Цифровые двойники в теории и практике авиационной электроэнергетики
Аннотация
Статья посвящена проблеме применения новых цифровых технологий на этапах жизненного цикла авиационного электрооборудования. Представлены особенности разработки и применения цифровых двойников в системах электрооборудования воздушных судов. Предложен единый подход к созданию математических моделей для цифровых двойников – метод математического прототипирования энергетических процессов. Метод основан на учете энергетических потенциалов и потоков, протекающих внутри системы, а также потоков энергии, входящих и выходящих из неё. Показано, что для частных задач, возникающих на этапах жизненного цикла изделий и систем, можно использовать проекции полной модели на соответствующие этим задачам наблюдаемые и контролируемые параметры. Такие проекции названы «цифровыми портретами». Кроме того, набор свойств конкретного объекта (системы), вытекающих из полной модели цифрового двойника, позволяющий информационно взаимодействовать с другими объектами (системами), предложено называть «цифровыми паспортами».
Литература
1. Gelernter D.H. Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox—How It Will Happen and What It Will Mean. Oxford; New York: Oxford University Press, 1991, 256 p.
2. Grieves M., Vickers J. Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems. – In book: Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems, 2017, pp. 85–113, DOI: DOI:10.1007/978-3-319-38756-7_4.
3. Tao F., et al. Digital Twin-Driven Product Design, Manufacturing and Service with Big Data, – The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, 94 (4), DOI: 10.1007/s00170-017-0233-1.
4. Hochhalter J., et al. Coupling Damage-Sensing Particles to the Digital Twin Concept, 2014, 10 p. [Электрон. ресурс], URL: Hochhalter_NASA-TM-2014-218257_0.pdf (дата обращения 07.07.2022).
5. Кокорев, Д.С., Посмаков Н.П. Применение «цифровых двойников» в производственных процессах. – Colloquium-Journal, 2019, № 26-2 (50), с. 68–74.
6. Курганова Н.В. и др. Внедрение цифровых двойников как одно из ключевых направлений цифровизации производства. – International Journal of Open Information Technologies, 2019, т. 7, № 5, с. 105–115.
7. Определение, разработка и применение цифровых двойников: подход центра компетенций НТИ СПбПУ [Электрон. ресурс], URL: http://digitalsubstation.com/blog/2020/04/30/opredelenie-razrabotka-i-primenenie-tsifrovyh-dvojnikov-podhod-tsentra-kompetentsij-nti-spbpu-novye-proizvodstvennye-tehnologii/ (дата обращения 07.07.2022).
8. ГОСТ Р 57700.37–2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения. М.: Российский институт стандартизации, 2021, 10 с.
9. Тамаев А.А. Применение формализма Гамильтона для решения задач оптимального управления динамическими и переходными процессами в электрических цепи и сетях энергосистем с использованием принципа максимума Понтрягина. – Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки, 2008, № 14, с. 36–40.
10. Исмаилов Т.А., Тамаев А.Г., Тамаев А.А. Математическое моделирование, построение теории и исследования динамических и переходных процессов в электрических цепях на основе формализма Гамильтона. – Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, 2010, № 6, с. 6–17.
11. Onsager L. Reciprocal Relations in Irreversible Processes. – Physical Review, 1931, 237(14). pp. 405–426; 1931, 238(12), pp. 2265–2279.
12. Sondheimer E.H. The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 1948, No. 193, pp. 484–512; DOI:10.1098/rspa.1948.0058.
13. Морачевский А.Г., Фирсова Е.Г. Физическая химия. Термодинамика химических реакций. СПб.-М.-Краснодар: Лань, 2015, 101 с.
14. Быков В.И., Старостин И.Е., Халютин С.П. Построение матрицы восприимчивостей потенциально-потоковых уравнений для простых подсистем сложной системы. – Сложные системы, 2013, № 3(8), с. 66–86.
15. Быков В.И., Старостин И.Е., Халютин С.П. Потенциально-потоковый метод и современная неравновесная термодинамика. – Сложные системы, 2014, № 1(10), с. 4–30.
16. Barnett S.J. Gyromagnetic and Electron-Inertia Effects. – Reviews of Modern Physics,1935, No. 7, pp. 129–166, DOI: 10.1103/REVMODPHYS.7.129.
17. De Haas W.J., van Alphen P.M. The Dependence of the Susceptibility of Diamagnetic Metals, Leiden Communication, 1930, No. 212a, pp. 1106–1118.
18. Onsager L. Interpretation of the de Haas-van Alphen Effect. – The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 1952, 43(344), pp. 1006–1008, DOI: 10.1080/ 14786440908521019.
19. Максвелл Дж.К. Трактат об электричестве и магнетизме (в двух томах). М.: Наука, 1989.
20 Тамм И.Е. Основы теории электричества: т.2. М.: Гостехиздат, 1934, 192 с.
21. Быков В.И., Старостин И.Е., Халютин С.П. Потенциально-потоковый метод и современная неравновесная термодинамика. – Сложные системы, 2014, № 1(10), с. 4–30.
22. Быков В.И., Старостин И.Е., Халютин С.П. Кинетические свойства неравновесных систем. Четвертое начало термодинамики. – Сложные системы, 2013, № 4(9), с. 68–86.
23. Быков В.И., Старостин И.Е., Халютин С.П. Построение матрицы восприимчивостей потенциально-потоковых уравнений для простых подсистем сложной системы. – Сложные системы, 2013, № 3(8), с. 66–86.
24. Старостин И.Е., Быков В.И. Кинетическая теорема современной неравновесной термодинамики. Raleigh: Open Science Publishing, 2017, 229 с.
25. Эткин В.А. Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии). СПб.: Наука, 2008, 409 с.
26. ГОСТ Р 58047-2017. Авиационная техника. Внешние воздействующие факторы. Номенклатура и характеристики. М.: Стандартинформ, 2019, 28 с.
27. Халютин С.П. Объектно-энергетический метод конструирования моделей энергетических систем. – Мехатроника, автоматизация, управление, 2007, № 1, с. 24–28.
28. Халютин С.П. и др. Автоматизация проектирования систем электроснабжения воздушных судов. М.: Издательский дом академии Н.Е. Жуковского, 2015, 116 с.
29. Халютин С.П. К вопросу о применении объектно-энергетических диаграмм. – Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий, 2007, № 1, с. 96–98.
30. Дивеев А.И., Шмалько Е.Ю. Классические методы символьной регрессии для поиска структур математических выражений (обзор). – Вопросы теории безопасности и устойчивости систем, 2018, № 20, с. 100–132.
31. Дивеев А.И., Шмалько Е.Ю. Современные методы символьной регрессии и их модификации (обзор). – Вопросы теории безопасности и устойчивости систем, 2018, № 20, с. 133–158.
32. Бутырин П.А. Разработка аналитических и численно-аналитических методов решения уравнений состояния электрических цепей: дис. … докт. техн. наук, 1993, 304 с.
33. Чебаков М.И. Асимптотические и численно-аналитические методы в контактных задачах теории упругости: дис. … докт. физ.-мат. наук, 2002, 335 с.
34. Olson H.F. Dynamical analogies. New York: D. Van Nostrand Co., 1943, 196 p.
35. Коган И.Ш. Физические аналогии – не аналогии, а законы природы [Электрон. ресурс], URL: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7438.html (дата обращения 07.07.2022).
36. Веников В.А. Применение теории подобия и физического моделирования в электротехнике. М.: Госэнергоиздат, 1949, 168 с.
37. Халютин С.П., Титов А.А. Метод предельных состояний для нахождения напряжения и тока в линейной электрической цепи. – Информационно-измерительные и управляющие системы, 2008, т. 6, № 11, с. 31–41.
38. Васильев А.Н., Тархов Д.А., Малыхина Г.Ф. Методы создания цифровых двойников на основе нейросетевого моделирования. – Современные информационные технологии и ИТ-образование, 2018, т. 14, № 3, с. 521–532.
39. Белоусов В.В. и др. Подход к оценке технического состояния элементов и узлов транспортных систем с применением методов нейросетевого моделирования и технологии цифровых двойников. – Нейрокомпьютеры: разработка, применение, 2021, т. 23, № 5, с. 5–20.
40. Халютин С.П., Давидов А.О. Оценка удельных свойств энергосистем самолетов на электрической тяге. – Электропитание, 2019, № 2, с. 43–54.
41. Халютин С.П. Система распределения электроэнергии воздушных судов - центр диагностирования и прогнозирования состояния авиационного электрооборудования. – Электропитание, 2020, № 2, с. 4–14.
42. Пат. RU2531907C1. Интеллектуальное распределительное устройство постоянного тока / А.Я. Дерех и др., 2014
#
1. Gelernter D.H. Mirror Worlds: or the Day Software Puts the Universe in a Shoebox—How It Will Happen and What It Will Mean. Oxford; New York: Oxford University Press, 1991, 256 p.
2. Grieves M., Vickers J. Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems. – In book: Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems, 2017, pp. 85–113, DOI: DOI:10.1007/978-3-319-38756-7_4.
3. Tao F., et al. Digital Twin-Driven Product Design, Manufacturing and Service with Big Data, – The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, 94 (4), DOI: 10.1007/s00170-017-0233-1.
4. Hochhalter J., et al. Coupling Damage-Sensing Particles to the Digital Twin Concept, 2014, 10 p. [Electron. Resource], URL: Hochhalter_NASA-TM-2014-218257_0.pdf (Date of appeal 07.07.2022).
5. Kokorev, D.S., Posmakov N.P. Colloquium-Journal, 2019, No. 26-2 (50), pp. 68–74.
6. Kurganova N.V., et al. International Journal of Open Information Technologies, 2019, vol. 7, No. 5, pp. 105–115.
7. Opredelenie, razrabotka i primenenie tsifrovyh dvoynikov: podhod tsentra kompetentsiy NTI SPbPU (Definition, development and application of digital twins: the approach of the NTI SPbPU Competence Center) [Electron. resource], URL: http://digitalsubstation.com/blog/2020/04/30/opredelenie-razrabotka-i-primenenie-tsif-rovyh-dvojnikov-podhod-tsentra-kompetentsij-nti-spbpu-novye-proizvodstvennye-tehnologii/ (Date of appeal 07.07.2022).
8. GОSТ R 57700.37–2021. Komp'yuternye modeli i mode-lirovanie. Tsifrovye dvoyniki. Obshchie polozheniya (Computer Mo-dels and Simulation. Digital Twins of Products. General Provisions). М.: Rossiyskiy institut standartizatsii, 2021, 10 p.
9. Tamaev А.А. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekh-nicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Dagestan State Technical University. Technical Sciences), 2008, No. 14, pp. 36–40.
10. Ismailov Т.А., Tamaev А.G., Tamaev А.А. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy Rossii. Radioelektronika – in Russ. (News of Higher Educational Institutions of Russia. Radio Electronics), 2010, No. 6, pp. 6–17.
11. Onsager L. Reciprocal Relations in Irreversible Processes. – Physical Review, 1931, 237(14). pp. 405–426; 1931, 238(12), pp. 2265–2279.
12. Sondheimer E.H. The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 1948, No. 193, pp. 484–512; DOI:10.1098/rspa.1948.0058.
13. Morachevskiy A.G., Firsova E.G. Fizicheskaya himiya. Termodinamika himicheskih reaktsiy (Physical Chemistry. Thermody-namics of Chemical Reactions). SPb.-М.- Krasnodar: Lan', 2015, 101 p.
14. Bykov V.I., Starostin I.E., Halyutin S.P. Slozhnye sistemy – in Russ. (Complex Systems), 2013, No. 3(8), pp. 66–86.
15. Bykov V.I., Starostin I.E., Halyutin S.P. Slozhnye sistemy – in Russ. (Complex Systems), 2014, No. 1(10), pp. 4–30.
16. Barnett S.J. Gyromagnetic and Electron-Inertia Effects. – Reviews of Modern Physics, 1935, No. 7, pp. 129–166, DOI: 10.1103/REVMODPHYS.7.129.
17. De Haas W.J., van Alphen P.M. The Dependence of the Susceptibility of Diamagnetic Metals, Leiden Communication, 1930, No. 212a, pp. 1106–1118.
18. Onsager L. Interpretation of the de Haas-van Alphen Effect. – The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 1952, 43(344), pp. 1006–1008,DOI: 10.1080/14786440908521019.
19. Maxwell J.C. Traktat ob elektrichestve i magnetizme (v dvuh tomah) (A Treatise on Electricity and Magnetism (in two volumes)). М.: Nauka, 1989.
20. Тамм I.Е. Osnovy teorii elektrichestva (Fundamentals of the Electricity Theory): vol.2. М.: Gostekhizdat, 1934, 192 p.
21. Bykov V.I., Starostin I.E., Halyutin S.P. Slozhnye sistemy – in Russ. (Complex Systems), 2014, No. 1(10), pp. 4–30.
22. Bykov V.I., Starostin I.E., Halyutin S.P. Slozhnye sistemy – in Russ. (Complex Systems), 2013, No. 4(9), pp. 68–86.
23. Bykov V.I., Starostin I.E., Halyutin S.P. Slozhnye sistemy – in Russ. (Complex Systems), 2013, No. 3(8), pp. 66–86.
24. Starostin I.E., Bykov V.I. Kineticheskaya teorema sovremennoy neravnovesnoy termodinamiki (Kinetic Theorem of Modern Nonequilibrium Thermodynamics). Raleigh: Open Science Publishing, 2017, 229 p.
25. Etkin V.А. Energodinamika (sintez teoriy perenosa i preobrazovaniya energii) (Energy Dynamics (Synthesis of Theories of Energy Transfer and Transformation)). SPb.: Nauka, 2008, 409 p.
26. GОSТ R 58047-2017. Aviatsionnaya tekhnika. Vneshnie vozdeystvuyushchie faktory. Nomenklatura i harakteristiki (Aviation Equipment. Environmental Influencing Factors. Nomenclature and Characteristics). М.: Standartinform, 2019, 28 p.
27. Halyutin S.P. Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie – in Russ. (Mechatronics, automation, control), 2007, No. 1, pp. 24–28.
28. Halyutin S.P., et al. Avtomatizatsiya proektirovaniya sistem elektrosnabzheniya vozdushnyh sudov (Automation of Aircraft Power Supply Systems Design). М.: Izdatel'skiy dom akademii N.E. Zhukovskogo, 2015, 116 p.
29. Halyutin S.P. Innovatsii v usloviyah razvitiya informatsionno-kommunikatsionnyh tekhnologiy – in Russ. (Innovations in the context of the development of information and communication technologies), 2007, No. 1, pp. 96–98.
30. Diveev A.I., Shmal'ko E.Yu. Voprosy teorii bezopasnosti i ustoychivosti sistem – in Russ. (Questions of the Theory of Security and Stability of Systems), 2018, No. 20, pp. 100–132.
31. Diveev A.I., Shmal'ko E.Yu. Voprosy teorii bezopasnosti i ustoychivosti sistem – in Russ. (Questions of the Theory of Security and Stability of Systems), 2018, No. 20, pp. 133–158.
32. Butyrin P.A. Razrabotka analiticheskih i chislenno-analiticheskih metodov resheniya uravneniy sostoyaniya elektricheskih tsepey: dis. … dokt. tekhn. nauk (Development of Analytical and Numerical-Analytical Methods for Solving Equations of Electrical Circuits State: dis. ... Dr. Sci. (Eng.)), 1993, 304 p.
33. Chebakov M.I. Asimptoticheskie i chislenno-analiticheskie metody v kontaktnyh zadachah teorii uprugosti: dis. … dokt. fiz.-mat. nauk (Asymptotic and Numerical-Analytical Methods in Contact Problems of Elasticity Theory: dis. ... Dr. Sci. (Phys.-Math.)), 2002, 335 p.
34. Olson H.F. Dynamical analogies. New York: D. Van Nostrand Co., 1943, 196 p.
35. Kogan I.Sh. Fizicheskie analogii – ne analogii, a zakony prirody (Physical Analogies are not Analogies, but Laws of Nature) [Electron. resource], URL: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7438.html (Date of appeal 07.07.2022).
36. Venikov V.А. Primenenie teorii podobiya i fizicheskogo modelirovaniya v elektrotekhnike (Application of Similarity Theory and Physical Modeling in Electrical Engineering). М.: Gosenergoizdat, 1949, 168 p.
37. Halyutin S.P., Тitоv А.А. Informatsionno-izmeritel'nye i upravlyayushchie sistemy – in Russ. (Information-Measuring and Control Systems), 2008, vol. 6, No. 11, pp. 31–41.
38. Vasil'ev A.N., Tarhov D.A., Malyhina G.F. Sovremennye informatsionnye tekhnologii i IT-obrazovanie – in Russ. (Modern Information Technologies and IT Education), 2018, vol. 14, No. 3, pp. 521–532.
39. Belousov V.V., et al. Neyrokomp'yutery: razrabotka, primenenie – in Russ. (Neurocomputers: Development, Application), 2021, vol. 23, No. 5, pp. 5–20.
40. Halyutin S.P., Davidov А.О. Elektropitanie – in Russ. (Power Supply), 2019, No. 2, pp. 43–54.
41. Halyutin S.P. Elektropitanie – in Russ. (Power Supply), 2020, No. 2, pp. 4–14.
42. Pаt. RU2531907C1. Intellektual'noe raspredelitel'noe ustroystvo postoyannogo toka (Intelligent DC Switchgear)/ A.Ya. Derekh, et al., 2014
