Koncepcja cyfrowego bliźniaka zapewnia bezpieczniejsze niebo w miastach
Nowoczesna obsługa techniczna samolotów zazwyczaj opiera się na harmonogramach opracowanych dla całej floty w oparciu o założenia wynikające z najbardziej niekorzystnych scenariuszy projektowych. Oznacza to, że każdy statek powietrzny w danej kategorii jest poddawany konserwacji i wycofywany z eksploatacji w tym samym czasie, niezależnie od jego faktycznej historii operacyjnej. „To uniwersalne podejście jest nie tylko kosztowne, ale prowadzi również do marnotrawstwa”, mówi koordynator projektu AVATAR(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Marek Vančo z czeskiej firmy EVEKTOR(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Samoloty, które były użytkowane mniej intensywnie niż przeciętnie, są przedwcześnie wycofywane z eksploatacji, podczas gdy maszyny użytkowane w trudniejszych warunkach mogą nie być monitorowane w wystarczającym stopniu pomiędzy przeglądami”.
Cyfrowy bliźniak do analizy w czasie rzeczywistym
Celem finansowanego przez UE projektu AVATAR była optymalizacja operacji i konserwacji istniejących statków powietrznych poprzez ciągłe monitorowanie w czasie rzeczywistym oraz wspieranie bezpiecznego wdrażania nowych materiałów i projektów. Aby ten cel zrealizować, zespół projektu opracował skalowalną strukturę cyfrowego bliźniaka do zarządzania stanem technicznym i użytkowaniem w czasie rzeczywistym. Cyfrowy bliźniak to wirtualna replika systemu, która aktualizuje się w czasie rzeczywistym przy użyciu danych z czujników, sztucznej inteligencji i analiz. „Cały system opiera się na trzech zintegrowanych komponentach”, wyjaśnia Zahra Sharif Khodaei z Imperial College(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Wielkiej Brytanii, koordynatorka ds. naukowych projektu AVATAR. „Pierwszym z nich jest fizyczny system lekkich czujników IoT, który zapewnia ciągły pomiar in situ reakcji strukturalnej podczas lotu”. Drugim komponentem jest wirtualny system predykcji z probabilistycznym uczeniem maszynowym do diagnozowania uszkodzeń w czasie rzeczywistym; trzeci to bezpieczna platforma komunikacji danych łącząca systemy fizyczne i wirtualne poprzez przetwarzanie brzegowe i przetwarzanie w chmurze. „Razem te komponenty tworzą stale aktualizowaną wirtualną replikę każdego samolotu, która odzwierciedla jego rzeczywistą historię operacyjną, a nie ogólne założenia projektowe”, dodaje Sharif Khodaei.
Analiza zbiorcza i po zakończeniu lotu
Wszystkie trzy komponenty zostały zintegrowane w ramach jednego, opartego na chmurze operacyjnego pulpitu nawigacyjnego. Zapewniło to analizę zbiorczą oraz po zakończeniu lotu dwóch różnych profili użytkowników – analityka technicznego i pilota. Następnie zespół projektowy z powodzeniem zademonstrował skuteczność koncepcji cyfrowego bliźniaka poprzez loty testowe załogowego statku powietrznego EVEKTOR, a także testy laboratoryjne dronów. „Każdy z nich reprezentował inną filozofię projektowania strukturalnego i dlatego wymagał odrębnej konfiguracji cyfrowego bliźniaka” mówi Sharif Khodaei. Rzeczywiste dane generowane podczas lotu zostały zebrane i przetworzone przez cały system cyfrowego bliźniaka, umożliwiając jego walidację po raz pierwszy w rzeczywistych warunkach operacyjnych. „Kolejnym wyzwaniem jest skalowanie i komercjalizacja”, dodaje Vančo. „Wszystkie trzy podstawowe komponenty – skóra sensoryczna IoT, wirtualny system predykcji i platforma komunikacyjna – są gotowe do dalszego rozwoju w kierunku certyfikowanych, komercyjnie wdrażalnych produktów”.
Projekt inżynieryjny, rzeczywistość operacyjna i bezpieczeństwo
Zespół projektu AVATAR uważa, że jego innowacja stanowi fundamentalną zmianę w sposobie myślenia o związku między projektem inżynieryjnym, rzeczywistością operacyjną i zapewnieniem bezpieczeństwa. Dzięki ograniczeniu niepotrzebnych przestojów, predykcyjna konserwacja oparta na stanie technicznym może przełożyć się na niższe ceny biletów i bardziej zrównoważone operacje. „Jeśli chodzi o projektowanie samolotów, stale dostępne dane dotyczące rzeczywistego użytkowania mogą przyspieszyć certyfikację nowatorskich materiałów i konfiguracji, w tym projektów kompozytowych i hybrydowo-elektrycznych, które zdefiniują następną generację zrównoważonego lotnictwa”, zauważa Sharif Khodaei. W perspektywie długoterminowej największe korzyści mogą dotyczyć miejskiej mobilności powietrznej. Gdy elektryczne taksówki powietrzne i autonomiczne statki powietrzne zaczną działać na zaludnionych obszarach, akceptacja społeczna będzie zależeć od możliwego do udowodnienia, stale weryfikowanego bezpieczeństwa. „System cyfrowego bliźniaka, rozwijany w ramach projektu AVATAR, umożliwia właśnie takie podejście – bieżącą, opartą na danych ocenę integralności strukturalnej każdego statku powietrznego podczas każdego lotu”, zauważa Vančo. „Zdolność ta będzie niezbędna do bezpiecznej integracji transformacyjnych pojazdów powietrznych ze środowiskiem miejskim i budowania zaufania publicznego”.
