Известия высших учебных заведений. Электроника home

Виртуальное прототипирование интерактивных симуляторов сложного оборудования и высокотехнологичных процессов микроэлектроники

Раздел находится в стадии актуализации

Развитие технологий виртуального прототипирования способствует созданию точных интерактивных визуализированных киберфизических моделей и виртуальных прототипов и их внедрению в структуру цифровых двойников. Разработка виртуальных прототипов необходима для имитационного моделирования дорогостоящего высокотех-нологичного оборудования микроэлектронного и робототехнического производства, сложных систем управления и др. В работе рассмотрены особенности проектирования интерактивных виртуальных прототипов сложного высокотехнологичного оборудования, симулирующих технологические процессы и производство в электронной промышленности. Приведены результаты исследования целесообразности и эффективности создания интерактивных киберфизических моделей при разработке цифровых двойников. Определены способы и методы моделирования и визуализации производственных пространств и технологического оборудования на основе реальных объектов с применением технологий твердотельного или поверхностного геометрического моделирования, фотограмметрии, лазерного сканирования, а также полигонального моделирования. Дана сравнительная оценка алгоритмов и методов создания интерактивных киберфизических моделей оборудования с учетом точности и временных затрат на формирование геометрических моделей. Изучены особенности специализированных и универсальных инструментов, обеспечивающих интерактивное взаимодействие, реалистичную визуализацию и анимацию в режиме реального времени в виртуальном ландшафте. Описаны разработанные интерактивные киберфизические комплексы, реализованные с применением технологий имитационного трехмерного моделирования, визуализации, анимации, визуального программирования, виртуальной и смешанной реальности. Новизна разработок заключается в создании симуляторов сложного технологического оборудования с применением интеграции киберфизических моделей установок и математических зависимостей технологических процессов. Результаты апробации разработанных виртуальных интерактивных онлайн-симуляторов при подготовке студентов технических специальностей в МИЭТ показали значительное повышение эффективности при использовании точных интерактивных виртуальных прототипов в обучении студентов и профессиональной переподготовке персонала предприятий, а также при разработке нового оборудования.

Ключевые слова: виртуальное прототипирование, интерактивная киберфизическая модель, цифровой двойник, интерактивный симулятор, визуализация, виртуальная реальность, фотограмметрия, полигональное моделирование
Опубликовано в разделе: Информационно-коммуникационные технологии
Библиографическая ссылка: Соколова Т. Ю., Кулагин Б. Ю. Виртуальное прототипирование интерактивных симуляторов сложного оборудования и высокотехнологичных процессов микроэлектроники. Изв. вузов. Электроника. 2025;30(5):657–666. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2025-30-5-657-666. EDN: XIVCYR.

Соколова Татьяна Юрьевна
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)

Кулагин Борис Юрьевич
Национальный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)

1. ГОСТ Р 57700.37–2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий: Общие положения. М.: Рос. ин-т стандартизации; 2021. IV, 10 с.

GOST R 57700.37–2021. Computer models and simulation. Digital twins for devices: General provisions. Moscow.: Ros. in-t standartizatsii Publ.; 2021. IV, 10 p. (In Russ.).

2. Вигер И. Возможности технологии виртуального прототипирования на всех этапах жизненного цикла продукта. CAD/CAM/CAE Observer. 2016;(8(108)):48–53.

Viger I. Possibilities of virtual prototyping technology at all stages of the product life cycle. CAD/CAM/CAE Observer. 2016;(8(108)):48–53. (In Russ.).

3. Grieves M. Digital twin: Manufacturing excellence through virtual factory replication. Dassault Systèmes. 2014. Available at: https://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS-SERVICES/DELMIA/PDF/Whitepaper/DELMIA-APRISO-Digital-Twin-Whi... (accessed: 07.07.2025).

4. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник: анализ, тренды, мировой опыт. М.: АльянсПринт; 2020. 400 с.

Prokhorov A., Lysachev M. Digital twin: Analysis, trends, world experience. Moscow: Al’yansPrint; 2020. 400 p. (In Russ.).

5. Вихман В. В., Ромм М. В. «Цифровые двойники» в образовании: перспективы и реальность. Высшее образование в России. 2021;30(2):22–32. https://doi.org/10.31992/0869-3617-2021-30-2-22-32. EDN: FODZSG.

Vikhman V. V., Romm M. V. “Digital twins” in education: Prospects and reality. Vysshee obrazovanie v Rossii = Higher Education in Russia. 2021;30(2):22–32. (In Russ.). https://doi.org/10.31992/0869-3617-2021-30-2-22-32

6. Rosen R., Wichert G. von, Lo G., Bettenhausen K. D. About the importance of autonomy and digital twins for the future of manufacturing. IFAC-PapersOnLine. 2015;48(3):567–572. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.06.141

7. Потемкин А. Е. Твердотельное моделирование в системе КОМПАС-3D. СПб.: БХВ-Петербург; 2004. 501 с.

Potemkin A. Е. Solid state modeling in KOMPAS-3D System. St. Petersburg: BHV-Peterburg; 2004. 501 p. (In Russ.).

8. Большаков В. П., Бочков А. Л., Лячек Ю. Т. Проблемы обмена графическими данными между CAD-системами. Компьютерные инструменты в образовании. 2013;(2):37–46. EDN: RXQXFP.

Bol’shakov V. P., Bochkov A. L., Lyachek Yu. T. Problems of graphic data interchange between CAD-systems. Kompjuternye instrumenty v obrazovanii = Computer Tools in Education. 2013;(2):37–46. (In Russ.).

9. Rogers D. F. An introduction to NURBS: With historical perspective. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann; 2001. 344 p. https://doi.org/10.1016/B978-1-55860-669-2.X5000-3

10. Szeliski R. Computer vision: Algorithms and applications. 2nd ed. Cham: Springer; 2022. XXII, 925 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34372-9

11. Соколова Т. Ю., Кулагин Б. Ю. Виртуальное прототипирование технологического оборудования в образовании. In: VI Международная научная конференция по междисциплинарным исследованиям (SDE-IR II 2024), Екатеринбург, 15 июня 2024 г.: сб. статей. Екатеринбург: Ин-т цифровой экономики и права; 2024, с. 481–486. EDN: APAXDP.

Sokolova T. Yu., Kulagin B. Yu. Virtual prototyping of production equipment in education. In: VI Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya po mezhdistsiplinarnym issledovaniyam (SDE-IR II 2024), Ekaterinburg, June 15, 2024: proceedings. Ekaterinburg: Institute of Digital Economics and Law; 2024, pp. 481–486. (In Russ.).

Сведения о публикации

УДК: 004.94
Тип публикации: Научная статья
Язык оригинала: Русский
DOI: 10.24151/1561-5405-2025-30-5-657-666
Идентификатор статьи в РИНЦ: XIVCYR
Полнотекстовая версия: Перейти

JATS XML