Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench^® – цифровая платформа разработки и применения цифровых двойников​ (Digital Twins) и «умных» цифровых двойников (Smart Digital Twins)
как высокотехнологичных промышленных изделий /продуктов, включая материалы (в первую очередь, композиционные материалы и композитные структуры), физико-механические процессы и технологические / производственные процессы изготовления,

– система управления деятельностью в области системного цифрового инжиниринга (системного и модельно-ориентированного инжиниринга, математического, компьютерного и суперкомпьютерного моделирования, цифрового проектирования, компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга).

В феврале 2021 года министр цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации М.И. Шадаев после успешного прохождения официальной экспертизы цифровой платформы CML-Bench^® подписал Приказ от 16 февраля 2021 г. №84 о включении Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench^® в Единый реестр российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных.

Разработку Цифровой платформы CML-Bench^® с 2014 года ведут сотрудники:

• Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
• Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии»;
• Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии»;
• Инжинирингового центра (CompMechLab^®) «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ;
• ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (CompMechLab^®).

С 2014 года Цифровая платформа CML-Bench^® совершенствуется и масштабируется на регулярной основе, обеспечивая учет требований и структуры проектов, характерных для различных высокотехнологичных отраслей промышленности.

• 31.05.2022. Цифровая платформа по разработке цифровых двойников CML-Bench от Петербургского Политеха расширила свои возможности

• 02.06.2022. ЦИПР-2022: Алексей Боровков представил уникальную Цифровую платформу разработки цифровых двойников CML-Bench, обеспечивающую импортонезависимость и технологический суверенитет России

Проекты по разработке и применению цифровых двойников высокотехнологичных промышленных изделий на базе Цифровой платформы CML-Bench^® реализуются в соответствии с национальным стандартом Российской Федерации – ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения».

На базе Цифровой платформы CML-Bench^® могут быть разработаны основные компоненты цифровых двойников высокотехнологичных промышленных изделий, в их числе:

• архитектура цифрового двойника на основе подходов системного инжиниринга (System Engineering, SE) и модельно-ориентированного системного инжиниринга (Model-Based System Engineering, MBSE) с учетом реальных материалов, внешних воздействий, физико-механических и технологических процессов, всех эксплуатационных режимов и всех стадий жизненного цикла высокотехнологичных промышленных изделий; 
• многоуровневая матрица требований, целевых показателей (характеристик) и ресурсных ограничений (временных, финансовых, технологических, производственных, экологических, экономических, нормативных и др.);
• математические и компьютерные модели с высоким уровнем адекватности реальным материалам, конструкциям, машинам, агрегатам, механизмам, приборам, установкам, системам, сооружениям и т.д., а также физико-механическим и технологическим / производственным процессам;
• верификация и валидация (Verification & Validation) как используемого  программного обеспечения компьютерного моделирования (ПО КМ), так и разрабатываемых математических и компьютерных моделей, многие из которых по своей сути являются многодисциплинарными физико-механическими моделями; 
• цифровые (виртуальные) испытания материалов, конструктивных элементов, изделий, компонентов, подсистем и систем, а также цифровые испытания, связанные с настройкой и оптимизацией физико-механических и производственных процессов;
• специализированные цифровые (виртуальные) стенды и цифровые (виртуальные) полигоны для выполнения на них цифровых (виртуальных) испытаний;
• автоматизация выполнения цифровых (виртуальных) испытаний и многовариантных инженерных расчетов;
• автоматизированные сбор, обработка, каталогизация моделей и расчетных вариантов;
• автоматизированная подготовка сборочных файлов;
• мониторинг, обработка и визуализация результатов инженерных вычислений, эволюции различных целевых показателей / характеристик материалов, изделий, конструкций и процессов на всех этапах жизненного цикла;
• формирование "цифрового следа" траекторий реализации проекта и сохранение реализуемых проектов на цифровой платформе CML-Bench^®.

Технология разработки цифровых двойников и Цифровая платформа CML-Bench^® выступают драйверами и интеграторами применения системы («семейства») сквозных цифровых технологий класса Digital Engineering – Smart Design & Engineering, в их числе: 

• системный инжиниринг (System Engineering, SE) и модельно-ориентированный системный инжиниринг (Model Based System Engineering, MBSE);
• цифровое проектирование (Computer–Aided Design, CAD);
• математическое и компьютерное моделирование (Finite Element Analysis, Modelling, Simulation, Simulation & Analysis, S&A);
• верификация и валидация (Verification & Validation, V&V);
• компьютерный и суперкомпьютерный инжиниринг (Computer-Aided Engineering, CAE; High Performance Computing, HPC–CAE);
• цифровой инжиниринг (Digital Engineering, DE);
• виртуальные испытания, виртуальные стенды и виртуальные полигоны;
• большие данные, искусственный интеллект, блокчейн и др.

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 ООО Лаборатория «Вычислительная механикка» (CompMechLab^®) – головная компания группы компаний CompMechLab^® была награждена 

• Национальной промышленной премией Российской Федерации «Индустрия».

В 2017 году совместный проект группы компаний CompMechLab^® и Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ «Кросс-отраслевая мультидисциплинарная платформа виртуальной разработки и испытаний глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения» (платформа CML-Bench^®) завоевал

• Гран-при Евразийского конкурса научно-технологических проектов.

В 2018 году межотраслевая Цифровая платформа CML-Bench^® признана «Лучшим цифровым проектом ЕАЭС»

• в международном Конкурсе инновационных проектов «Евразийские цифровые платформы».

Цифровая платформа CML-Bench^® в качестве ядра содержит систему класса SPDRM (Simulation Process, Data and Resource Management – управление Hardware–Software–Brainware–ресурсами, процессами цифрового проектирования и моделирования, генерацией, обработкой, хранением, передачей и защитой больших объемов данных), 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 сопоставлять результаты расчетных вариантов с соответствующими вариантами геометрической или расчетной моделей, свойствами, нагрузками, материалами, использованными в расчетах, результатами экспериментов по разработанным алгоритмам и т.д.

Цифровая платформа CML-Bench^® обеспечивает глубокое взаимодействие десятков разнообразных CAD/CAE/CFD/CAO/MBS/EMS и др. 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.

Цифровая платформа CML-Bench^® через единый пользовательский интерфейс позволяет осуществлять управление множеством программных систем, в их числе:

• 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 (ANSYS, LS-DYNA, SIMULIA/Abaqus, HyperWoks, MSC.Software и др.) – для запуска расчета задачи на вход программной системе КЭ-анализа подается созданный системой CML-Bench^® сборочный файл согласно синтаксису выбранной расчетной программной системы. 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 КЭ-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 (постпроцессинга);
• обеспечивает единый интерфейс удаленным центрам и поставщикам инженерных услуг;
• позволяет кастомизировать структуру проекта, дерево и вариативность инженерно-конструкторских разработок;
• позволяет значительно сокращать 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 ускорять рабочие процессы, управление расчетными ресурсами (Software/лицензии, Hardware);
• обеспечивает значительное повышение качества работ и контроль качества;
• увеличивает долю математического и КЭ-моделирования в рамках передовых парадигм: Simulation-Based Design, Simulation-Driven Design, (Simulation & Optimization)-Driven Smart Design and Smart Manufacturing и т.д., эффективно применяемых в разработке наукоемкой и высокотехнологичной продукции.

Цифровая платформа CML-Bench^® внедрена в деятельность передового российского  Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ Петра Великого, обеспечивая значительное повышение производительности и эффективности деятельности сотрудников Центра, сокращение сроков выполнения работ, повышение качества продукции и степени удовлетворенности заказчиков, а также существенное снижение финансовых издержек.

CML-Bench^® используется сотрудниками Инжинирингового центра при выполнении работ в составе технологических цепочек ведущих российских и зарубежных организаций:

• автопроизводителей и инжиниринговых центров: BMW, Rolls-Royce, Daimler/Mercedes-Benz, Audi, Bentley, Porsche, EDAG, Semcon, НАМИ, КАМАЗ, УАЗ, АВТОВАЗ и др.;
• корпораций и компаний из других высокотехнологичных отраслей промышленности: двигателестроение, авиастроение, энергомашиностроение, нефтегазовое, атомное, тяжелое и специальное машиностроение, приборостроение, судостроение и кораблестроение, ракетная и космическая техника и др.

Цифровая платформа CML-Bench^® активно применялась в реализации проекта государственного значения «Кортеж» – разработка Единой модульной платформы (ЕМП) элементов каркасов кузовов отечественных автомобилей «Лимузин», «Седан», «Внедорожник», «Миниавтобус», «Кабриолет», а также конструктивных элементов бронирования для специсполнения. В частности, результаты применения CML-Bench^® были продемонстрированы 23 января 2015 года министру промышленности и торговли РФ Д.В. Мантурову и министру образования и науки РФ Д.В. Ливанову во время посещения Инжинирингового центра (CompMechLab^®) «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ.

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 объема, 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.).

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 повысить эффективность расчетного сопровождения процесса разработки, проведения многовариантной оптимизации продукции и повысить ее конкурентоспособность.

Цифровая платформа CML-Bench^® обеспечивает эффективную работу ГК CompMechLab^® в удаленном режиме, в условиях самоизоляции. CML-инженеры и заказчики CompMechLab^® имеют свободный круглосуточный доступ к ресурсам и задачам, которые продолжают выполняться в штатном режиме.

Все проектные решения и решенные задачи CML-инженеров (около 1000 в неделю) хранятся на Цифровой платформе CML-Bench^® и формируют Digital Brainware, насчитывающее сегодня более 325 000 решений, которые поступают «в распоряжение» Системы интеллектуальных помощников CML-AI™️.

---

Вопросам разработки и применения цифровых двойников посвящены следующие публикации:

1. Боровков А.И., Рябов Ю.А., Гамзикова А.А. Цифровые двойники в нефтегазовом машиностроении // Neftegaz.Ru. – 2020. – № 6. С. 30–36.
   Аннотация. В статье представлен подход Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» по разработке цифровых двойников, предложено определение и ключевые компоненты цифровых двойников, разрабатываемых для высокотехнологичной промышленности. Приведены примеры применения технологии цифровых двойников для разработки высокотехнологичной продукции нефтегазового машиностроения.
2. Боровков А.И., Рябов Ю.А., Гамзикова А.А. Типологизация цифровых двойников (Digital Twins) // В сборнике: Кластеризация цифровой экономики: Глобальные вызовы. Сборник трудов национальной научно-практической конференции с зарубежным участием. В 2-х томах. Под редакцией Д.Г. Родионова, А.В. Бабкина. 2020. С. 473-482.
   Аннотация. В настоящее время не существует универсального и всеобъемлющего определения технологии «цифровой двойник» (Digital Twin), однако данный термин широко используется в публикациях, в том числе, в научных статьях и национальных инициативах по развитию новых технологий. В статье представлены результаты исследования на основе обзора публикаций ведущих мировых компаний-лидеров, научноисследовательских организаций, а также экспертного практического опыта специалистов Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Предложены следующие варианты типологизации термина «цифровой двойник»:
   - на основе момента появления цифрового двойника относительно реального объекта или процесса;
   - на основе уровня адекватности цифрового двойника реальному объекту или процессу;
   - на основе целей применения цифровых двойников.
3. Боровков А.И., Гамзикова А.А., Кукушкин К.В., Рябов Ю.А. Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности. Краткий доклад (сентябрь 2019 года) – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2019. – 62 c.
   Аннотация. Краткий доклад подготовлен Центром компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» в партнерстве с Инфраструктурным центром по развитию направления «Технет» НТИ. Издание содержит аналитические материалы по одному из основных трендов IV промышленной революции – разработке и применению цифровых двойников (Digital Twin). Рассмотрены примеры определений и трактовок цифрового двойника. Дается определение цифрового двойника Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», опирающееся на уникальный опыт выполненных проектов в сфере передовых производственных технологий, формировании Фабрик Будущего, разработок и применения цифровых двойников.
4. Боровков А.И., Рябов Ю.А. Цифровые двойники: определение, подходы и методы разработки // Цифровая трансформация экономики и промышленности: сборник трудов научно-практической конференции с зарубежным участием, 20–22 июня 2019 г. / под ред. А. В. Бабкина. – СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019. – 780 с.
   Аннотация. В настоящее время тема цифровой трансформации промышленности является одной из наиболее востребованных и актуальных в России. В статье представлены различия между цифровыми двойниками (Digital Twins) и цифровыми тенями (Digital Shadow). Подчеркивается, что для создания цифровых двойников наряду с мультидисциплинарными компетенциями мирового уровня компании должны обладать и рядом передовых наукоемких методов и технологий. Ключевая роль в разработке цифровых двойников принадлежит уникальной CML-Цифровой платформе CML-Bench™, позволяющей формировать матрицу целевых показателей и ресурсных ограничений, содержащую десятки тысяч характеристик, а также с помощью CML-Системы интеллектуальных помощников CML-AI реализовать специализированный бизнес-процесс «цифровая сертификация».
5. 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.
6. 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.
7. 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.