Ученые ТГУ создали цифровой двойник промышленного клапана для тестирования оборудования без остановки действующего производства

Ученые Томского государственного университета создали цифровой двойник промышленного клапана, который используется в нефтегазотранспортных системах. Модель воспроизводит течение газа внутри устройства и позволяет исследовать нагрузки на оборудование в разных режимах работы — без остановки производства и без риска для реальной техники. Работу выполнили специалисты кафедры вычислительной математики и компьютерного моделирования ММФ ТГУ, решая прикладную задачу промпартнера — ООО «Газпром трансгаз Томск».

Развитие направления по цифровым двойникам на ММФ ТГУ объединяет сразу две задачи: решение актуальных инженерных проблем предприятий и подготовку специалистов, способных работать с современными технологиями математического и компьютерного моделирования.

Цифровой двойник позволяет воспроизводить течение метана внутри сложной геометрии клапана, определять возникающие гидродинамические нагрузки и исследовать поведение оборудования при различных режимах эксплуатации. Величина этих нагрузок зависит сразу от нескольких факторов — расхода газа, перепада давления и степени открытия клапана. Детально исследовать влияние каждого из них непосредственно на действующем оборудовании сложно, поэтому было решено заменить натурные испытания цифровыми.

Значимость проекта в том, что сложные и дорогостоящие натурные испытания промышленного клапана заменены серией вычислительных экспериментов, позволяющих исследовать режимы, воспроизведение которых на действующем оборудовании невозможно или небезопасно. Впервые для данного клапана получены количественные зависимости гидродинамической силы от степени открытия и перепада давления, подтверждённые верификацией по паспортной пропускной способности с расхождением менее 5 %. Это даёт компании инструмент для прогнозирования нагрузок на оборудование без остановки производства.

Проведенная в ТГУ серия цифровых экспериментов дала количественно обоснованные ответы на все поставленные заказчиком вопросы о гидродинамических процессах внутри клапана.

— Ценность цифрового двойника заключается не в трехмерном изображении объекта. В его основе — математическая модель, которая воспроизводит физические процессы, происходящие в реальном оборудовании. Благодаря этому мы можем изменять условия его работы в виртуальной среде, проводить серию вычислительных экспериментов и исследовать режимы, которые на действующем оборудовании воспроизвести сложно, дорого, а иногда и невозможно, — объясняет заместитель декана ММФ ТГУ, руководитель профессиональной программы СпецВО «Моделирование и цифровые двойники» Елена Гурина.

Разработка цифрового двойника промышленного клапана — один из примеров практических задач, которыми сегодня занимается механико-математический факультет ТГУ. Такие проекты позволяют не только решать конкретные задачи предприятий, но и развивать компетенции факультета в области математического моделирования, вычислительной гидрогазодинамики и создания цифровых двойников для промышленности.

— Этот опыт непосредственно связан и с образовательной деятельностью ММФ, где студенты программы «Моделирование и цифровые двойники» проходят весь путь создания цифрового двойника — от понимания физики реального процесса, протекающего с натурным объектом, и построения математической модели до проведения вычислительного эксперимента и интерпретации полученных результатов. Работа с реальными индустриальными задачами позволяет студентам понять, зачем нужны изучаемые математические методы и как они применяются в современной промышленности, — отмечает Елена Гурина.

Сегодня цифровые двойники переходят на новый уровень: от простого мониторинга — к прогнозированию. Ключевое отличие такого подхода в том, что система не просто фиксирует проблему, а предсказывает сбой заранее — до того, как он превратится в брак, простой производства или серьезные затраты.

В видеоинтервью Елена Гурина ответила на самые популярные вопросы о цифровых двойниках и рассказала, с чего начинается их создание, какие типы сбоев и потерь они помогают обнаруживать раньше человека, и привела пример, где прогноз позволил принять решение до того, как проблема стала критичной.

Погрузиться в тему профессионально, освоить инструменты прогнозной аналитики и научиться работать с цифровыми моделями реальных процессов можно на программе специализированного высшего образования «Моделирование и цифровые двойники» ММФ ТГУ.

Пресс-служба МГ ARMTORG по материалам news.tsu.ru

ARMTORG в MAX, подпишись!