DOI: https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1359688
تاريخ النشر: 2024-03-20
المؤلف: Samrendra Roy وآخرون
الموضوع الرئيسي: علوم الرياضة والتعليم
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على التوائم الرقمية (DT) ودمجها مع تقنيات الواقع الممتد (XR) – الواقع الافتراضي (VR)، والواقع المعزز (AR)، والواقع المختلط (MR) – لتعزيز مراقبة وإدارة الأصول النووية. تعمل التوائم الرقمية كنسخ متزامنة في الوقت الحقيقي للأنظمة الفيزيائية، مما يسهل اتخاذ قرارات أفضل وكفاءة تشغيلية. من خلال الاستفادة من XR، يمكن أن تقدم هذه التوائم الرقمية تجارب غامرة وتفاعلية، مما يسمح برؤية وفهم أفضل للأنظمة المعقدة. هذا الدمج مفيد بشكل خاص لتقييم المخاطر، والصيانة التنبؤية، والتواصل بين التخصصات، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة السلامة والفعالية التشغيلية في المنشآت النووية.
تشدد الورقة على إمكانيات التوائم الرقمية المدعومة بـ XR لتحسين هندسة العوامل البشرية، وتعزيز التدريب وتقييم الأداء البشري في العمليات النووية شبه المستقلة. تستعرض التطبيقات الحالية للتوائم الرقمية في الأنظمة النووية من خلال عدسة تقنية XR وتوضح مساهمات المؤلفين في هذا المجال المتطور. تشير النتائج إلى أنه مع استمرار تقدم تقنية XR، يمكن أن يؤدي تعاونها مع التوائم الرقمية إلى تحويل العمليات النووية وإدارة الأصول بشكل كبير، مما يمهد الطريق لممارسات أكثر كفاءة وأمانًا.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التقدم الكبير في الحوسبة والتكنولوجيا الرقمية على مدار العقدين الماضيين، مع تسليط الضوء بشكل خاص على ظهور الذكاء الاصطناعي (AI) والواقع الافتراضي (VR) كتقنيات تمكينية تحويلية. بينما يتم اعتماد الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة تدريجياً في القطاع النووي، لا يزال دمج تقنية VR، التي تم تأسيسها لفترة أطول، غير مستغل بشكل كافٍ، خاصة في سياق إدارة الأصول النووية باستخدام التوائم الرقمية (DTs).
يقترح المؤلفون أنه يمكن دمج VR بشكل فعال في DTs، مما يعزز الرؤية والإدراك البشري من خلال توفير طبقة إضافية من التفاعل. يجادلون بأن دمج VR في تصميم وتقييم مكونات DT شبه المستقلة يمكن أن يؤدي إلى تقليل كبير في التكلفة والوقت، مع تحسين التصور البديهي للبيانات في الوقت الحقيقي بما يتجاوز العروض التقليدية ثنائية الأبعاد. تهدف الورقة إلى إلهام المزيد من الاستكشاف والابتكار في تطبيق تقنيات VR ضمن العلوم والتكنولوجيا النووية، خاصة فيما يتعلق بالتوائم الرقمية.
نقاش
تتناول قسم النقاش في الورقة مفهوم التوائم الرقمية (DTs) ودمجها مع تقنيات الواقع الافتراضي (VR)، خاصة في سياق الصناعة النووية. يُعرف التوأم الرقمي بأنه تمثيل افتراضي لنظام فيزيائي، يحافظ على تبادل بيانات مستمر مع نظيره الفيزيائي لضمان التوافق في الحالة والأداء. من المتوقع أن تعزز DTs الإدارة التشغيلية، والتشخيص، وتحسين الأصول من خلال الاستفادة من البيانات الحسية، والذكاء الاصطناعي، والخبرة البشرية. يُعتقد أن دمج VR في DTs سيحسن التفاعلات بين الإنسان والآلة، وعلم ergonomics، والوعي بالوضع، مما يعزز التدريب والكفاءة التشغيلية في محطات الطاقة النووية (NPPs).
تناقش القسم أيضًا تطور تقنيات VR، مع تسليط الضوء على تطبيقاتها في التدريب والتعليم النووي. يوفر VR وسيلة فعالة من حيث التكلفة للتدريب الغامر، مما يسمح للعمال بالتعرف على بيئات الإشعاع دون التعرض لها. تظهر التطبيقات المحددة، مثل المختبرات الافتراضية لتجارب درع الإشعاع والحرارة، إمكانيات VR في تعزيز تجارب التعلم في كل من الإعدادات الأكاديمية والصناعية. كما تشير الورقة إلى التحديات التي تواجه اعتماد VR، بما في ذلك القيود التقنية والحاجة إلى تحسين دمج العوامل البشرية. في النهاية، يدعو المؤلفون إلى الاستخدام التآزري لـ DTs وVR لإنشاء بيئات تدريب واقعية يمكن أن تحسن بشكل كبير السلامة وبروتوكولات التشغيل في القطاع النووي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1359688
Publication Date: 2024-03-20
Author(s): Samrendra Roy et al.
Primary Topic: Sports Science and Education
Overview
The section provides an overview of digital twins (DT) and their integration with extended reality (XR) technologies—virtual reality (VR), augmented reality (AR), and mixed reality (MR)—to enhance the monitoring and management of nuclear assets. Digital twins serve as real-time, synchronized replicas of physical systems, facilitating improved decision-making and operational efficiency. By leveraging XR, these digital twins can offer immersive and interactive experiences, allowing for better visualization and understanding of complex systems. This integration is particularly beneficial for risk assessment, predictive maintenance, and interdisciplinary communication, ultimately leading to heightened safety and operational effectiveness in nuclear facilities.
The paper emphasizes the potential of XR-enabled digital twins to optimize human factors engineering, enhancing training and assessing human performance in semi-autonomous nuclear operations. It reviews existing digital twin applications in nuclear systems through the lens of XR technology and outlines the authors’ contributions to this evolving field. The findings suggest that as XR technology continues to advance, its collaboration with digital twins could significantly transform nuclear operations and asset management, paving the way for more efficient and safer practices.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the significant advancements in computing and digital technology over the past two decades, particularly highlighting the emergence of artificial intelligence (AI) and virtual reality (VR) as transformative enabling technologies. While AI and machine learning are gradually being adopted in the nuclear sector, the integration of VR technology, which has been established for a longer period, remains underutilized, especially in the context of digital twins (DTs) for nuclear asset management.
The authors propose that VR can be effectively integrated into DTs, enhancing human vision and perception by providing an additional layer of interaction. They argue that incorporating VR into the design and evaluation of semi-autonomous DT components could lead to significant reductions in cost and time, while also improving intuitive visualization of real-time data beyond traditional 2D displays. The paper aims to inspire further exploration and innovation in the application of VR technologies within nuclear science and technology, particularly in relation to digital twins.
Discussion
The discussion section of the paper elaborates on the concept of digital twins (DTs) and their integration with virtual reality (VR) technologies, particularly in the context of the nuclear industry. A digital twin is defined as a virtual representation of a physical system, which maintains a continuous data exchange with its physical counterpart to ensure alignment in state and performance. DTs are anticipated to enhance operational management, diagnostics, and asset optimization by leveraging sensory data, artificial intelligence, and human expertise. The integration of VR into DTs is posited to improve human-machine interactions, ergonomics, and situational awareness, thereby enhancing training and operational efficiency in nuclear power plants (NPPs).
The section further discusses the evolution of VR technologies, highlighting their applications in nuclear training and education. VR provides a cost-effective means for immersive training, allowing workers to familiarize themselves with radiation environments without exposure. Specific applications, such as virtual labs for radiation shielding and calorimetry experiments, demonstrate the potential of VR to enhance learning experiences in both academic and industrial settings. The paper also notes the challenges faced in VR adoption, including technical limitations and the need for improved human factors integration. Ultimately, the authors advocate for the synergistic use of DTs and VR to create realistic training environments that can significantly improve safety and operational protocols in the nuclear sector.