38978 прочтений

Цифровая платформа CML-Bench™ разработки цифровых двойников и система управления деятельностью в области компьютерного инжиниринга

Сотрудниками Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab®) СПбПУ Петра Великого разработана цифровая платформа CML-Bench™ –  цифровая платформа разработки цифровых двойников (Digital Twin) и умных цифровых двойников (Smart Digital Twin) как изделий / продуктов, так и производственных процессов их изготовления, система управления деятельностью в области цифрового проектирования, математического моделирования и компьютерного инжиниринга, предназначенная для:
- формирования многоуровневой матрицы целевых показателей (характеристик) и ресурсных ограничений (временных, финансовых, интеллектуальных и, конечно же, технологических / производственных);
- разработки математических моделей с высоким уровнем адекватности реальным материалам, конструкциям / машинам / агрегатам / механизмам / приборам / установкам / сооружениям и т.д.;
- выполнения виртуальных испытаний;
- разработки виртуальных стендов и виртуальных полигонов, выполнения на них виртуальных испытаний;
- разработки цифровых двойников (Digital Twin) и умных цифровых двойников (Smart Digital Twin);
- автоматизации выполнения инженерных расчетов;
- сбора, обработки, каталогизации моделей и расчетных вариантов;
- подготовки сборочных файлов;
- мониторинга, обработки и визуализации результатов инженерных вычислений, эволюции различных показателей / характеристик материалов, изделий, конструкций и процессов, а также технологических / производственных ограничений на всех этапах жизненного цикла. 

Цифровая платформа CML-Bench™ – единственная отечественная разработка подобного рода, сфокусированная на обеспечении проектирования и производства в кратчайшие сроки глобально конкурентоспособной высокотехнологичной продукции в различных отраслях и на новых зарождающихся рынках (рынках Будущего) на основе цифровых двойников.

В 2017 году за разработку и применение CML-Bench™ для решения задач высокотехнологичной промышленности группа компаний CompMechLab® победила в конкурсе и была награждена Национальной промышленной премией Российской Федерации «Индустрия».

В 2017 году совместный проект ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (CompMechLab®), ИЦ «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ и ООО «Политех-Инжиниринг» завоевал Гран-при конкурса за разработку проекта  «Кросс-отраслевая мультидисциплинарная платформа виртуальной разработки и испытаний глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения» (платформа CML-Bench™).

CML-Bench™ – система управления деятельностью в области компьютерного инжиниринга, предназначенная для автоматизации выполнения инженерных расчетов, сбора, обработки, каталогизации моделей и расчетных вариантов, подготовки сборочных файлов, обработки и отображения результатов инженерных вычислений

Цифровая платформа CML-Bench™ в качестве ядра содержит SPDM-систему (Simulation Process and Data Management – управление данными и компьютерным моделированием), позволяющую автоматизировать выполнение инженерных расчетов, структурировать все расчетные модели и варианты, упростить работу с базой данных расчетных моделей, результатов вычислений и расчетных вариантов, улучшить возможность представления и сравнения результатов инженерных работ.

Применение цифровой платформы CML-Bench™ позволяет осуществлять мониторинг всех изменений конструкторских решений, эволюцию и модификацию всех расчетных моделей, субмоделей и расчетных вариантов, а также обеспечивать четкую связь между самим расчетным вариантом и результатами его расчета. Это позволяет контролировать, сравнивать и наглядно визуализировать результаты цепочек вычислений, выполненных при математическом моделировании и оптимизации изделий или конструкций.

Цифровая платформа CML-Bench™ предоставляет уникальные возможности контролировать происхождение и историю изменений каждого вычислительного результата, всех виртуальных испытаний, которых за сутки может быть сотни или даже тысячи (в случае одновременного выполнения десятков проектов). Например, можно легко сравнивать результаты расчетных вариантов с соответствующими вариантами геометрической или расчетной модели, свойствами, нагрузками, материалами, использованными в расчетах, результаты экспериментов по разработанным алгоритмам и т.д.

Цифровая платформа СML-Bench™ обеспечивает глубокое взаимодействие десятков разнообразных CAD-CAE программных систем мирового уровня, используемых в инженерно-конструкторских разработках для выполнения инженерных и расчетных работ на различных стадиях подготовки и проведения численного моделирования, виртуальных испытаний и обработки результатов вычислений.

Цифровая платформа CML-Bench™ представляет собой клиент-серверное веб-приложение, состоящее из пользовательского интерфейса, серверной части, системы управления базами данных и сервиса-решателя. 

  • Серверная часть осуществляет взаимодействие с системой управления базами данных, обработку пользовательских запросов, запуск и остановку вычислительных задач, оповещение пользователей.
  • Клиентская часть представляет собой интерфейс пользователя, который доступен через веб-браузер и позволяет выполнять все операции согласно функциональным требованиям.
  • Сервис-решатель представляет собой отдельное приложение, которое размещено на расчетных высокопроизводительных кластерах и осуществляет запуск вычислительных задач.

 

Применение системы CML-Bench™ открывает перед пользователями широкие возможности автоматизации процесса работы с инженерными вычислениями

 

Цифровая платформа CML-Bench™ через единый пользовательский интерфейс позволяет осуществлять управление множеством программных систем, таких как:

  • программы препроцессинга (HyperMesh, Oasys и др.) – файлы субмоделей обрабатываются системой CML-Bench™, автоматически генерируется сборочный файл для запуска расчета в определенной программной системе конечно-элементного (КЭ) анализа;

  • программные системы КЭ анализа (LS-DYNA, SIMULIA/Abaqus, ANSYS, MSC.Software и др.) – для запуска расчета задачи на вход программной системе конечно-элементного анализа подается созданный системой CML-Bench™ сборочный файл согласно синтаксису выбранной расчетной программной системе. Система CML-Bench™ автоматически выбирает подходящий вычислительный ресурс (с учетом очередности других расчетных вариантов) и позволяет контролировать процесс расчета, предоставляя доступ к файлам, генерируемым в процессе вычисления;

  • программы обработки результатов вычислений (HyperView, GNS Animator4, LS-PrePost, MetaPost и др.) – после завершения расчета в программной системе конечно-элементного анализа система CML-Bench™ автоматически запускает программы обработки результатов вычислений в принятой структуре проектных целей и формирует отчетные документы в требуемом формате с возможностью сравнительного анализа с другими расчетными вариантами.

Применение цифровой платформы CML-Bench™ открывает перед пользователями широкие возможности автоматизации процесса работы с инженерными вычислениями, а также:

• обеспечивает целостность и прозрачность представления проекта на всех уровнях разработки;
• позволяет стандартизировать процедуры вычислений и КЭ моделирования, обработки результатов (пост-процессинга);
• обеспечивает единый интерфейс между удаленными центрами и поставщиками инженерных услуг;
• позволяет кастомизировать структуру проекта, дерево и вариативность инженерно-конструкторских разработок;
• позволяет значительно сократить объем хранения данных вычислений (в 10-30 раз);
• обеспечивает мониторинг процессов инженерно-конструкторских разработок, в том числе со стороны Заказчиков;
• обеспечивает привязку документации и баз данных внутри единой структуры проекта;
• позволяет значительно ускорить рабочие процессы, управление расчетными ресурсами (Software / лицензии, Hardware);
• обеспечивает значительное повышение качества работ и контроль качества;
• увеличивает долю математического и конечно-элементного моделирования (Simulation-Based Design, Simulation-Driven Design, (Simulation & Optimization)-Driven Smart Design and Smart Manufacturing и т.д.) в инженерной разработке продукции.

В 2018 году межотраслевая цифровая платформа для проектирования и производства глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения, проведения виртуальных испытаний, создания виртуальных полигонов и стендов, «цифровых двойников» (Digital Twin) изделий (DT1) и процессов их производства (DT2) с применением передовых производственных технологий – цифровая платформа CML-Bench™ – победила в международном Конкурсе инновационных проектов «Евразийские цифровые платформы» в номинации «Лучшие цифровые проекты ЕАЭС».

 

Система управления инженерной деятельностью CML-Bench™ используется сотрудниками Инжинирингового центра при выполнении работ в составе технологических цепочек ведущих российских и зарубежных автопроизводителей и инжиниринговых центров

 

Цифровая платформа CML-Bench™ внедрена в деятельность передового российского  Инжинирингового центра “Центр компьютерного инжиниринга” (CompMechLab®) СПбПУ Петра Великого в области компьютерного инжиниринга в автомобилестроении и в других высокотехнологичных отраслях, обеспечивает значительное повышение производительности и эффективности деятельности сотрудников Центра.

CML-Bench™ используется сотрудниками Инжинирингового центра при выполнении работ в составе технологических цепочек ведущих российских и зарубежных автопроизводителей и инжиниринговых центров: BMW, Rolls-Royce, EDAG, Semcon, Daimler/Mercedes-Benz, Audi, Porsche,  НАМИ, КамАЗ, УАЗ, АВТОВАЗ.

Система CML-Bench™ активно применялась в реализации проекта государственного значения «Кортеж» (разработка элементов каркаса кузова и конструктивных элементов бронирования отечественных автомобилей «Лимузин», «Седан», «Внедорожник» и «Микроавтобус» на базе Единой модульной платформы / ЕМП).

Во всех проектах, выполняемых сотрудниками Инжинирингового центра, цифровая платформа CML-Bench™ позволяет структурировать все расчетные модели и варианты, обеспечивает возможность эффективной работы с базой данных значительного объёма, включающей расчетные модели, результаты вычислений и расчетные варианты по различным типам анализа автомобилей (краш-анализ, частотный анализ, анализ на безопасность пассажиров и пешеходов, прочность и усталость, вибрации, акустика и шумы, внешняя аэродинамика и гидравлика, технологические задачи и др.).

Результаты внедрения цифровой платформы CML-Bench™: повышение производительности труда команды Инжинирингового центра (CompMechLab®), сокращение сроков выполнения работ, повышение качества продукции и степени удовлетворенности Заказчиков, а также существенное снижение финансовых издержек. 

Цифровая платформа CML-Bench™ совершенствуется и масштабируется инженерами  CompMechLab® на регулярной основе, обеспечивая модификации под требования и структуру любых проектов, характерных для различных высокотехнологичных отраслей. Высокая глобальная конкурентоспособность цифровой платформы CML-Bench™ обусловлена универсальностью ее структуры и, как следствие, возможностью адаптации системы под конкретную деятельность компании благодаря широким возможностям кастомизации системы и интерфейса.

Применение цифровой платформы CML-Bench™ на предприятиях российской промышленности позволяет автоматизировать процесс работы с инженерными вычислениями, существенно сокращает трудозатраты на администрирование инженерной деятельности и значительно увеличивает производительность совместной работы инженеров, что, в свою очередь, позволяет значительно ускорить и повысить эффективность расчетного сопровождения процесса разработки и проведения многовариантной оптимизации продукции и повысить ее конкурентоспособность.

Вопросам разработки и применения цифровых двойников посвящены следующие публикации:

  1. Боровков, А.И. Новая парадигма цифрового проектирования и моделирования глобально конкурентоспособной продукции нового поколения / А.И. Боровков,  В.М. Марусева,  Ю.А. Рябов // Доклад «Цифровое производство: методы, экосистемы, технологии».  – 2018. – С. 24–43.
  2. Боровков, А.И. Цифровые двойники и цифровая трансформация предприятий ОПК / А.И. Боровков, Ю.А. Рябов, К.В. Кукушкин, В.М. Марусева, В.Ю. Кулемин // Оборонная техника. – 2018. – № 1. – С. 6–33.
  3. Боровков, А.И. «Умные» цифровые двойники – основа новой парадигмы цифрового проектирования и моделирования глобально конкурентоспособной продукции нового поколения / А.И. Боровков,  В.М. Марусева,  Ю.А. Рябов // Трамплин к успеху. – 2018. – № 13. – С. 12–16.
Новости на сайте по теме публикации: