Цифровой двойник: от мониторинга к прогнозированию!

По материалам новостной службы ТГУ (Цифровой двойник снизит затраты на испытания газотранспортных систем // Новости ТГУ, 21.09.2026. URL: Новость на сайте ТГУ)

Сотрудники НОМЦ и механико-математического факультета Томского государственного университета разработали цифровую модель промышленного клапана, который используется в нефтегазотранспортных системах.

Модель воспроизводит течение газа внутри устройства и позволяет исследовать нагрузки на оборудование в разных режимах работы - без остановки производства и без риска для реальной техники. Работу выполнили сотрудники НОМЦ ТГУ, специалисты кафедры вычислительной математики и компьютерного моделирования ММФ ТГУ, решая прикладную задачу промпартнера - ООО «Газпром трансгаз Томск».

Цифровой двойник позволяет воспроизводить течение метана внутри сложной геометрии клапана, определять возникающие гидродинамические нагрузки и исследовать поведение оборудования при различных режимах эксплуатации. Величина этих нагрузок зависит сразу от нескольких факторов - расхода газа, перепада давления и степени открытия клапана. Детально исследовать влияние каждого из них непосредственно на действующем оборудовании сложно, поэтому было решено заменить натурные испытания цифровыми.

Значимость проекта в том, что сложные и дорогостоящие натурные испытания промышленного клапана заменены серией вычислительных экспериментов, позволяющих исследовать режимы, воспроизведение которых на действующем оборудовании невозможно или небезопасно. Впервые для данного клапана получены количественные зависимости гидродинамической силы от степени открытия и перепада давления, подтверждённые верификацией по паспортной пропускной способности с расхождением менее 5 %. Это даёт компании инструмент для прогнозирования нагрузок на оборудование без остановки производства.

Проведенная в ТГУ серия цифровых экспериментов дала количественно обоснованные ответы на все поставленные заказчиком вопросы о гидродинамических процессах внутри клапана.

— Ценность цифрового двойника заключается не в трехмерном изображении объекта. В его основе - математическая модель, которая воспроизводит физические процессы, происходящие в реальном оборудовании. Благодаря этому мы можем изменять условия его работы в виртуальной среде, проводить серию вычислительных экспериментов и исследовать режимы, которые на действующем оборудовании воспроизвести сложно, дорого, а иногда и невозможно, - объясняет заместитель декана ММФ ТГУ, руководитель профессиональной программы СпецВО «Моделирование и цифровые двойники» Елена Гурина.

Разработка цифрового двойника промышленного клапана - один из примеров практических задач, которыми сегодня занимается механико-математический факультет ТГУ. Такие проекты позволяют не только решать конкретные задачи предприятий, но и развивать компетенции факультета в области математического моделирования, вычислительной гидрогазодинамики и создания цифровых двойников для промышленности.

Сегодня цифровые двойники переходят на новый уровень: от простого мониторинга - к прогнозированию.
Ключевое отличие такого подхода в том, что система не просто фиксирует проблему, а предсказывает сбой заранее - до того, как он превратится в брак, простой производства или серьезные затраты.