О цифровых технологиях управления жизненным циклом газотурбинного двигателя

Фото: Shuterstock

Широкое использование цифровых двойников позволяет предприятиям Объединённой двигателестроительной корпорации на 40% сократить инвестиции в производство и значительно ускорить разработку новых продуктов.

Чтобы конкурировать на рынке, необходимо показывать преимущество в скорости разработки и качестве выпускаемой продукции. Сегодня один из ключевых для ОДК показателей – это скорость вывода на рынок новых продуктов.

 

Раньше любой газотурбинный двигатель проходил путь от осевой линии на ватмане до производства за 15-18 лет. Новый двигатель ПД-14 разработали и запустили в серийное производство за 10 лет, а с двигателем ПД-8 «ОДК-Авиадвигатель» и «ОДК-Пермские моторы» планируют уложиться в 5 лет. Без цифровизации управления жизненным циклом изделия это в принципе невозможно.

Как проектировался двигатель раньше? По заказу центрального конструкторского бюро другие КБ разрабатывали на бумаге отдельные компоненты двигателя: компрессоры, турбины, детали вращения. Результаты по почте отправляли в центральное КБ для согласования. Такой процесс не может быть эффективным.

Сегодня все конструкторские бюро ОДК работают в единой виртуальной мастер-модели проектируемого изделия. Модель сама согласовывает элементы друг с другом и в реальном времени показывает, как, например, топливная автоматика влияет на камеру сгорания, которая в это же время проектируется другой командой. Такая технология позволяет учесть большое количество взаимосвязанных факторов. Конструктор способен держать в голове два, три, четыре параметра во взаимосвязи. А когда их тысячи, следить за ними можно только в цифре.

Ещё одна область, где сегодня невозможно обойтись без цифровых двойников – это испытания двигателей. Надёжность – самая главная характеристика, которую должна обеспечить силовая установка вместе с планером, особенно в гражданской авиации. Чтобы подтвердить эту надёжность, проводятся натурные испытания.

Раньше лётчик должен был три года летать на самолёте в разных режимах, в том числе в режиме перегрузки, чтобы изучить, какие критические параметры приводят к тому или иному разрушению. Сейчас значительная часть испытаний перенесена в виртуальное пространство. Цифровизация позволяет сократить, удешевить и упростить этот процесс: благодаря расчётным моделям можно не тратить колоссальные человеческие ресурсы и не изготавливать лишние дорогие образцы, избежать расхода авиационного топлива и снизить количество выбросов в атмосферу.

Но часть испытаний и сейчас всё равно проводится на «живых» двигателях. Из задействованных технологий можно выделить цифровой контроль параметров на испытательных стендах. Это ещё не совсем искусственный интеллект, но некоторые решения программа принимает самостоятельно. Если складывается ситуация, которая может привести к разрушению двигателя, повреждению стенда и угрозе жизни испытателей, программа автоматически останавливает установку.

Предиктивная аналитика может работать не только на испытаниях, но и на производстве. Технология позволяет собирать информацию с датчиков на станках, сравнивать её с ретроспективными данными тех же самых датчиков и формировать прогноз. Например, так можно спрогнозировать выход техники из строя.

Самообучающаяся система формирует тренд и сигнализирует механику, что, например, с вероятностью 90% через 25 часов работы откажет такой-то подшипник. Это приведёт к аварии на станке, уведёт направляющую, и придётся проводить капитальный ремонт. Система позволяет предупредить такую ситуацию, остановить станок, заменить узел и обойтись меньшими потерями.

Когда около 15 лет назад в ОДК только начали внедрять цифровые технологии, никто ещё не говорил про цифровизацию и искусственный интеллект, речь шла про автоматизацию. Сейчас цифровизация в двигателестроении – это бесшовное управление всем жизненным циклом изделия от идеи до серийного производства и сервисного обслуживания, вплоть до его утилизации, когда двигатель себя исчерпал. Фактически все передовые предприятия в отрасли уже приближаются к полной реализации такого цикла.

При этом цифровизация остаётся инструментом, который не работает без творческого начала человека. Решения принимает всё равно инженер: как интерпретировать данные, полученные от машины, какие выводы сделать. Это то, что оцифровать с достойным качеством пока не получается. Системы могут подсказать человеку, натолкнуть его на мысль об улучшении, но сами пока предложить такие улучшения не могут. Если раньше инструментами инженера были логарифмическая линейка и калькулятор, теперь это компьютер и цифровой двойник.

Любое крупное инвестиционное решение принимается только после того, как сформирована имитационная модель будущего производства или цеха в виртуальном пространстве. Может выясниться, например, что станки расположены не оптимальным образом. А если расставить их по-другому, то один из них будет дополнять другой, и будет обеспечена нужная пропускная способность не тремя, а двумя станками. Когда вся картина складывается в цифровом формате, начинается реализация проекта: строится новый цех, закупается и расставляется оборудование так, как это было опробовано на модели. Исключив из процесса проектирования будущего производства человеческий фактор, можно сэкономить до 40% инвестиций.

По материалам журнала «Крылья Родины» 9-10.2021, стр. 103-105