ОСОБЕННОСТИ ПОДХОДОВ К СОЗДАНИЮ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ И ДВОЙНИКОВ КОММУТАЦИОННОГО АППАРАТА

DOI: 10.47026/1810-1909-2025-2-62-71

УДК 621.316.5

ББК 31.264

И.П. ИВАНОВ, А.В. МИХАЙЛОВ, С.А. МОИСЕЕВ

Ключевые слова

цифровая модель, цифровой двойник, компьютерная модель, математическая модель, электронный конструкторский документ, коммутационный аппарат.

Аннотация

Общие положения и требования по разработке и применению цифрового двойника изделия машиностроения установлены в национальном стандарте, а требования, определяющие особенности подходов к созданию цифрового двойника изделия определенного вида, рекомендуется устанавливать в стандарте предприятия и (или) в техническом задании на разработку, что требует проведения предварительной проработки. Исследования по цифровым двойникам коммутационных аппаратов находятся на ранней стадии.

Цель исследования – выявление особенностей и систематизация основных подходов к разработке цифровых моделей и двойников сильноточного коммутационного аппарата, востребованных на разных стадиях его жизненного цикла.

Материалы и методы. Подходы к разработке цифрового двойника выбраны на основе анализа и обобщения положений современных стандартов ЕСКД и стандартов компьютерного моделирования. Их особенности проработаны для этапа проектирования самого изделия, выполняемого по технологиям реверс-инжиниринга. В качестве объекта исследования принят коммутационный аппарат с интеллектуальными функциями.

Результаты. Разработана структура цифровых двойников коммутационного аппарата, отражающая отличия состава по виду основных элементов (физического объекта, электронного конструкторского документа, компьютерных моделей и информационных связей) для разных стадий (этапов) жизненного цикла. Выявлены взаимосвязи современных стандартов. Рассмотрены исходные математические модели для решения основных задач проектирования. При этом расчеты износостойкости коммутационного аппарата предлагается выполнять по эмпирическим зависимостям, хорошо зарекомендовавшим себя на практике.

Модельные эксперименты по оптимизации конструкции коммутационного аппарата с использованием математических и компьютерных моделей представляют, по сути, виртуальные испытания цифровых моделей. Проведение виртуальных испытаний опытных образцов и образцов установочной серии нецелесообразно, поскольку для коммутационного аппарата, как и для остальных изданий традиционного назначения, стандартами установлены все виды и методы испытаний, которые являются обязательными и вполне достаточными при разработке и применении их по назначению.

На стадиях производства и эксплуатации рекомендуется использовать результаты имитационного моделирования и информацию от датчиков, установленных в аппарате.

Выводы. При создании цифровых моделей следует исходить из положений стандартов. Моделирование физических процессов достаточно выполнить на основе известных математических моделей. Модельные эксперименты на основе этих моделей, представляющие, по сути, разновидность виртуальных испытаний, целесообразно применить при оптимизации конструкции. Рекомендуется использовать результаты исследования при создании и применении цифровых моделей сильноточных коммутационных аппаратов.

Литература

1. Андрюшкевич С.К., Ковалев С.П., Нефедов Е.И. Подходы к разработке и применению цифровых двойников энергетических систем // Цифровая подстанция. 2019. № 12. С. 28–33.
2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. 4-е изд. М.: Наука, 1988. 360 с.
3. Богомолов Р.А. Цифровые двойники меняют процессы управления в энергосистеме // РУМ. 2023. № 2(610). С. 36–40.
4. ИТ-инфраструктура для построения интеллектуальных систем управления развитием и функционированием систем энергетики на основе цифровых двойников и цифровых образов / Н.И. Воронай, А.В. Массоль, И.Н. Колосок, А.Г. Массель // Известия РАН. Энергетика. 2021. № 1. С. 3–13.
5. Ожегов М.А. Цифровые технологии в энергетике: перспективы и современность // Электроэнергия. Передача и распределение. 2023. № 1(76). С. 18–19.
6. Основы теории электрических аппаратов / под ред. П.А. Курбатова. 5-е изд., перераб. и доп. СПб.: Лань, 2015. 592 с.
7. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт. М.: Альянс Принт, 2020. 401 с.
8. Применение цифровых двойников в промышленности / С. Малакути, П.В. Шалквик, Б. Босс, Ч.Р. Састри // Современные технологии. 2022. № 8. С. 34–41.
9. Тарануха Н.Л., Семенова С.В., Панков С.Н. Цифровой двойник – эффективный инструмент цифровой трансформации промышленных предприятий // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 3. С. 11–26. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-3-11-26.
10. DOD Instruction 5000.97, «Digital Engineering» – DOD Directives Division, 2023. Available at: https://www.esd.whs.mil/Portals/54/Documents/DD/issuances/dodi/500097p.PDF (Access Date: 2025, Apr. 23)
11. Shao G. Use Case Scenarios for Digital Twin Implementation Based on ISO 23247. Available at: https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=932269 (Access Date: 2025, Apr. 23)
12. Huang F., Liao W. Design and Application of a MCU-based Smart Contactor System. Energy and Power Engineering, 2013, no. 5, pp. 1–5. DOI: 10.4236/epe.2013.53B001.
13. Yu G.-F., Chiu Y.-J., Zheng X. et al. Contact pressure of high-voltage DC power relay change and life production and structure optimization. Advances in Mechanical Engineering, 2021, vol. 13, no. 2, pp. 1–15. DOI: 1177/1687814021991666.
14. Zhang B., Zhang M., Dong T. High-Fidelity Digital Twin Modeling Method for Contactor Operation Simulation. In: The 13^th International Symposium on Linear Drives for Industry Application (LDIA 2021). Shenyang, Shenyang University of Technology, 2021, 1 p. DOI: 1109/LDIA49489.2021.9505888.

Сведения об авторах

Иванов Иван Петрович – кандидат технических наук, главный научный сотрудник, АО «ВНИИР-Прогресс», Россия, Чебоксары (ipivanov@vniir.ru).

Михайлов Алексей Валерьевич – кандидат технических наук, руководитель направления, АО «ВНИИР-Прогресс»; и.о. заведующего кафедрой электрических и электронных аппаратов, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (avmihailov@vniir.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9072-3442).

Моисеев Сергей Алексеевич – заместитель генерального директора, АО «ВНИИР-Прогресс», Россия, Чебоксары (moiseev@vniir.ru).

Формат цитирования

Иванов И.П., Михайлов А.В., Моисеев С.А. Особенности подходов к созданию цифровых моделей и двойников коммутационного аппарата // Вестник Чувашского университета. 2025. № 2. С. 62–71. DOI: 10.47026/1810-1909-2025-2-62-71.

Загрузить полный текст статьи