Роль цифровых двойников в реализации проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн» обсудили на совещании с руководством Росгидромета

24 апреля 2020 года состоялось онлайн-совещание, посвященное реализации федерального проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн», в котором приняли участие

• Руководитель Федеральной служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета) Игорь Шумаков, а также сотрудники Росгидромета и подведомственных организаций;
• директор Департамента государственной политики и регулирования в области гидрометеорологии, изучения Арктики, Антарктики и Мирового океана Минприроды России Сергей Хрущев,
• Член Комитета Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации по федеративному устройству, региональной политике, местному самоуправлению и делам Севера, представитель Кемеровской области-Кузбасса Дмитрий Кузьмин,​
• представители Правительства Кузбасса, а также
• участники команды проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн», в том числе
• представители Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ.

Проект "Цифровой Обь-Иртышский бассейн" был инициирован Губернатором Кузбасса С.Е. Цивилевым в марте 2019 года, в его реализацию вовлечены 12 регионов Западной Сибири и Урала. Проект направлен на оздоровление Обь-Иртышского бассейна и его основных рек Обь, Иртыш, Томь, Тобол, Миасс и Тура.

Цифровое моделирование экосистемы великих сибирских рек позволит выявить основные факторы, критически влияющие на уровень техногенной нагрузки, определить пути решения проблем, связанных с накопленным экологическим ущербом, и перейти к системной реализации мер по оздоровлению водных объектов.

В рамках масштабного проекта, аналогов которому в мире пока нет, ставится грандиозная технологическая и управленческая задача: с применением технологии цифровых двойников и больших данных создать комплексную систему управления водными ресурсами, которая станет инструментом поддержки принятия решений для федеральных и региональных органов власти, а также промышленных предприятий – водопользователей.

Темой рабочей встречи стало обсуждение возможностей технологии цифровых двойников для решения задач комплексного управления водными ресурсами в рамках проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн».

Технологию цифровых двойников представил проректор по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), руководитель Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ (Центр НТИ СПбПУ) Алексей Боровков.

Он отметил, что цифровой двойник (Digital Twin) – это «технология-интегратор», которая объединяет в себе новые производственные технологии, искусственный интеллект, большие данные, распределенный реестр, беспроводные технологии, технологии сенсорики, природоподобные технологии, бионический дизайн.

«Важно достичь высокого уровня адекватности разрабатываемой модели, то есть выйти на уровень, где мы с высокой степенью точности (в высокотехнологичных проектах – в пределах ± 5%) описываем все измеримые полученные экспериментальные данные. Это нестационарная нелинейная задача, к которой, безусловно, относится такой сложный проект, как “Цифровой Обь-Иртышский бассейн”», – сказал Алексей Боровков.

Алексей Иванович рассказал о концепции, компетенциях, ресурсах и опыте Центра НТИ СПбПУ по разработке цифровых двойников, которые, безусловно, будут применены для создания цифрового двойника Обь-Иртышского бассейна.

Проф. А.И. Боровков отметил, что ключевыми составляющими этого процесса являются системный инжиниринг, применение best-in-class технологий мирового уровня, формирование Digital Brainware на основе множества экспериментальных данных, имеющихся, в частности, у Росгидромета, многочисленные виртуальные испытания, в том числе на специализированных "виртуальных стендах" и "виртуальных полигонах". Понятно, что для такой глобальной задачи как «Цифровой Обь-Иртышский бассейн» все основные компоненты цифрового двойника должны быть переосмыслены, уточнены, модифицированы.

«Системный инжиниринг позволяет рассматривая Обь-Иртышский бассейн как сложную систему, состоящую из множества взаимодействующих и взаимовлияющих подсистем и компонентов, собрать все имеющиеся данные на единой цифровой платформе. В результате обработки огромных объёмов данных можно будет разработать семейство математических моделей природно-технического объекта. В результате мы постепенно приблизимся «умному» цифровому двойнику, одна из основных задач которого – дать ответы на ключевые вопроса: «Где устанавливать датчики / гидропосты?» и «Какие характеристики нужно измерять / контролировать?», – сказал Алексей Боровков.

В ходе выступления Алексей Иванович подчеркнул, что главное преимущество цифровых двойников состоит в том, что они обладают предсказательным потенциалом. Получая информацию от природного объекта, цифровая модель совершенствуется («умнеет») и начинает прогнозировать ситуации «а что будет, если?», соответственно, оценивать социально-экономические последствия тех или иных событий, тех или иных решений.

«Эти возможности чрезвычайно важны: они помогают заранее подготовиться к тому, что может произойти, например, к разнообразным аварийным и чрезвычайным ситуациям. Кроме того, на основе полученной от цифрового двойника информации затем фактически можно разработать обоснованную инвестиционную программу, в которой будут учтены временные, финансовые возможности / ограничения, а также обоснованы зоны расположения новых датчиков, которые, в свою очередь, позволят усовершенствоать математическую модель, повышая её уровень адекватности.

Говоря о важности и актуальности проекта, конечно же, отмечу, что 22 апреля 2020 наш Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого занял 37-ю позицию в мировом рейтинге влияния вузов на процесс реализации Целей устойчивого развития, утвержденных Генеральной Ассамблеей ООН. Достаточно понятно, что актуальные научно-технологические задачи, которые мы планируем решать в рамках проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн», полностью отвечают целям устойчивого развития, принятым 192 странами на Генеральной ассамблеи ООН и изначально определялись в соответствии с целью №6.5: “К 2030 году обеспечить комплексное управление водными ресурсами на всех уровнях, в том числе при необходимости на основе трансграничного сотрудничества”», – отметил Алексей Боровков.

В завершении выступления Алексей Иванович привел статистику работы инженеров Центра НТИ СПбПУ и ГК CompMechLab за три недели в условиях самоизоляции (в удаленном режиме), подчеркнув, что 300 инженеров ежедневно задействуют 66 363 ядро-часов для одновременного выполнения 40 проектов из 10 высокотехнологичных отраслей промышленности и генерируют примерно 1,5+ Tb содержательной информации.

Принципиально важно, что эффективную работу команды CompMechLab^® удаленно – из дома – обеспечивает российская цифровая платформа CML-Bench™, в которой ведутся все проекты.  

CML-Bench™ – уникальная совместная разработка Инжинирингового центра CompMechLab^® СПбПУ и ГК CompMechLab^®, удостоенная в 2017 году Национальной промышленной премии Российской Федерации «Индустрия». Это цифровая платформа предназначена для разработки цифровых двойников (Digital Twin) и умных цифровых двойников (Smart Digital Twin) как изделий / продуктов, так и технологических / производственных процессов их изготовления.

В рамках проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн» будут использованы трансдисциплинарный подход и кросс-отраслевой трансфер технологий, то есть переход от цифровой промышленности к цифровому природно-техническому объекту - Обь-Иртышскому бассейну, крупнейшему в России и третьему по величине в мире речному бассейну.

Руководитель Росгидромета Игорь Шумаков поблагодарил Алексея Боровкова за детальную информацию о роли цифровых двойников в решении задач комплексного управления водными ресурсами и подчеркнул, что Росгидромет примет участие в реализации проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн» в части предоставления всех необходимых данных для проекта.

«Я могу только приветствовать то, что вы рассказали о технологии цифровых двойников и ее возможностях. Со стороны Росгидромета мы готовы предоставить всю необходимую информацию, которая поможет вам в реализации проекта. Надеюсь, что система заработает быстро и мы выполним поставленные задачи в тот срок, который и планируем. Успехов!»,
– подвел итоги совещания Игорь Шумаков.

В заключение, отметим, что научно-технологическими координаторами и разработчиками проекта являются

• Институт водных и экологических проблем СО РАН,
• Институт вычислительных технологий СО РАН,
• Центр компетенций НТИ СПбПУ "Новые производственные технологии".

В качестве основного технологического партнера выступает Государственная корпорация «Ростех».

Проект станет серьезным шагом к построению на новом качественном уровне комплексной системы управления водными ресурсами, и затем может быть масштабирован и тиражирован на другие водные объекты как в России, так и в других странах.