Формування комплексного цифрового двійника роботизованого механізму

Автор(и)

  • Владислав Плюгін Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова https://orcid.org/0000-0003-4056-9771
  • Олексій Словіковський Національний університет біоресурсів і природокористування України
  • Олег Сінельников Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова

DOI:

https://doi.org/10.33042/2079-424X.2024.63.1.04

Ключові слова:

Складна структура, Модель ROM, Моделювання перехідних процесів, Digital Twin, Twin Builder

Анотація

Робота присвячена вирішенню актуальної соціально-економічної та екологічної проблеми розробки механізмів можливості дистанційного визначення радіаційних параметрів та поводження з матеріалами в умовах значного радіаційного випромінювання. Роботизовані механізми, що використовуються в небезпечних зонах, мають певний ресурс, а для виконання запланованих операцій потрібна безаварійна робота складових систем. Це системи, які в першу чергу критичні для управління. У зв'язку з цим дуже важливо захистити їх і знизити витрати на технічне обслуговування. Одним із методів, який уже зарекомендував себе з позитивного боку в атомній енергетиці, є використання комплексу взаємопов’язаних цифрових двійників, які дозволяють робити індивідуальні прогнози для кожної частини обладнання в складній системі. Проблеми в роботі можна виявити в режимі реального часу, а підхід на основі цифрового двійника дозволяє уникнути поломок і стежити за деградацією систем. Розробка передбачає як нові підходи до створення цифрових двійників, так і досвід попередніх теоретичних та експериментальних досліджень, проведених авторами проекту. Результати досліджень дозволять вперше створити конкурентоспроможні вітчизняні комплекси, здатні подовжити термін служби критичного для забезпечення безпеки людини обладнання.

Біографії авторів

Владислав Плюгін, Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри систем електропостачання та електроспоживання міст

Олексій Словіковський, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Аспірант, кафедра  автоматики та робототехнічних систем ім. акад. І.І. Мартиненка

Олег Сінельников, Харківський національний університет міського господарства імені О.М. Бекетова

Аспірант, кафедра систем електропостачання та електроспоживання міст

Посилання

Jiang, Y., Yin, S., Li, K., Luo, H., & Kaynak, O. (2021). Industrial applications of digital twins. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 379(2207), 20200360. https://doi.org/10.1098/rsta.2020.0360

Denk, M., Bickel, S., Steck, P., Götz, S., Völkl, H., & Wartzack, S. (2022). Generating digital twins for path-planning of autonomous robots and drones using con-strained homotopic shrinking for 2D and 3D environment modeling. Applied Sciences, 13(1), 105. https://doi.org/10.3390/app13010105

Qamsane, Y., Moyne, J., Toothman, M., Kovalenko, I., Balta, E. C., Faris, J., ... & Barton, K. (2021). A methodology to develop and implement digital twin solutions for manufacturing systems. IEEE Access, 9, 44247–44265. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3065971

Skrynnyk, O. (2021). Towards Organizational De-velopment In Digital Organizational Twin. SocioEconomic Challenges, 5(3), 126–133. https://doi.org/10.21272/sec.5(3).126-133.2021

Mazumder, A., Sahed, M.F., Tasneem, Z., Das, P., Badal, F.R., Ali, M.F., ... & Islam, M.R. (2023). Towards next generation digital twin in robotics: Trends, scopes, challenges, and future. Heliyon, 9(2), e13359. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e13359

Rustici, C. (2020). Can digital simulation help reach a cleaner nuclear industry?. DirectIndustry eMag. https://emag.directindustry.com/2020/05/02/can-digital-simulation-help-reach-a-cleaner-nuclear-industry/

Baidya, S., Das, S.K., Uddin, M.H., Kosek, C., & Summers, C. (2022). Digital twin in safety-critical robotics applications: Opportunities and challenges. In 2022 IEEE International Performance, Computing, and Communications Conference (IPCCC) (pp. 101–107). IEEE. https://doi.org/10.1109/IPCCC55026.2022.9894313

Zhong, D., Xia, Z., Zhu, Y., & Duan, J. (2023). Overview of predictive maintenance based on digital twin technology. Heliyon, 9(4), e14534. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14534

Hua, E. Y., Lazarova-Molnar, S., & Francis, D. P. (2022, December). Validation of digital twins: challenges and opportunities. In 2022 Winter Simulation Conference (WSC) (pp. 2900–2911). IEEE. https://doi.org/10.1109/WSC57314.2022.10015420

Hasan, S.M., Lee, K., Moon, D., Kwon, S., Jinwoo, S., & Lee, S. (2022). Augmented reality and digital twin system for interaction with construction machinery. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 21(2), 564–574. https://doi.org/10.1080/13467581.2020.1869557

Smyrnyi, М.F., Pliuhin, V.Y., Polivianchuk, A.P., & Gokov, A.M. (2020). Development of information de-vices for control of objects with a discrete mode of motion on the basis of magnetometric converters. Telecommunications and Radio Engineering, 79(19), 1735–1746. https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v79.i19.60

Pliuhin, V., Tsegelnyk, Y., Slovikovskyi, O., Duniev, О., & Yehorov, А. (2022). The speed stabilization system of electromechanical energy converters in ANSYS Twin Builder. Lighting Engineering & Power Engineering, 61(2), 55–64. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2022.61.2.03

Pliuhin, V., Sukhonos, M., Biletskyi, I., Plankov-skyy, S., & Tsegelnyk, Y. (2024). Implementation features of local and remote technical objects digital twins. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1376, 012036. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1376/1/012036

Pliuhin, V., Tsegelnyk, Y., Sukhonos, M., Biletskyi, I., Plankovskyy, S., & Khudiakov, I. (2024). Electricity production prediction by Microsoft Azure Machine Learning Service and Python user blocks. In P. Acharjya, S. Koley, & S. Barman (Eds.), Machine Learning and Computer Vision for Renewable Energy (pp. 227–267). IGI Global. https://doi.org/10.4018/979-8-3693-2355-7.ch013

Lavrov, Y.A., & Siryk, O.E. (2022). Functional net-works for ergonomics and reliability tasks on the 90th anniversary of A. Gubinsky and V. Evgrafov. Sigurnost, 64(3), 245–257. https://doi.org/10.31306/s.64.3.3

Bazhenov, R., Lavrov, E., Sedova, N., & Sedov, V. (2022). Fuzzy controller for automatic ventilation control system. In Z. Hu, S. Petoukhov, M. He (Eds.) Advances in Artificial Systems for Medicine and Education V. AIMEE 2021. LNDECT, vol. 107 (pp. 95–104). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-92537-6_9

Krukovskyi, P.G., Diadiushko, Y.V., Garin, V.O., Tryfonov, O.V., & Kabanov, Y.Y. (2020). CFD model as a digital twin of the radiation state of the new safe confinement of the Chernobyl NPP. Problems of Atomic Science and Technology, 128(14), 54–62.

Panda, A., Nahornyi, V., Pandová, I., Harničárová, M., Kušnerová, M., Valíček, J., & Kmec, J. (2019). Development of the method for predicting the resource of mechanical systems. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 105, 1563–1571. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04252-6

Shypul, O., Garin, V., Tkachenko, D., Zaklinskyy, S., Tryfonov, O., Plankovskyy, S. (2023). Development of a digital twin of reservoir filling by gas mixture component. In S. Shkarlet, et al. (Eds.) Mathematical Modeling and Simulation of Systems. MODS 2022. LNNS, vol. 667 (pp. 85–98). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-30251-0_7

Melesse, T. Y., Di Pasquale, V., & Riemma, S. (2020). Digital twin models in industrial operations: A systematic literature review. Procedia Manufacturing, 42, 267–272. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.02.084

Ponnusamy, S., Assaf, M., Antari, J., Singh, S., & Kalyanaraman, S. (Eds.). (2024). Digital Twin Technology and AI Implementations in Future-Focused Businesses. IGI Global. https://doi.org/10.4018/979-8-3693-1818-8

Hananto, A.L., Tirta, A., Herawan, S.G., Idris, M., Soudagar, M.E.M., Djamari, D.W., & Veza, I. (2024). Digital twin and 3D digital twin: Concepts, applications, and challenges in Industry 4.0 for digital twin. Computers, 13(4), 100. https://doi.org/10.3390/computers13040100

Zhong, X., Babaie Sarijaloo, F., Prakash, A., Park, J., Huang, C., Barwise, A., ... & Dong, Y. (2022). A multi-disciplinary approach to the development of digital twin models of critical care delivery in intensive care units. International Journal of Production Research, 60(13), 4197–4213. https://doi.org/10.1080/00207543.2021.2022235

Ruzsa, C. (2021). Digital twin technology-external data resources in creating the model and classification of different digital twin types in manufacturing. Procedia Manufacturing, 54, 209–215. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2021.07.032

Lam, W.S., Lam, W.H., & Lee, P.F. (2023). A bibliometric analysis of digital twin in the supply chain. Mathematics, 11(15), 3350. https://doi.org/10.3390/math11153350

Bouhedma, S., Rao, Y., Schütz, A., Yuan, C., Hu, S., Lange, F., ... & Hohlfeld, D. (2020). System-level model and simulation of a frequency-tunable vibration energy harvester. Micromachines, 11(1), 91. https://doi.org/10.3390/mi11010091

Adamou, A.A., & Alaoui, C. (2023). Energy efficiency model-based digital shadow for induction motors: towards the implementation of a digital twin. Engineering Science and Technology, an International Journal, 44, 101469. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2023.101469

Rasheed, A., San, O., & Kvamsdal, T. (2020). Digital twin: Values, challenges and enablers from a modeling perspective. IEEE Access, 8, 21980–22012. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2970143

Brandtstaedter, H., Ludwig, C., Hübner, L., Tsouchnika, E., Jungiewicz, A., & Wever, U. (2018). Digital twins for large electric drive trains. In 2018 Petroleum and chemical industry conference Europe (PCIC Europe) (pp. 1–5). IEEE. https://doi.org/10.23919/PCICEurope.2018.8491413

ANSYS Inc. (2022). ANSYS Twin Builder Reference Guide.

Sinner, P., Daume, S., Herwig, C., & Kager, J. (2020). Usage of digital twins along a typical process development cycle. In C. Herwig, R. Pörtner, J. Möller (Eds.) Digital Twins. ABE, vol. 176 (pp. 71–96). Springer. https://doi.org/10.1007/10_2020_149

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-04-26

Як цитувати

Плюгін, В., Словіковський, О., & Сінельников, О. (2024). Формування комплексного цифрового двійника роботизованого механізму. Світлотехніка та Електроенергетика , 63(1), 27–34. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2024.63.1.04

Номер

Том 63 № 1 (2024): Світлотехніка та Електроенергетика

Розділ

Електроенергетика

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Світлотехніка та Електроенергетика

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

   Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).