При разработке и изготовлении изделий, особенно наукоемких, львиную долю времени занимает проверка соответствия полученных характеристик заданным требованиям. Очень часто изготавливаемый блок является частью объекта применения, а не самостоятельным изделием, из-за этого ранее требовались длительные и дорогостоящие испытания в составе объекта применения. С взрывным ростом цифровых технологий появилась возможность разработки цифровых двойников, виртуальной модели устройства, отражающей взаимодействия, характеристики, его выходные и входные сигналы. В настоящее время область их применения обширна – это добыча и переработка полезных ископаемых, крупное производство, энергетика, ИТ-инфраструктура, строительство, дизайн, транспорт и логистика, образование, космическая отрасль, медицина, спорт, урбанистка, сельское хозяйство и пр.
Использование цифровых двойников позволяет проводить верификации изделий до их физической реализации, что повышает надежность и сокращает время разработки в несколько раз. Принимая во внимание сжатые сроки разработки и отсутствие возможности проведения натурных испытаний, специалистами АО «НТЦ ЭЛИНС» разработаны программные комплексы как элементы цифровых двойников, позволяющие смоделировать различные условия для решения задач проверки работоспособности изготавливаемых изделий при проведении испытаний, а также моделирования работы зенитно-артиллерийских комплексов (ЗАК).
Отладка алгоритмов управления цифровым модулем (ЦМ) представляет собой весьма сложную техническую задачу, зачастую дополнительно осложняемую ограниченностью времени работы и сложностью доступа к реальному «железу». Выходом из данной ситуации становится математическое моделирование фоноцелевой обстановки, частично заменяющее натурные испытания. Несмотря на то, что моделирование не способно в полной мере их заменить, подобный имитатор является весьма мощным отладочным инструментом. Кроме того, он может стать основой первичного тренажера, предназначенного для обучения операторов без необходимости проведения натурных работ.
Специалистами АО «НТЦ ЭЛИНС» был создан имитатор для комплексной отладки алгоритмов работы системы управления, успешно используемый с 2014 г. Он обладает следующими характеристиками:
1. Производится имитация работы двух телевизионных и одной тепловизионной камер с учетом их взаимного расположения и атмосферных искажений.
2. Моделируемая сцена является трехмерной. В ее составе присутствуют следующие объекты: земная поверхность с переменной высотой; ориентиры, позволяющие определить положение в пространстве; движущиеся и неподвижные щиты; объекты типа БТР и самолет; ростовые фигуры людей.
3. Осуществляется моделирование движения снарядов с учетом реальной внешней баллистики, изменения атмосферных условий и ветра. Производится обнаружение попаданий снарядов по целям.
4. Присутствует возможность измерения дальности до объектов с учетом ограничений по ширине луча и реальной погрешности лазерного дальномера.
5. Производится имитация работы контура управления приводом в режимах ручного и автоматического сопровождения целей.
6. Имитируется движение носителя и управление ЦМ.
Целью создания имитатора являлось комплексное моделирование работы ЗАК для оценки его эффективности при стрельбе по воздушным целям. Это особенно актуально при проектировании новых комплексов, поскольку позволяет оценить их работу на этапе проведения научно-исследовательских работ, подобрать параметры основных подсистем ЗАК, выбрать оптимальную структуру, обеспечивающую максимальную эффективность.
Любой ЗАК поражает цель артиллерийским огнем, поэтому при моделировании его работы особое внимание уделяется задачам внешней баллистики, причем как снарядов, так и их поражающих элементов. На точность ведения зенитного огня существенным образом влияет рассеяние снарядов при стрельбе, которое может иметь различные причины. Наконец, поскольку зенитный огонь должен быть не только точным, но и действенным, то необходимо рассмотреть эффективность действия на цель поражающих элементов снаряда.
В имитаторе решаются следующие задачи математического моделирования работы ЗАК:
1. Моделирование траектории полета артиллерийского снаряда (основная задача внешней баллистики).
2. Моделирование процесса разлета поражающих элементов.
3. Моделирование рассеяния при одиночной стрельбе.
4. Моделирование движения ствола для оценки рассеяния при стрельбе очередями.
5. Моделирование взаимодействия поражающего элемента и цели.
6. Расчет эффективной площади поражения.
Программный комплекс позволяет произвольным образом размещать в пространстве зенитные орудия, системы управления огнем, средства обнаружения и сопровождения цели, назначать траектории одной или нескольким воздушным целям, задавать тип используемых боеприпасов и их баллистические параметры, управлять параметрами приводов наведения, задавать темп стрельбы и т.п. Также можно произвольно назначать потоки передачи данных между различными элементами сцены. Например, несколько орудий могут управляться одной системой управления, работая в составе батареи. В другом варианте каждое орудие может управляться отдельной системой управления, которые будут работать независимо друг от друга.
Для визуализации сцены используется трехмерная графика, отличающаяся достаточно высокой степенью детализации и реалистичности, что позволяет наглядно убедиться в работе математических моделей. Например, у зенитного орудия видна его раскачка после выстрела и последующий откат ствола с возвратом в исходное положение. Целевой объект после его поражения начинает падать по баллистической траектории (Рис. 2).
Рассмотренные выше программные комплексы постоянно совершенствуются, повышается реалистичность их использования, закладываются новые возможности, они являются шагом вперед на пути создания цифровых двойников разрабатываемых изделий, что в будущем позволит сократить время их разработки и отладки.
