Numesys, savunma ve havacılık sektörünün gündemindeki teknolojilerden biri olan dijital (sayısal) ikiz konusundaki Ar-Ge çalışmalarına devam ediyor. Yürüttüğü Ar-Ge projelerinin bazıları Türkiye’de ilk, dünya genelinde ise az sayıdaki çalışma arasında yer alıyor. Numesys, bu çalışmalarıyla ilgili bir örneği, askeri sistemlerde kullanılan fanlara yönelik geliştirdiği dijital ikizi, 13-15 Eylül tarihlerinde Ankara’da düzenlenen SAVTEK 2022’de, katılımcılarla paylaştı.
Dijital ikizler, savunma ve havacılık sektörünün önüne yeni ufuklar açma potansiyeline sahip. Numesys de bu konuda Türk savunma ve havacılık sektörünün öncü firmalarından biri olmayı hedefliyor. Numesys’in mühendislik simülasyonları alanındaki birikimi ve Elite Channel Partner’ı olduğu Ansys’in sunduğu yazılım çözümleriyle yürüttüğü çalışmalar, firmayı, özellikle simülasyon-bazlı dijital ikiz konusunda bir adım öne çıkartıyor. SAVTEK 2022’nin ikinci gününde, Numesys Teknik Hesap Yönetimi Direktörü Dr. Murat Kandaz’ın yaptığı; “Savunma Sanayisinde Kullanılan Bir Fanın Simülasyon-Bazlı Dijital İkizi” başlıklı sunum, firmanın bu konumunu gözler önüne serdi. Simülasyon-bazlı dijital ikizi geliştirilen fanın 16.500 rpm hızına ulaşıyor olması ise Numesys’in çalışmasını farklı bir noktaya taşıdı. Dr. Kandaz, sunumunda, bu mertebede bir hıza sahip bir turbomakinenin simülasyon-bazlı dijital ikizine dair bir çalışmaya literatürde rastlamadıklarını; Numesys’in yaptığı çalışmanın alanında ilk olabileceğini kaydetti.
Dijital İkiz için Hibrit Model
Dijital ikiz, “çalışan bir fiziksel varlığın ömür döngüsünü belli bir doğruluk ve hız ile yansıtabilen, ilgili varlığa iki yönlü bağlı olarak hem veri alan hem de veri gönderen sanal bir sistem” olarak tanımlanıyor. Bu tanım uyarınca, dijital ikiz, örneğin, söz konusu fiziksel varlığın anlık durumunun ortaya konulması, bakım ve yenileme faaliyetlerinin planlanması ya da belli şartlar altında nasıl performans göstereceğinin anlaşılabilmesi için kullanılabiliyor.
Dijital ikizler, “veri-tabanlı modeller” ve “fizik-tabanlı modeller” ile geliştirilebiliyor. Veri-tabanlı modelde, yıllar boyunca toplanan veriler analiz edilerek dijital ikiz oluşturuluyor. Bu yöntem, fiziksel bir modellemeye ihtiyaç duymuyor; diğer yandan zengin ve ancak zamanla oluşabilecek bir veri kümesinin kullanılması gerekiyor.
Fizik-tabanlı simülasyonlar ise birçok kullanım senaryosunun yüksek doğrulukla modellenmesini sağlayarak dijital ikizin kullanım nedenlerine hizmet ediyor. Diğer yandan dijital ikizin tanımında yer alan “doğruluk” ve “hız” kelimeleri, bu simülasyonlar için çelişen isterler haline geliyor ve ikisini birden sağlamak için ihtiyaç duyulan hesaplama kaynağı çok yüksek olabiliyor. Burada devreye indirgenmiş modeller (reduced order model / ROM) giriyor. Böylece hem doğruluk isterleri sağlanıyor hem de hız kazanılıyor.
Bu iki yaklaşım, “hibrit model” altında birleştirilebiliyor. Numesys, hibrit modelin fizik-tabanlı kısmında, mühendislik simülasyonları alanındaki derin birikimini kullanıyor. Böylece fizik-tabanlı simülasyon ayağı için çok güçlü bir çözüm sunabiliyor.
Ansys Yazılımları Devrede
Numesys, Dr. Kandaz’ın sunumunda anlattığı çalışmada, ortaklarından Anova’nın geliştirdiği askeri fanların dijital ikizini oluşturmak üzere çalışmalara başladı. Farklı askeri platformlarda görev yapan fanların kullanım verisi bulunmuyordu. Bu yüzden Numesys, Anova’nın bu fanlar için kullandığı deney düzeneğini kullandı. Numesys mühendisleri, bu düzenekten, titreşim başta olmak üzere çeşitli veriler topladılar. Bu verilerin bir bölümünü, modelleme çalışmaları kapsamında hesaplamalı mühendislik yazılımlarına aktardılar; bir bölümünü ise dijital ikizin doğru çalıştığını test etmek için kullandılar.
Numesys mühendisleri, fanların modellemesi sırasında, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile ilgili çalışmalarını Ansys Fluent ile, hesaplamalı katı mekaniği çalışmalarını ise Ansys Mechanical ile gerçekleştirdi. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve hesaplamalı katı mekaniği çalışmaları sonucunda, özellikle arıza ile ilgili parametreler olan fan yapısındaki “eşlenik gerilme” ve elektriksel aksamdaki “sıcaklık farkı”na odaklanıldı. Fanların dijital ikizleri, arızaya kadar geçen süre (mean time to failure / MTTF) ve eşdeğer işletme saati (equivalent operating hour / EOH) parametrelerini sağlayacak şekilde Ansys TwinBuilder yazılımı kullanılarak geliştirildi. Bunlardan EOH, fan gibi turbomakineler için önemli bir parametre olarak öne çıkıyor: Turbomakinelerin her bir çalıştırılışı ve duruşu, belli bir çalışma saatine denk geliyor, yani ilgili kalkış veya duruş aslında makine hasarına sanki belli bir saat çalıştırılmış gibi etki ediyor.
Dijital İkiz, EOH’nin, Çalışma Senaryosuna Göre Değişebildiğini Gösterdi
Numesys mühendisleri, geliştirdikleri dijital ikizi, birçok farklı senaryoda çalıştırdı ve ilgili bulguları 3 farklı senaryoda ortaya koydu:
- Senaryo 1: Belli bir sıcaklık profili ile kalkış (çalıştırma) ve duruşların tekrarlanması.
- Senaryo 2: Nispeten rastsal bir sıcaklık profili, rastsal kalkış ve duruşlar.
- Senaryo 3: Senaryo 2’ye göre salınımların çok daha sık olduğu; belli bir sıcaklığın üstünde kalkışın, belli bir sıcaklığın altında duruşun gerçekleştirildiği senaryo.
Dijital ikiz, bu senaryolarda MTTF ve EOH değerlerini verdi. Önceden nitel olarak ifade edilmeyen bir şekilde, EOH’nin, senaryolara göre değişiklik gösterdiği görüldü. Dr. Kandaz, sunum sırasında yaptığı değerlendirmede, bu sonuçların hem kestirimsel bakımda hem de önleyici bakımda kullanılabileceğinin altını çizdi.
Numesys’in Çalışmaları Çeşitlenecek
Numesys, insansız hava araçları gibi savunma ve havacılık platformlarının yanı sıra medikal alanda, kardiyovasküler sistemlerin dijital ikizleri üzerinde de çalışmalar yürütmeyi planlıyor. Dr. Kandaz, firmanın bu alandaki hedeflerini şöyle ifade etti: “Dijital ikiz projeleri, bizim için ilk aşamada hem birikim kazanma hem de yetenek gösterimi işlevi görüyor. Örneğin, bu projelerde, Ansys araçlarının nasıl kullanılabileceğini de ortaya koyuyoruz ve bu birikim, ileride, sektör firmalarına bu konuda daha iyi hizmet verebilmemizin de önünü açacak. Böylece, kazandığımız alan uzmanlığıyla sektör firmalarına, dijital ikiz konusunda da danışmanlık verebileceğiz.”
