Использование цифрового двойника для обучения студентов металлургического профиля

Статья поднимает важнейшую для современного инженерного образования проблему подготовки высококвалифицированных инженерных кадров с использованием цифровых двойников. В частности, включение цифровых двойников в учебный процесс весьма актуально при подготовке студентов металлургического профиля. В настоящий момент обучение студентов-металлургов на физических моделях установки литейного комплекса в силу ряда причин (высокая стоимость расходных материалов, необходимость строгого соблюдения требований техники безопасности, оформления специального допуска) имеет ограниченный характер и применяется в основном при выполнении выпускных квалификационных работ, ведущихся в рамках программ научных грантов и хоздоговоров с предприятиями. Целью данной статьи является выявление достоинств и ограничений цифрового двойника современной технологии литья алюминиевых сплавов для использования в образовательном процессе. Цифровой двойник установки полунепрерывного литья алюминиевых сплавов, созданный в Сибирском федеральном университете, является аналогом современных промышленных комплексов, используемых на металлургических предприятиях. Разработанное в СФУ методическое обеспечение и сценарий позволили провести опробование цифрового двойника литейного комплекса в образовательном процессе и получить результаты, позволяющие утверждать, что его использование в учебном процессе будет способствовать формированию у выпускников общепрофессиональных, профессиональных обязательных для освоения и профессиональных компетенций.

1. Шейнбаум В.С., Пятибратов П.В., Хохловa М.С., Гришин Д.В., Пельменёва А.А. Обучение студентов в виртуальной среде профессиональной деятельности на примере междисциплинарного тренинга // Инженерное образование. 2016. № 20. С. 178–187. URL: http://www.ac-raee.ru/files/io/m20/art_27.pdf (дата обращения 19.01.2022).

2. Шейнбаум В.С. Междисциплинарное деятельностное обучение в виртуальной среде профессиональной деятельности: состояние, перспективы // Высшее образование в России. 2017. № 11. С. 61–68. URL: https://vovr.elpub.ru/jour/article/view/1207/0 (дата обращения: 19.01.2022).

3. Вихман В.В., Ромм М.В. «Цифровые двойники» в образовании: перспективы и реальность // Высшее образование в России. 2021. Т. 30. No 2. С. 22-32. DOI: 10.31992/0869-3617-2021-30-2-22-32

4. Semeraro C., Lezoche M., Panetto H., Dassisti M. Digital twin paradigm: A systematic literature review // Computers in Industry. 2021. Vol. 130. Р. 103469. DOI: 10.1016/j.compind. 2021.103469

5. Бирев Л.Э., Белкин И.О. Цифровой двойник // Инновации. Наука. Образование. 2021. № 26. С. 1375–1380. URL: https://innovjourn.ru/nomer/26-nomer/ (дата обращения: 19.01.2022).

6. Фомичева Т.Л. Что такое цифровые двойники? // Самоуправление. 2021. № 2 (124). С. 526–529. URL: https://samupr.ru/wp-content/uploads/2022/01/dajdzhest-2-2021.pdf (дата обращения: 19.01.2022).

7. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт / Научн. ред. А. Боровков. М. : АльянсПринт, 2020. 401 c. URL: https://dfnc.ru/wp-content/uploads/2020/09/Kniga-TSfirovoj-dvojnik.pdf (дата обращения: 19.01.2022).

8. Меньшаева А.А. Развитие цифровых двойников в российской промышленности // Молодой учёный. 2021. № 11 (353). С. 25–27. URL: https://moluch.ru/archive/353/79138/ (дата обращения: 19.01.2022).

9. Михайлюк М.В., Торгашев М.А. Моделирование и визуализация трёхмерных виртуальных пультов управления в тренажёрах // Научная визуализация. 2014. Т. 6. №4. URL: http://sv-journal.org/2014-4/01/index.php?lang=ru (дата обращения: 19.01.2022).

10. Кабалдин Ю.Г., Шатагин Д.А., Аносов М.С., Колчин П.В., Кузьмишина А.М. Киберфизическая система станка с ЧПУ как основа цифрового двойника оборудования // Вестник машиностроения. 2019. № 5. С. 32–39. URL: https://www.mashin.ru/eshop/journals/vestnik_mashinostroeniya/2028/20/ (дата обращения: 19.01.2022).

11. Нестеров П.А., Косьяненко А.В., Фролов Е.Б. «Цифровой двойник» производственной системы – базис для эффективного управления предприятием // Автоматизация и IT в энергетике. 2020. № 8 (133). С. 20–26. URL: https://www.avite.ru/avite/issues/8_2020/ (дата обращения: 19.01.2022).

12. Akintseva A.V., Pereverzev P.P.,Reshetnikov B.V., Irshin A.V. Analytical basics of digital twin for CNC round grinding process // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38, Part 4. P. 1740-1744, doi: https://doi.org/10.1016/j.mat-pr.2020.08.244

13. Liu J., Liu J., Zhuang C., Liu Z., Miao T. Construction method of shop-floor digital twin based on MBSE // Journal of Manufacturing Systems. Vol. 202160 Р. 93–118. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2021.05.004

14. Wang W., Wang J., Tian J., Lu J., Xiong R. Application of Digital Twin in Smart Battery Management Systems // Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition). 2021. Vol. 34. Article no. 57. DOI: 10.1186/s10033-021-00577-0

15. Jun Yan, Zhifeng Liu, Caixia Zhang, Tao Zhang, Congbin Yang. Research on flexible job shop scheduling under finite transportation conditions for digital twin workshop // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2021. Vol. 72. Article no. 102198. DOI: 10.1016/j.rcim.2021.102198

16. Dai, S. ,Zhao, G., Yu, Y., Zheng, P., Bao, Q., Wang, W. Ontology-based information mo deling method for digital twin creation of asfabricated machining parts // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2021. Vol. 72. Article no. 102173. DOI: 10.1016/j.rcim.2021.102173

17. Jiewu Leng, Dewen Wang, Weiming Shen, Xinyu Li, Qiang Liu, Xin Chen. Digital twins-based smart manufacturing system design in Industry 4.0: A review // Journal of Manufacturing Systems. 2021. Vol. 60. Р. 119–137. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2021.05.011

18. Немтинов В.А., Манаенков И.М., Немтинова Ю.В. Создание виртуальной технологической лаборатории и организация обучения при подготовке кадров высшей квалификации // Высшее образование в России. 2020. Т. 29. № 2. С. 159–168. DOI: https://doi.org/10.31992/0869-3617-2020-29-2-159-168

19. Konstantinov I.L., Baranov V.N., Sidelnikov S.B., Kulikov B.P., Bezrukikh A.I., Frolov V.F., Orelkina T.A., Voroshilov D.S., Yuryev P.O., Belokonova I.N. Investigation of the structure and properties of cold-rolled strips from experimental alloy 1580 with a reduced scandium content // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 109. No. 1-2. P. 443–450. DOI: 10.1007/s00170-020-05681-4