В НИЯУ МИФИ создаётся цифровой двойник исследовательского ядерного реактора

26 февраля в НИЯУ МИФИ прошёл научно-практический семинар с участием представителей частного учреждения по цифровизации атомной отрасли «Цифрум» и АО «Наука и инновации». Институт ядерной физики и технологий и Высшая инжиниринговая школа НИЯУ МИФИ представили свои наработки по масштабному проекту создания цифрового двойника исследовательского реактора (ИРТ МИФИ).

Данный проект реализуется в рамках современного подхода к формированию компетенций в области цифрового инжиниринга — от проектирования (CAD) и математического обоснования параметров объекта (CAE) до производства, эксплуатации и т.д. (CAM, PDM, PLM, …).

На этапе проектирования и обоснования характеристик удобно использовать виртуальную реальность (VR). На первом этапе, который реализуется в настоящее время, идет создание виртуального аналога ИРТ, но впоследствии планируется создать полноценный цифровой двойник – виртуальный объект, в котором есть заложенные математические модели протекающих процессов и активно используется информация с датчиков, размещенных на реальном объекте.

Высшая инжиниринговая школа НИЯУ МИФИ, которая в этом проекте отвечает за CAD-модели, уже несколько лет активно сотрудничает с Инжиниринговым дивизионом Госкорпорации «Росатом», и на «Цифровых сезонах «Росатома» летом 2020 года представляла объект, спроектированный группой студентов и перенесенный в виртуальную реальность.

За разработку VR-моделей в проекте цифрового двойника ИРТ отвечает Лаборатория виртуальной и дополненной реальности ИЯФиТ. В 2020 году на «Цифровых сезонах «Росатома» Институт ядерной физики и технологий уже представлял собственные разработки – виртуальные аналоги подкритических стендов НИЯУ МИФИ, объектов достаточно интересных, но по объему существенно меньших, чем исследовательский реактор.

«Та технология, о которой мы говорим — CAD + CAE + VR — нами уже опробована, данные решения были переданы в Международный научно-исследовательский центр перспективных ядерных технологии на о. Русский и в Виртуальный музей «NAUKA 0+», – рассказал заместитель директора ИЯФиТ Георгий Тихомиров.

К проекту также будут привлечены лаборатории инженерного компьютерного моделирования и моделирования физических процессов в ЯЭУ ИЯФиТ, которые имеют большой опыт разработки полномасштабных математических моделей различных ядерных реакторов, включая математические модели тренажеров реальных атомных станций.

«Мы сложили наши компетенции – глубокое понимание физики процессов, протекающих в исследовательских реакторах, и математических моделей сотрудниками ИЯФиТ и ИРТ, опыт реверсивного проектирования и BIM-моделирования ВИШ МИФИ, и оперирования этими моделями в виртуальной реальности. Мы с коллегами пересекаемся и дополняем знания друг друга», – отметил руководитель ВИШ Михаил Жабицкий. 

«У нас есть опыт разработки современных математических моделей фактически всех физических процессов, необходимы для реализации этого проекта, – это и нейтроника активной зоны, и теплогидравлика контура, и мониторинг радиационной обстановки», ­– дополнил Георгий Тихомиров.

Реактор, даже такой небольшой, как ИРТ МИФИ, которому, кстати, уже более пятидесяти лет, — сложный инженерный объект, состоящий из большого количества различного оборудования.

Виртуальный аналог реактора даст возможность делать то, чего нельзя сделать на настоящем реакторе — например, увеличивать его мощность и смотреть, как это повлияет на характеристики. В виртуальной реальности можно совершать с оборудованием реактора любые действия: заменять элементы оборудования, включать или выключать различные устройства. При этом можно видеть реакцию системы в режиме лабораторных работ, в режиме эмуляции реконструкции и модернизации.

Взаимодействие с виртуальным объектом, который всесторонне описан и тщательно воссоздан, позволяет повысить производительность инженерной, научной, образовательной деятельности за счет использования цифровых данных, в дополнение к данным реального объекта.  Появляется возможность работать с объектом, находясь далеко за его пределами, а также моделировать различные ситуации, вплоть до краш-тестов, которые в реальности опасны, да и просто невозможны.

Студенты профильных специальностей смогут проходить «виртуальную практику» с выполнением цикла лабораторных работ, ведь действия в виртуальной реальности с высокой степенью реалистичности передают то, что происходит на объекте.

Данный проект может стать «пилотом» для создания подобных цифровых двойников для всех исследовательских ядерных реакторов и критических стендов России, на котором можно будет исследовать различные подходы к их созданию и апробировать эффективность различных цифровых технологий.

В перспективе в рамках проекта должен быть создан полноценный цифровой двойник реактора ИРТ МИФИ – со всей геометрией, математикой и физикой, то есть зданием, оборудованием, коммуникациями, электрикой, и всеми протекающими физическими процессами.