vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2021-80-2-91-99vestnikvniizht-507Research ArticleДругоеMiscellaneousМетодология построения цифровых двойников на железнодорожном транспортеMethodology for constructing digital twins in railway transportШевченкоД. В.ShevchenkoD. V.

Шевченко Денис Владимирович, канд. техн. наук, директор научно-исследовательской дирекции

Санкт-Петербург, 199106

Denis V. Shevchenko, Cand. Sci. (Eng.), Director of the Research Directorate

St. Petersburg, 199106

dshevchenko@tt-center.ruОбщество с ограниченной ответственностью «Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий» (ООО «ВНИЦТТ»)РоссияLimited Liability Company “All-Union Research Center of Transport Technologies” (LLC “VNICTT”)Russian Federation2021010620218029199Copyright © Шевченко Д.В., 20212021Шевченко Д.В.Shevchenko D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/507

Четвертая промышленная революция охватывает все направления экономической деятельности человека, в том числе и области, связанные с проектированием и эксплуатацией различных изделий (здание атомной станции, грузовой вагон, МЭМС-устройства и т. д.) на протяжении всего их жизненного цикла. Одним из основных инструментов цифровой трансформации промышленности под новые конкурентные требования является цифровой двойник (Digital Twin), который всегда строится для конкретного физического объекта. Внедрение в жизненный цикл грузового вагона технологии цифровых двойников позволит повысить экономическую эффективность на всем его протяжении.

Эффективное применение технологии цифрового двойника возможно только при создании адекватной виртуальной модели окружающего этот физический объект пространства. В этой связи прогнозирование поведения конструкции при движении на основе высокоточной модели цифрового двойника физического объекта требует создания виртуального пространства, в котором будет реализован виртуальный полигон, обеспечивающий возможность математического моделирования движения. Для этого необходимо создавать виртуальные стенды и полигоны, на которых можно будет проводить численные испытания. Создание качественного виртуального пространства позволит резко снизить количество проводимых натурных испытаний, изучить влияние большего числа параметров на эксплуатационные характеристики физического объекта.

Создание и применение цифровых двойников согласуется с целями, задачами и планом мероприятий Стратегии развития транспортного машиностроения РФ на период до 2030 г. Внедрение цифровых двойников в железнодорожном транспорте, в частности грузовом подвижном составе, позволит правильно назначать срок службы, сроки межремонтного пробега, повысить эффективность эксплуатации, собрать информацию о реальной нагруженности и т. д. Для сохранения конкурентных преимуществ перед другими видами транспорта вагоностроительной отрасли необходимо развиваться в сторону внедрения элементов четвертой промышленной революции, в том числе и цифровых двойников.

Fourth industrial revolution covers all areas of human economic activity, including areas related to the design and operation of various products (nuclear power plant building, freight car, MEMS devices, etc.) throughout their entire life cycle. One of the main tools for digital transformation of industry to meet new competitive requirements is the Digital Twin, which is always built for a specific physical object. The introduction of digital twins technology into the life cycle of a freight car will increase economic efficiency throughout its life cycle.

Effective use of the digital twin technology is possible only when an adequate virtual model of the space surrounding this physical object is created. In this regard, predicting the behavior of a structure during motion on the basis of a high-precision model of a digital twin of a physical object requires the creation of a virtual space in which a virtual operation area will be implemented, which provides the possibility of mathematical modeling of motion. To do this, it is necessary to create virtual stands and operation areas, where it will be possible to carry out numerical tests. Creation of a high-quality virtual space will drastically reduce the number of field tests carried out, and study the effect of a larger number of parameters on the performance characteristics of a physical object.

Creation and use of digital twins is consistent with the goals, objectives and action plan of the Strategy for the development of transport engineering in the Russian Federation for the period up to 2030. The introduction of digital twins in railway transport, in particular in freight rolling stock, will make it possible to correctly assign the service life, overhaul times, and increase operational efficiency, collect information about the real load, etc. To maintain competitive advantages over other modes of transport, the transport industry needs to develop towards the introduction of elements of the fourth industrial revolution, including digital twins.

железнодорожный транспортгрузовой вагонцифровой двойникчетвертая промышленная революцияцифровая теньвиртуальные стенды и полигоныцифровизация процессовrailway transportfreight cardigital twinfourth industrial revolutiondigital shadowvirtual stands and operation areasdigitalization of processesReferencesБольшая российская энциклопедия: [в 35 т.]. Т. 27 / гл. ред. Ю. С. Осипов. М.: Большая российская энциклопедия, 2015. С. 585 – 586.Osipov Yu. S. Bol'shaya rossiyskaya entsiklopediya: [v 35 t.]. T. 27 [Big Russian Encyclopedia: (in 35 volumes). Vol. 27]. Moscow, Bol'shaya rossiyskaya entsiklopediya [Big Russian Encyclopedia] Publ., 2015, pp. 585 – 586.Sanfelice R. G. Analysis and Design of Cyber-Physical Systems. A Hybrid Control Systems Approach // Cyber-Physical Systems: From Theory to Practice / D. Rawat, J. Rodrigues, I. Stojmenovic (Eds.). Boca Raton, Florida: CRC Press, 2016.Sanfelice R. G., Rawat D., Rodrigues J., Stojmenovic I. Analysis and Design of Cyber-Physical Systems. A Hybrid Control Systems Approach. Cyber-Physical Systems: From Theory to Practice. Boca Raton, Florida, CRC Press, 2016.Outcomes enabled by digital twins [Электронный ресурс]. URL: https://www.ge.com/digital/applications/digital-twin (дата обращения: 07.12.2020 г.).Outcomes enabled by digital twins. URL: https://www.ge.com/digital/applications/digital-twin (retrieved on 07.12.2020).Finite-Element Modeling and Thermal Analysis of the RT-70 Radio Telescope Main Reflector / A. I. Borovkov [et al.] // Proceedings IV th Int. conf. “Antenna Theory and Techniques” (Sevastopol, 9 – 12 September 2003). New York: IEEE, 2003. P. 651 – 654.Borovkov A. I., Shevchenko D. V., Gimmelman V. G., Machuev Yu. I., Gaev A. V. Finite-Element Modeling and Thermal Analysis of the RT-70 Radio Telescope Main Reflector. Proceedings IV th Int. conf. “Antenna Theory and Techniques” (Sevastopol, September 9 – 12, 2003). New York, IEEE, 2003, pp. 651 – 654.Орлова А. М. Иерархически-итерационный метод выбора параметров силовых характеристик и конструктивных решений подвешивания тележек грузовых вагонов // Транспорт Урала. 2008. № 2 (17). С. 35 – 42.Orlova A. M. Ierarkhicheski-iteratsionnyy metod vybora parametrov silovykh kharakteristik i konstruktivnykh resheniy podveshivaniya telezhek gruzovykh vagonov [Hierarchical-iterative method for choosing parameters of power characteristics and design solutions for suspending freight car bogies]. Transport of the Urals, 2008, no. 2 (17), pp. 35 – 42.Gantz J., Reinsel D. The digital universe in 2020: Big data, bigger digital shadows, and biggest growth in the far east. [S. l.]: IDC Analyze the Future, 2013. P. 1 – 16.Gantz J., Reinsel D. The digital universe in 2020: Big data, bigger digital shadows, and biggest growth in the far east. [S. l.], IDC Analyze the Future, 2013, pp. 1 – 16.Grieves M. Virtually Intelligent Product Systems. Digital and Physical Twins, in Complex Systems Engineering: Theory and Practice / S. Flumerfelt [et al.] (Eds.). New York: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2019. P. 175 – 200.Grieves M. Virtually Intelligent Product Systems. Digital and Physical Twins, in Complex Systems Engineering: Theory and Practice. New York, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2019, pp. 175 – 200.Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности. Экспертно-аналитический доклад [Электронный ресурс] // Инфраструктурный центр «Технет» НТИ. М., 2019. URL: https://technet-nti.ru/article/ekspertno-analiticheskij-doklad-cifrovye-dvojniki-vvysokotehnologichnoj-promyshlennosti (дата обращения: 07.12.2020 г.).Tsifrovye dvoyniki v vysokotekhnologichnoy promyshlennosti. Ekspertno-analiticheskiy doklad [Digital twins in the high-tech industry. Expert and analytical report]. Infrastrukturnyy tsentr “Tekhnet” NTI. Moscow, 2019. URL: https://technet-nti.ru/article/ekspertno-analiticheskij-doklad-cifrovye-dvojniki-v-vysokotehnologichnoj-promyshlennosti (retrieved on 07.12.2020) (in Russ.).Грузовые вагоны на пике спроса [Электронный ресурс] // Институт проблем естественных монополий (ИПЕМ): [сайт]. URL: http://ipem.ru/news/publications/1845.html (дата обращения: 07.12.2020 г.).Gruzovye vagony na pike sprosa [Freight cars at the peak of demand]. Institut problem estestvennykh monopoliy (IPEM). URL: http://ipem.ru/news/publications/1845.html (retrieved on 07.12.2020) (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.