Компьютерные технологии проектирования беспилотных автомобилей и электромобилей
Как эффективно разработать беспилотный автомобиль или БПЛА с применением технологии цифровых двойников
Требования – основа разработки любых изделий
Автомобили и самолеты – одни из сложнейших технических объектов, созданных человеком. Идея заставить их двигаться и выполнять требуемые операции самостоятельно не нова. В последнее десятилетие она получила дополнительный импульс: с развитием технологий машинного зрения, искусственных нейронных сетей в программном обеспечении беспилотной техники, появилась возможность сделать поистине революционный рывок. Переход от «классических» алгоритмов управления к нейросетевым подходам в комплексе с современными вычислительными мощностями, инфраструктурными возможностями и современными архитектурами беспилотной техники делают ее массовый выход в мир реальным.
Какими бы ни были цели разработки беспилотной техники, исследовательскими или коммерческими, прежде всего требуют ответа вопросы: «Для чего? Для кого?». Делать робота только для того, чтобы показать, что мы это умеем, — задача увлекательная, но это дорогостоящее увлечение должен кто-то оплачивать. У того, кто платит, должна быть понятная мотивация. Заказчик до разработки изделия должен знать, каким оно будет: выполняемые функции, технические характеристики, цена. Без четкой формулировки требований инвестировать «в туман» крайне рискованно.
Требования к беспилотной технике обычно формулируются в проекции на аналогичное «традиционное» изделие. Чтобы быть лучше, беспилотная техника должна безопаснее, лучше, дешевле, эффективнее выполнять аналогичные задачи. В разных видах беспилотной техники выполняются разные из этих условий, но выгода в любом случае должна быть очевидной.
Для автомобиля речь в первую очередь идет о безопасности, стоимости и удобстве использования. При этом, сравнивая, скажем, стоимости беспилотного и «традиционного» автомобиля, можно учитывать косвенные факторы. Сколько стоят два-три часа в день, проведенных за рулем в пробках? В беспилотном варианте в это время можно заняться какими-то своими делами.
В случае с авиационной техникой, где более половины происшествий вызваны ошибками экипажа (человеческий фактор), беспилотность призвана повысить безопасность полетов. Мультикоптеры — воздушные такси – в принципе бессмысленно делать пилотируемыми. Это должны быть легкие, компактные аппараты, в которых всё оптимизировано под перевозку пассажиров, в то время как и вес, и место, занимаемые пилотом, этому явно мешают. Авиационную технику, не предназначенную для перевозки пассажиров, в большинстве случаев также выгоднее делать беспилотной по экономическим причинам. БПЛА, как правило, имеет принципиально меньшую стоимость разработки, изготовления и эксплуатации.
Контроль процесса разработки
Между согласием разработчика на выполнение требований и передачей готового годного изделия заказчику лежит процесс разработки изделия. Каким он должен быть? Есть несколько стратегий.
Первая (самая манящая, но недальновидная): разработчик считает, что он умен и опытен. Поэтому сразу набело «начертит» конструкцию, «напишет» системы управления, сразу отдаст «в изготовление». То есть разработчик не предпринял никаких шагов по контролю требований в процессе разработки в надежде на то, что звезды сложатся удачно. Такой исход теоретически возможен, если разрабатываемое изделие является копией тех, что разработчик производил до этого. Если же оно несет в себе новые элементы, возможность такого благополучного исхода стремительно тает с ростом процента новизны в конструкции. Поскольку в процессе разработки требования не контролировались, на этап испытаний первого прототипа выйдет изделие с неизвестными характеристиками. Результаты его натурных испытаний, скорее всего, окажутся неприятным сюрпризом для разработчика.