Концепция и программная реализация цифрового двойника проекта судна на ранних стадиях проектирования

В статье описана концепция создания цифрового двойника (ЦД) проекта судна на основе принципов параметризации, целостности, прямого расчета и моделирования эксплуатации судна в составе транспортной системы. Поясняется отличие подобной модели, предназначенной для использования на ранних стадиях проектирования, от цифрового двойника физического объекта (изделия). Практическая ценность ЦД проекта обусловлена возможностью его применения в качестве инструмента для выполнения всестороннего проектного анализа судов. Также такой подход имеет потенциал для того, чтобы в будущем перерасти в отдельное направление развития теории проектирования судов. На основе представленной концепции ЦД был создан программный макет, который охватывает четыре типа судов ледового плавания: нефтеналивные танкеры, газовозы СПГ мембранного типа, универсальные сухогрузы и ячеистые контейнеровозы. В макете ЦД учитываются характерные особенности ледовых судов, такие как форма корпуса, наличие концепции двойного действия, специфика нагрузки масс судна порожнем и др. В статье приводятся результаты комплексной верификации ЦД, а также примеры практического использования этой технологии в ходе нескольких исследовательских проектов. Описываются направления дальнейшего методического и технологического развития представленного подхода.

1. Таровик О.В. Обзор развития теории проектирования судов и обсуждение перспектив создания цифровых проектных решений / О.В. Таровик // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2025. — № 79. — С. 124 — 136. — EDN PELJHW.

2. Javaid M. Digital Twin applications toward Industry 4.0: A review / M. Javaid, A. Haleem, R. Suman // Cognitive Robotics. — 2023. — Vol. 3. — Р. 71 — 92. — DOI 10.1016/j.cogr.2023.04.003.

3. Mauro F. Digital twin for ship life-cycle: A critical systematic review / F. Mauro, A.A. Kana // Ocean Engineering. — 2023. — Vol. 269. — Р. 113479. — DOI 10.1016/j.oceaneng.2022.113479.

4. Papanikolaou A.D. Holistic approach to ship design / A.D. Papanikolaou // Journal of Marine Science and Engineering. — 2022. — Vol. 10, Issue 11. — P. 1717. — DOI 10.3390/jmse10111717.

5. Kana A.A. Application of digital twins in the design of new green transport vessels / A.A. Kana, W. Li, I. van Noesel, Y. Pang et al. // State-ofthe-Art Digital Twin Applications for Shipping Sector Decarbonization / B. Karakostas, T. Katsoulakos (eds.). IGI Global Scientific Publishing, 2024. P. 161 — 191. — DOI 10.4018/978-1-6684-9848−4.ch008.

6. Papanikolaou A. Ship design in the era of digital transition / A. Papanikolaou, S. Harries, E. Boulougouris, S.O. Erikstad, A.A. Kana // International Marine Design Conference (IMDC-2024). Amsterdam, Netherlands, June 2024. — 40 p. — DOI 10.59490/imdc.2024.784.

7. Requejo W.S. Fostering creativity in engineering design through constructive dialogues with generative artificial intelligence / W.S. Requejo, F.F. Martínez, C.A. Vega, R.Z. Martínez et al. // Cell Reports Physical Science. — 2024. — Vol. 5, Issue 9. — DOI 10.1016/j.xcrp.2024.102157.

8. Таровик О.В. Применение методов прямого проектирования судов как средства информационного обеспечения имитационных моделей морских транспортных систем / О.В. Таровик, А.Г. Топаж, А.Б. Крестьянцев // Седьмая междунар. науч.-практ. конф. «Имитационное и комплексное моделирование морской техники и морских транспортных систем» (ИКМ МТМТС-2023): тр. конф. — СПб.: ИПК «НП-Принт», 2023. — С. 213 — 225. [Электронный ресурс] URL: http://simulation.su/uploads/files/default/ikm-mtmts-2023-213-225.pdf (дата обращения 08.09.2025).

9. Таровик О.В. Моделирование систем арктического морского транспорта: основы междисциплинарного подхода и опыт практических работ / О.В. Таровик, А.Г. Топаж, А.Б. Крестьянцев, А.А. Кондратенко // Арктика: экология и экономика. — 2017. — № 1 (25). — С. 86—101.

10. Топаж А.Г. Имитационное моделирование на разных стадиях жизненного цикла транспортной системы — что нужно заказчику кроме самой модели? / А.Г. Топаж, О.В. Таровик, А.Б. Крестьянцев // М-лы Междунар. форума Kazan Digital Week — 2022 (KDW- 2022). Казань, 21 — 24 сентября 2022 г. [Электронный ресурс] URL: https://bureauhyperborea.ru/wp-content/uploads/2022/10/DokladTopazh-KDW.pdf (дата обращения 08.09.2025).

11. Выполнены разработка комплексной имитационной модели транспортной системы СМТК и оптимизация основных характеристик судов по договору с компанией АО «ЦНИИМФ». 23.06.2021. [Электронный ресурс] URL: https://bureauhyperborea.ru/cniimf_rusatomcargo_smtk/ (дата обращения 08.09.2025).

12. Таровик О.В. Аналитическая модель поверхности корпуса судна ледового плавания / О.В. Таровик // Труды Крыловского гос. науч. центра. — 2015. — № 86 (370). — С. 173 — 188.

13. Camba J.D. Parametric CAD modeling: An analysis of strategies for design reusability / J.D. Camba, M. Contero, P. Company // ComputerAided Design 63. — 2016. — P. 101 — 117. — DOI 10.1016/j.cad.2016.01.003.

14. Watson D.G.M. Practical ship design. Vol. 1 / D.G.M. Watson. — Elsevier, 1998. —566 p.

15. Таровик О.В. Методика определения масс конструкций ледовых усилений транспортных судов на ранних стадиях проектирования: автореф. дисс. … канд. техн. наук / О.В. Таровик. — СПб., 2015. — 23 с. — DOI 10.13140/RG.2.2.36326.88640.

16. Косоротов А.В. Метод оценки буксировочного сопротивления современных ледоколов и судов ледового плавания на чистой воде / А.В. Косоротов // Труды Крыловского гос. науч. центра. — 2020. — № 1 (391). — С. 29–41. — DOI 10.24937/2542-2324-2020-1-391-29-41.

17. Справочник по теории корабля: в 3 т. / под ред. Я. И. Войткунского. — Л.: Судостроение, 1985.

18. Суслов А.Н. Перспективные направления развития и наполнения электронной базы знаний по проектированию судов / А.Н. Суслов, О.В. Одегова, Я. Лян, Т. Сунь, Ф. Ван // Труды Крыловского гос. науч. центра. — 2020. — Специальный выпуск 1. — С. 131 — 136. — DOI 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-131-136.