Повышение эффективности проектирования сельскохозяйственной техники с помощью цифровых двойников

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Цифровые двойники – инструмент повышения эффективности проектирования, оптимизации и ускорения вывода на рынок сельскохозяйственной техники, который позволит проводить её комплексное моделирование и анализ на всех этапах жизненного цикла. Рассматриваются методологические подходы к созданию цифровых двойников, анализируются их преимущества, помогающие ускорить переход между разными стадиями готовности технологий. Предложены практические рекомендации, нацеленные на быстрый вывод продукции на рынок. Применение цифровых двойников сокращает время разработки, помогает улучшить конструктивные параметры и снизить затраты на полевые испытания отечественной сельскохозяйственной техники, а следовательно, значительно повышает её эффективность и конкурентоспособность.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Юрий Фёдорович Лачуга

Российская академия наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: akadema1907@majl.ru

академик, член президиума

Россия, Москва

Салават Гумерович Мударисов

Башкирский государственный аграрный университет; Академия наук Республики Башкортостан

Email: salavam@gmail.com

доктор технических наук, заведующий кафедрой мехатронных систем и машин аграрного производства

Россия, Уфа; Уфа

Ильдар Мавлиярович Фархутдинов

Башкирский государственный аграрный университет

Email: ildar1702@mail.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры мехатронных систем и машин аграрного производства

Россия, Уфа

Юрий Хасанович Шогенов

Российская академия наук

Email: yh1961s@yandex.ru

академик, начальник сектора механизации, электрификации и автоматизации Отделения сельскохозяйственных наук

Россия, Москва

Булат Гусманович Зиганшин

Государственный аграрный университет Северного Зауралья; Казанский государственный аграрный университет

Email: zigan66@mail.ru

доктор технических наук, профессор кафедры машин и оборудования в агробизнесе

Россия, Тюмень; Казань

Николай Николаевич Устинов

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Email: UstinovNikNik@mail.ru

кандидат технических наук, директор Инженерно-технологического института

Россия, Тюмень

Список литературы

  1. Дудник М. Интеграция цифровых двойников оборудования и процесса // Control Engineering Россия. 2020. № 2 (86). С. 63–66. / Dudnik M. Integration of digital twins of equipment and process // Control Engineering Russia. 2020, no. 2 (86), pp. 63–66. (In Russ.)
  2. Чигиринский Ю.Л., Плотников А.Л., Фирсов И.В., Жданов А.А. К вопросу о необходимости создания цифровых двойников технологических процессов механической обработки деталей машин // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2024. № 3 (286). С. 37–41. / Tchigirinsky Yu.L., Plotnikov A.L., Firsov I.V., Zhdanov A.A. About the necessity to create digital twins of technological processes for mechanical processing of machine parts // Izvestia Volgograd State Technical University. 2024, no. 3 (286), pp. 37–41. (In Russ.)
  3. Гавриленков С.И., Старостин И.Е. История становления метода математического прототипирования энергетических процессов как математической основы цифровых двойников авиационного оборудования // Наука. Техника. Человек: исторические, мировоззренческие и методологические проблемы. 2022. № 12. С. 90–96. / Gavrilenkov S.I., Starostin I.E. The history of the formation of method of mathematical prototyping of energy processes as the mathematical basis of digital twins of aircraft equipment // Science. Technic. Man: historical, ideological and methodological problems. 2022, no. 12, pp. 90–96. (In Russ.)
  4. Митрофанов Д.Ю., Перерва О.Л. Оптимизация производственных процессов с использованием цифровых двойников // Экономика и предпринимательство. 2023. № 9 (158). С. 884–888. / Mitrofanov D.Yu., Pererva O.L. Optimization of production processes using digital doubles // Economics and entrepreneurship. 2023, no. 9 (158), pp. 884–888. (In Russ.)
  5. Сычев В., Кулаков С., Шишин А. Цифровой двигатель. Применение технологии цифровых двойников позволяет ускорить разработку и сертификацию авиационных двигателей // САПР и графика. 2020. № 8 (286). С. 44–47. / Sychev V., Kulakov S., Shishkin A. Digital engine. The use of digital twin technology makes it possible to accelerate the development and certification of aircraft engines // CAD and Graphics. 2020, no. 8 (286), pp. 44–47. (In Russ.)
  6. Цыганов В.Н. Влияние цифровых двойников на улучшение производственных процессов и экономическое обоснование их применения // Вопросы природопользования. 2024. № 1. С. 55–63. / Tsyganov V.N. The influence of digital twins on the improvement of production processes and the economic justification of their use // Environmental management issues. 2024, no. 1, pp. 55–63. (In Russ.)
  7. Лобачевский Я.П., Лачуга Ю.Ф., Измайлов А.Ю., Шогенов Ю.Х. Инновационные достижения агроинженерных научных учреждений в условиях развития цифровых систем в сельском хозяйстве // Техника и оборудование для села. 2024. № 5 (323). С. 2–9. / Lobachevsky Ya.P., Lachuga Yu.F., Izmailov A.Yu., Shogenov Yu.K. Innovative achievements of agricultural engineering scientific institutions in the context of the development of digital systems in agriculture // Machinery and equipment for rural areas. 2024, no. 5 (323), pp. 2–9. (In Russ.)
  8. Лобачевский Я.П., Лачуга Ю.Ф., Измайлов А.Ю., Шогенов Ю.Х. Инновационные достижения агроинженерных научных учреждений в условиях развития цифровых систем в сельском хозяйстве // Техника и оборудование для села. 2024. № 6 (324). С. 2–5. / Lobachevsky Ya.P., Lachuga Yu.F., Izmailov A.Yu., Shogenov Yu.Kh. Innovative achievements of agricultural engineering scientific institutions in the context of the development of digital systems in agriculture // Machinery and equipment for rural areas. 2024, no. 6 (324), pp. 2–5. (In Russ.)
  9. Дидманидзе О.Н., Пуляев Н.Н., Гузалов А.С. Формирование подхода к созданию цифрового двойника трактора сельскохозяйственного назначения // Известия Международной академии аграрного образования. 2022. № 61. С. 33–37. / Didmanidze O.N., Pulyaev N.N., Guzalov A.S. Forming an approach to creating a digital twin of agricultural tractor // Proceedings of the International Academy of Agrarian Education. 2022, no. 61, pp. 33–37. (In Russ.)
  10. Stark R., Fresemann C., Lindow K. Development and operation of Digital Twins for technical systems and services // CIRP Annals. 2019, vol. 68, no. 1, pp. 129–132.
  11. Kritzinger W. et al. Digital Twin in manufacturing: A categorical literature review and classification // Ifac-PapersOnline. 2018, vol. 51, no. 11, pp. 1016–1022.
  12. Schluse M. et al. Experimentable digital twins – Streamlining simulation-based systems engineering for industry 4.0 // IEEE Transactions on industrial informatics. 2018, vol. 14, no. 4, pp. 1722–1731.
  13. Дорохов А.С., Павкин Д.Ю., Юрочка С.С. Технология цифровых двойников в сельском хозяйстве: перспективы применения // Агроинженерия. 2023. № 4. С. 14–25. / Dorokhov A.S., Pavkin D.Yu., Yurochka S.S. Technology of digital twins in agriculture: prospects for use // Journal of Agricultural Engineering. 2023, no. 4, pp. 14–25. (In Russ.)
  14. Кислицкий М.М., Миронов Д.А., Лылов А.С. Цифровые двойники сельскохозяйственных машин и оборудования в системе обеспечения продовольственной безопасности: значение и перспективы // Теория и практика мировой науки. 2022. № 12. С. 27–29. / Kislitsky M.M., Mironov D.A., Lylov A.S. Digital twins of agricultural machinery and equipment in the food security system: significance and prospects // Theory and Practice of the World Science. 2022, no. 12, pp. 27–29. (In Russ.)
  15. Хитрых Д. Цифровые двойники в промышленности: истоки, концепции, современный уровень развития и примеры внедрения // САПР и графика. 2022. № 7 (309). С. 4–11. / Hitryh D. Digital twins in industry: origins, concepts, current level of development and examples of implementation // CAD and graphics. 2022, no. 7 (309), pp. 4–11. (In Russ.)
  16. Мударисов С.Г. Моделирование процесса взаимодействия рабочих органов с почвой // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2005. № 7. С. 27–30. / Mudarisov S.G. Modeling the process of interaction of working bodies with the soil // Tractors and agricultural machine. 2005, no. 7, pp. 27–30. (In Russ.)
  17. Мударисов С.Г., Рахимов З.С., Ямалетдинов М.М., Фархутдинов И.М. Оценка технологического процесса обработки почвы на основе уравнений динамики сплошных сред // Достижения науки и техники АПК. 2010. № 1. С. 63–65. / Mudarisov S.G., Rahimov Z.S., Yamaletdinov M.M., Farkhutdinov I.M. Assessment of technological process of soil treatment on the basis of continuum dynamics equations // Achievements of Science and Technology in Agro-Industrial Complex. 2010, no. 1, pp. 63–65. (In Russ.)
  18. Mudarisov S.G., Gabitov I.I., Lobachevsky Yu.P. et al. Modeling the technological process of tillage // Soil & Tillage Research. 2019, vol. 190, pp. 70–77.
  19. Shmulevich I. State of the art modeling of soil-tillage interaction using discrete element method // Soil and Tillage Research. 2010, vol. 111, no. 1, pp. 41–53.
  20. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения газа с частицами. М.: Физматлит, 2008. / Volkov K.N., Yemelyanov V.N. Gas flows with particles. Moscow: Fizmatlit, 2008. (In Russ.)
  21. Mudarisov S.G., Lobachevsky Ya.P., Farkhutdinov I.M. et al. Justification of the soil dem-model parameters for predicting the plow body resistance forces during plowing // Journal of Terramechanics. 2023, vol. 109, pp. 37–44.
  22. Mudarisov S., Farkhutdinov I., Khamaletdinov R. et al. Evaluation of the significance of the contact model particle parameters in the modelling of wet soils by the discrete element method // Soil & Tillage Research. 2022, vol. 215, 105228.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Цифровой почвенный канал, заполненный дискретными частицами

Скачать (439KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Формирование трещины и оборота пласта корпусом плуга

Скачать (554KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Цифровая модель культиватора для полосовой обработки почвы

Скачать (518KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Цифровой двойник посевной секции (а) и изготовленные посевные секции (б)

Скачать (934KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Трёхмерная модель распределительной системы посевного комплекса (а) и её цифровой двойник (б)

Скачать (360KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025