«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Цифровые двойники трубопроводных систем: назначение, структура, задачи и методические подходы к реализации

УДК: [519.6+004.9]:621.6
DOI: -

Авторы:

¹ Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, Иркутск, Россия

Ключевые слова: трубопроводные системы энергетики, цифровизация, цифровые двойники, динамика функционирования, вероятностное моделирование

Аннотация:

Статья посвящена проблемам и возможным подходам к разработке цифровых двойников (ЦД) трубопроводных систем (ТПС) энергетики тепло-, водо-, нефте-, газоснабжения и др. На фоне анализа общих представлений и практики реализации ЦД в разных областях цифровизации конкретизируются основные требования и сферы возможного применения ЦД ТПС как составной части ТПС на пути их трансформации в киберфизические системы. Предложено применение концепций "сквозного", иерархического и объектно-ориентированного моделирования ТПС, позволяющих избежать непроизводительного дублирования ЦД для применения на разных временных и технологических уровнях. Дается характеристика структуры ЦД ТПС, содержания основных моделей, их взаимодействия, основных задач реализации. Для центральной задачи адекватного моделирования динамики функционирования ТПС с учетом стохастики внешних воздействий и неопределенности внутреннего состояния предложен конструктивный подход для получения вероятностных значений практически любых показателей функционирования ТПС – эффективности, допустимости, управляемости, идентифицируемости и других – на основе применения ЦД.

Список литературы:

1. Hasan M. Digital twin market: Analyzing growth and emerging trends: Report IoT Analytics. – 2023. – URL: https://iot-analytics.com/digital-twin-market-analyzing-growth-emerging-trends/
2. Heluany J.B., Gkioulos V. A review on digital twins for power generation and distribution // Int. J. of Information Security. – 2024. – Vol. 23, Issue 2. – P. 1171–1195. – DOI: 10.1007/s10207-023-00784-x
3. Digital twin modeling for district heating network based on hydraulic resistance identification and heat load prediction / Zheng Xuejing, Shi Zhiyuan, Wang Yaran [et al.] // Energy. – 2024. – Vol. 288. – P. 129726. – DOI: 10.1016/j.energy.2023.129726
4. Цифровизация и цифровая трансформация теплоэнергетики как фактор повышения эффективности тепловой инфраструктуры (обзор) / Е.Ю. Головина, Е.В. Самаркина, Н.Е. Буйнов, М.В. Евлоева // Теплоэнергетика. – 2022. – № 6. – С. 3–16. – DOI: 10.1134/S0040363622060042
5. Создание цифрового двойника тепловой сети в различных программных комплексах / А.В. Шишкин, П.В. Мешалова, С.А. Зенин [и др.] // Надежность и безопасность энергетики. – 2022. – Т. 15, № 3. – С. 166–174. – DOI: 10.24223/1999-5555-2022-15-3-166-174
6. Movva S.S. Development of Digital Twins for Urban Water Systems // J. of Technology and Systems. – 2024. – Vol. 6, No. 3. – P. 19–33. – DOI: 10.47941/jts.1833
7. Алексеев С.Е., Алексеева Т.Р. Развитие механизмов цифровой трансформации водоканалов // Водоснабжение и санитарная техника. – 2020. – № 2. – С. 32–39. – DOI: 10.35776/MNP.2020.02.06
8. Крицкий А.В., Юсупов А.Р., Мартьянов А.Е. Цифровой двойник – новый инструмент в развитии водопроводно-канализационного предприятия крупного города // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. – 2020. – № 2. – С. 24–31.
9. Обзор современных программных комплексов и концепции цифрового двойника для прогнозирования аварийных ситуаций на объектах нефтегазовой отрасли / К.Н. Абдрахманова, А.В. Федосов, К.Р. Идрисова [и др.] // Электрон. науч. журн. Нефтегазовое дело. – 2020. – № 3. – С. 71–91. – DOI: 10.17122/ogbus-2020-3-71-91
10. Казак А.С., Олейников А.В. Применение методов системного анализа для построения цифровых двойников фрагментов газотранспортных систем на основе нейросетевого моделирования (основные положения методологии анализа и синтеза) // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2024. – № 1(606). – С. 5–12.
11. Леонов Д.Г., Папилина Т.М., Степанкина О.А. Развитие архитектуры расчетно-интеграционной платформы построения цифровых двойников и интеллектуальных средств поддержки принятия решений для объектов ЕСГ // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2023. – № 9(602). – С. 6–14. – DOI: 10.33285/2782-604X-2023-9(602)-6-14
12. Grieves M. Digital Twin Certified: Employing Virtual Testing of Digital Twins in Manufacturing to Ensure Quality Products // Machines. – 2023. – Vol. 11, Issue 8. – P. 808. – DOI: 10.3390/machines11080808
13. ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. – Введ. 2022–01–01. – М.: Российский ин-т стандартизации, 2021. – IV, 10 с. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200180928
14. ISO 23247. Automation systems and integration – Digital twin framework for manufacturing / Technical Committee ISO/TC 184. Automation systems and integration. Subcommittee SC 4. Industrial data. – 2021. – URL: www.iso.org/obp/ui/ru/#iso:std:iso:23247:-1:ed-1:v1:en/
15. Hasan M. Decoding Digital Twins: Exploring the 6 main applications and their benefits: Report IoT Analytics. – 2023. – URL: https://iot-analytics.com/6-main-digital-twin-applications-and-their-benefits/
16. Novitsky N.N. Actual directions of digitalization of pipeline systems and methods of analysis of their properties as cyber-physical objects // E3S Web of Conf. Vol. 397. Proc. of 2022 Conf. on Mathematical Models and Methods of the Analysis and Optimal Synthesis of the Developing Pipeline and Hydraulic Systems, online, June 19, 2023. – DOI: 10.1051/e3sconf/202339703001
17. Alexeev A.V., Novitsky N.N. The information and computing complex "ANGARA-VS" for end-to-end modeling of water supply systems when developing development schemes, scheduling modes, and dispatching management // MATEC Web of Conf. Vol. 212. Proc. of 2018 Int. Scientific Conf. "Investment, Construction, Real Estate: New Technologies and Special-Purpose Development Priorities" (ICRE 2018), online, Oct. 15, 2018. – DOI: 10.1051/matecconf/201821206001
18. Multilevel modeling and optimization of large-scale pipeline systems operation / N.N. Novitskiy, A.V. Alekseev, O.A. Grebneva [et al.] // Energy. – 2019. – Vol. 184. – P. 151–164. – DOI: 10.1016/j.energy.2018.02.070
19. Новицкий Н.Н., Михайловский Е.А. Объектно-ориентированное моделирование гидравлических цепей // Вестн. ИрГТУ. – 2012. – № 7(66). – С. 170–176.
20. Новицкий Н.Н., Вантеева О.В. Моделирование стохастики потокораспределения в гидравлических цепях // Изв. РАН. Энергетика. – 2011. – № 2. – С. 122–131.