.
Структура цифрового двойника ГТД
Не стоит забывать, что «Цифровой двойник», являясь понятием системным, охватывающим множество компонентов, должен максимально соответствовать реальному объекту. Т.е. отдельные компоненты цифрового двойника, например такие как методы расчетов, должны пройти обязательную валидацию, верификацию и внутреннюю сертификацию на предприятии с целью достижения требуемой точности и подтверждения возможности их использования для принятия технических решений. Это позволит создать необходимый фундамент для использования цифрового двойника как системы моделей, имеющих высокую точность. Для реализации данной цели в рабочей группе проекта М47 была организована отдельная подгруппа занимающаяся вопросами аудита методов проектирования и выработкой единых правил по валидации, верификации и внедрению методов цифрового моделирования на предприятиях ОДК. Не секрет, что каждое предприятие имеет собственные школы по разработке двигателей и его узлов, многие из которых являются критическими компетенциями отдельных конструкторских бюро. Эти процессы неотъемлемо связаны с культурой применения расчетных методов и систем автоматизированного проектирования, которые развиваются с начала двухтысячных годов. Выявление лучших практик и выработка единых подходов и правил применения данных технологий позволят существенно снизить риски по недостижению проектных параметров изделий, снизить объемы и стоимость доводки, что особенно критично в условиях создания двигателей в кооперации предприятий.
Реализация поставленных целей по внедрению системы управления требованиями и использованием валидированных методик при разработке двигателей делает возможной реализацию на практике специализированного бизнес-процесса «Цифровая сертификация», целью которого является прохождение с первого раза всего комплекса натурных, сертификационных, рейтинговых и прочих испытаний.
Некоторые предприятия ОДК уже приступили к реализации вышеуказанных подходов. В 2019 году пилотные проекты были реализованы в «ОДК-Климов» (по двигателю ТВ7-117СТ), в ПК «Салют» (по двигателю АИ222-25). ПАО «ОДК-Сатурн» реализует применение цифровых двойников в рамках проекта по разработке перспективного авиационного двигателя ПД-8. Также в начале 2020 года разработана дорожная карта по созданию газотурбинного двигателя нового поколения для применения в составе морских судов с применением технологий «Цифровой двойник», охватывающая не только этап разработки, но и технологическую подготовку производства, изготовление, испытания и сопровождение двигателей в эксплуатации. Реализация данных мероприятий за счет полной оцифровки жизненного цикла позволит предприятию перейти на новую бизнес-модель, в рамках которой заказчику поставляется не только двигатель, но и сервис по его использованию – контракт жизненного цикла.
Очень важно, когда отработка технологических инноваций подкрепляется организационными изменениями в компании. Сегодня выпускается значительное количество распорядительных документов по созданию рабочих групп и введению новых должностей, задействованных в процессах цифровой трансформации. Это соответствует лучшему мировому опыту и означает, что компания готова меняться в условиях постоянно меняющихся внешних условий.
