Специалисты CompMechLab® провели обучение сотрудников холдинга «Вертолеты России»

10 сотрудников холдинга «Вертолеты России» завершили очный этап обучения в Инжиниринговом центре «Центр компьютерного инжиниринга» (ИЦ «ЦКИ» CompMechLab^®) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) по программе «Проектирование авиационных компонентов на основе топологической оптимизации».

Обучающая программа реализуется в соответствии с контрактом, заключенным между АО «Вертолеты России» и ИЦ «ЦКИ» CompMechLab^® СПбПУ и подписанным 22 сентября 2017 года генеральным директором АО «Вертолеты России» А.И. Богинским и руководителем ИЦ «ЦКИ» CompMechLab^®, проректором по перспективным проектам СПбПУ А.И. Боровковым.

В соответствии с контрактом Инжиниринговый центр на базе Международного научно-образовательного Центра превосходства «Altair – CML – Политехник» должен провести для специалистов АО «Вертолеты России» ряд семинаров, посвященных проектированию авиационных компонентов на основе топологической оптимизации, с целью дальнейшего использования сотрудниками холдинга полученных знаний, навыков и компетенций для изготовления на своем производстве деталей с применением аддитивных технологий.

Обучающий курс продолжительностью 10 недель проходит в несколько этапов, первый из которых стартовал в середине октября 2017 года и включал в себя серию ознакомительных онлайн-семинаров. О принципах применения топологической оптимизации, аддитивных методах производства, их ограничениях и принципиальных преимуществах сотрудникам предприятий холдинга рассказали ведущий инженер ИЦ CompMechLab^® СПбПУ Михаил Жмайло и директор Центра превосходства «Altair – CML – Политехник», заместитель директора Инжинирингового центра СПбПУ по развитию аддитивных технологий Евгений Белослудцев.

В течение двухнедельного курса вводных лекций сотрудники предприятий холдинга с консультационной поддержкой преподавателей Центра превосходства «Altair – CML – Политехник» производили сбор данных для подготовки специализированных индивидуальных учебных материалов. На основе полученных данных представители холдинга подготовили 10 реальных рабочих деталей – объектов дальнейшей оптимизации.

Следующим этапом обучающего курса стали очные занятия, для прохождения которых сотрудники холдинга «Вертолеты России» на две недели прибыли в Санкт-Петербург. Занятия проводились в Научно-исследовательском корпусе Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Программа первых занятий включала в том числе следующие вопросы:

• особенности применения аддитивных технологий (визуальные макеты, оснастка, мастер-модели для литья, функциональные прототипы, серийные изделия);
• мировой опыт применения аддитивных технологий;
• особенности аддитивных методов производства металлических изделий, обзор и анализ технологий SLS, SLM, EBM и DMLS;
• примеры применения топологической оптимизации и аддитивного производства в металле в ИЦ «ЦКИ» CompMechLab^® СПбПУ;
• осмотр и анализ образцов деталей, изготовленных с применением различных видов аддитивных технологий.

Газотурбинный двигатель (США): компания General Electric изготовила малоразмерный ГТД с использованием аддитивного производства.	Компоненты насосов (Германия): компания BMW применяет 3D-печать в алюминии для изготовления компонентов насосов для спортивных автомобилей.	Спорткар BLADE: компания Divergent3D печатает компоненты спорткара BLADE.

Говоря о мировом опыте применения 3D-печати, М. Жмайло представил примеры того, как в различных условиях аддитивные технологии применяются для решения разовых задач и в серийном производстве. В частности, на серийной основе 3D-принтинг металлами, пластиками, композитами применяют Boeing (22 000 деталей, 300 наименований – элементы обшивки салона, воздуховоды), Lima Corporate (импланты), General Electric Additive (детали авиационной и нефтегазовой техники), Dentsply Implants (зубные протезы) и многие другие.

Основными причинами растущей популярности аддитивных технологий стали возможности быстрого прототипирования, снижение стоимости производства малых партий изделий (от 1 штуки), экономия материалов и возможность изготовления геометрически сложных изделий. Но в первую очередь – возможность производства таких компонентов, изготовить которые раньше было просто невозможно.

Слушателям было рассказано о существующих сегодня в мире видах аддитивных технологий. На данный момент принято выделять следующие виды:

«Твердые»

• FDM (Fused Deposition Modelling, экструзионная печать)
• LOM (Laminated Object Manufacturing, резка и склеивание листов бумаги)

«Жидкие»

• SLA / DLP (Stereolithography apparatus, стереолитография – отверждение фотополимера лазером/проектором)
• PolyJet (16 сопел + фотополимеризация материала)
• Binder Jetting (разбрызгивание связующего на слой материала)

«Порошковые»

• SLS (Selective Laser Sintering, лазерное спекание)
• SLM, DMLS, DMLM, EBM (Selective Laser Melting/Sintering, лазерное сплавление, прямое лазерное спекание, сплавление под воздействием электронного пучка)
• DMD (Direct metal deposition, прямое лазерное выращивание)

Пример «твердых» аддитивных технологий: FDM	Пример «жидких» аддитивных технологий: SLA/DLP

На примерах выполненных Инжиниринговым центром CompMechLab^® СПбПУ реальных проектов были продемонстрированы возможности аддитивных технологий в различных отраслях производства: автомобилестроении, рекето-авиастроении, нефтегазовой промышленности и других. Одним из таких примеров стал и проект оптимизации ползуна, выполненный по заказу АО «Вертолеты России».

Отдельное время занятий было отведено разбору ограничений 3D-печати, демонстрирующих специфику аддитивных технологий. Среди наиболее показательных ограничений:

• точность печати для различных технологий;
• шероховатость поверхности;
• необходимость поддержек в зависимости от геометрии детали и направления выращивания;
• сложность извлечения поддержек;
• деформация, усадка, расслаивание;
• минимальные толщины стенок при различных технологиях печати;

Пример постобработки после 3D-печати: срезание с платформы, удаление поддержек, обработка мест крепежа (ручная обработка, ЧПУ-фрезерование), снижение шероховатости (пескоструйная обработка, дробеструйная обработка, галтовка, полировка)

Особое внимание на очных занятиях было посвящено обзору актуальных систем для моделирования аддитивного производства, анализу их назначения, возможностей и целесообразности использования для различных задач:

• Additive Works Amphyon;
• GeonX Virfac AM;
• ESI-Additive Manufacturing, OpenHybrid project;
• Dassault Systemes 3DExperience;
• Pan Computing (Autodesk);
• simufact Additive (MSC.Software).

Также был проведен обзор современных иностранных 3D-принтеров, процесса печати и перечня оригинальных материалов, сравнение иностранных порошковых композиций с отечественными непорошковыми материалами, приведены характеристики российских 3D-принтеров и перечня материалов, производимых в России.

Принтер Arcam для печати металлами	Металлические материалы LPW Technology

В фокусе занятий была также методика и критерии выбора деталей для аддитивного производства, был проведен анализ примеров, оценка экономической эффективности применения 3D-печати в металле, рассмотрены свойства материалов и технологии их получения, проанализированы целевые показатели и ресурсные ограничения, влияющие на выбор технологии производства, для определения ситуаций, в которых целесообразно и эффективно применение 3D-печати.

В рамках обучающей программы представители холдинга «Вертолеты России» посетили с ознакомительной экскурсией компанию «Протокон», где ознакомились со всеми этапами производства прототипов и конструкционных деталей из полимеров на 3D-принтерах EOS Formiga P100, 3D Systems ProX 500, Fortus 360mc и других.

Программа очного недельного семинара предполагала не только глубокое погружение в теорию существующих технологий, но и постоянное проведение контрольных тестов и практических занятий. На основе мастер-класса о принципах работы (Simulation & Optimization)-Driven Bionic Design и применяемом программном обеспечении в ИЦ CompMechLab^® СПбПУ слушатели курса выполняли самостоятельные задачи по оптимизации, используя предоставленное Лабораторией «Вычислительная механика» программное обеспечение solidThinking Inspire – передовую технологию топологической оптимизации, разработанную компанией solidThinking, Inc. (входит в Altair Group) и позволяющую инженерам-конструкторам, дизайнерам и архитекторам быстро создавать оптимальный с точки зрения массы, жесткости и прочности дизайн самых различных структур и конструкций.

В течение всего семинара проводился анализ сложных практических нюансов цифрового проектирования и моделирования, разбор типовых ошибок и способов повышения эффективности различных инженерных решений.

Одним из ярких моментов петербургского семинара стало проведение товарищеского соревнования по оптимизации среди представителей предприятий холдинга «Вертолеты России». В качестве объекта для конкурсного задания участникам была предложена инженерная деталь, вес которой требовалось максимально облегчить – при сохранении ее прочностных характеристик.

Троим призерам товарищеского соревнования – Олегу Зайцеву (АО «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля»: оптимизация на 80,7%), Сергею Бугакову (ПАО «Казанский вертолетный завод»: оптимизация на 80,0%) и Сергею Князеву (АО «Камов»: оптимизация на 73,6%) были вручены памятные сувениры.

Итоги конкурса свидетельствуют: участники семинара смогли продемонстрировать весьма высокие результаты оптимизации кронштейна по массе. Показательно, что аналогичная задача была поставлена в 2016 году на технологическом конкурсе в рамках проекта GenerationS «Оптимизация кронштейна по массе». Тогда победителями конкурса стали студенты магистратуры Института передовых производственных технологий СПбПУ, инженеры ГК CompMechLab^® Илья Зелинский и Борис Соколов, добившиеся лучших результатов по конечному весу детали (максимальное снижение массы – более чем на 83%) и ее соответствию требованиям прочностных характеристик, допустимых напряжений и другим параметрам, установленным условиями конкурса.

Представители холдинга «Вертолеты России», выполняя практически идентичную задачу в рамках товарищеского конкурса, смогли предложить близкие по значениям решения, что подтвердило несомненную эффективность реализуемого учебно-практического курса уже даже после одной недели обучения.

Также специалисты АО «Вертолеты России» приняли участие в качестве слушателей в работе одной из крупнейших профильных международных конференций, посвященных компьютерному инжинирингу, – Второй технологической конференции ATCx Russia. Конференция была организована компанией Altair Engineering, Inc., ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (ГК CompMechLab^®) и Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого, при поддержке Международного научно-образовательного Центра превосходства «Altair-CML-Политехник».

Altair Engineering ежегодно проводит масштабные конференции ATC на всех континентах: за последние несколько лет местами проведения конференции стали лучшие технологические и бизнес-площадки Парижа, Мюнхена, Турина, Лос-Анжелеса, Пекина, Сеула, Франкфурта. В декабре 2016 года в стенах Политехнического университета состоялась Первая российская технологическая конференция ATCx, и основной ее темой стали решения Altair для многокритериальной топологической оптимизации, создания сложных эффективных конструкций на основе принципов бионического дизайна, подготовки моделей для 3D-печати с последующей оценкой усталости и долговечности проектируемых изделий. В 2017 году на конференции также обсуждались технологии оптимизации и 3D-печати, новейшие разработки Altair в области нелинейной динамики, разрушения композитов, компьютерного моделирования производственных технологий solidThinking и многое другое.

По завершении конференции в Научно-исследовательском корпусе СПбПУ состоялось торжественное вручение сотрудникам холдинга «Вертолеты России» сертификатов о прохождении обучения. В церемонии приняли участие:

• д-р Уве Шрамм – старший директор по развитию технологий Altair Engineering, Inc., сооснователь компании;
• проф. А.И. Боровков – основатель ГК CompMechLab^®, проректор по перспективным проектам СПбПУ, руководитель Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ;
• Е.В. Белослудцев – директор Центра превосходства «Altair – CML – Политехник», заместитель директора ИЦ CompMechLab^® СПбПУ по развитию аддитивных технологий;
• М.А. Жмайло – ведущий инженер ИЦ CompMechLab^® СПбПУ.

Договор на обучение представителей предприятий холдинга «Вертолеты России» является примером взаимовыгодного сотрудничества представителей промышленности и Центра превосходства «Altair – CML – Политехник», образованного в 2016 году на базе СПбПУ с участием группы компаний CompMechLab^® и компании Altair Engineering, Inc. как полигон для масштабирования модели Цифровых фабрик на реальные производственные линии российских компаний через внедрение передовых технологий для разработки и производства в России глобально конкурентоспособной продукции.

Подготовка и проведение для АО «Вертолеты России» обучающего курса – результат давнего тесного взаимодействия холдинга с Санкт-Петербургским политехническим университетом и ГК CompMechLab^®, которое началось еще полтора года назад с участия руководителей компаний в работе круглого стола в рамках выставки HeliRussia-2016. На круглом столе представители «Вертолетов России», «ВР-технологии», ОАК, МВЗ им. Миля, Казанского вертолетного завода, НП Техмаш и технических университетов МАИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, КНИТУ КАИ, СПбПУ и ИЦ CompMechLab^® СПбПУ, а также члены РГ «Технет» НТИ и Университета НТИ обсуждали подготовку востребованных отраслями авиастроения и вертолетостроения инженеров, владеющих передовыми технологиями и обладающих компетенциями мирового уровня. Основной проблемой был обозначен разрыв между актуальными задачами отрасли и уровнем подготовки выпускников высших учебных заведений, вследствие которого вузы по ряду причин зачастую не способны адекватно отвечать на актуальные вызовы промышленности.

Ключевой вехой развития взаимодействия по этому и другим направлениям стало подписание 14 декабря 2016 года в рамках ВУЗПРОМЭКСПО – 2016 Соглашения между СПбПУ и холдингом «Вертолеты России». По словам подписавшего соглашение Евгения Кузьменкова, директора по персоналу и организационному развитию холдинга «Вертолеты России»: «Развитие инновационных технологий производства вертолетной техники является для холдинга приоритетным направлением. С этой целью мы развиваем сотрудничество с высшими учебными заведениями, которые находятся в авангарде технического развития в нашей стране. Первым совместным проектом с Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого будет подготовка специалистов в сфере компьютерного инжиниринга. Принципиально важно, что обучение строится не на абстрактных учебных примерах, а вокруг существующих проектов, которые реализуются на наших предприятиях».

В соответствии с этими установками заключительный этап обучения сотрудников холдинга предполагает их самостоятельную практическую работу по оптимизации отобранных реальных инженерных деталей на основе данных, полученных в ходе прошедших заочных и очных семинаров, при удаленной поддержке преподавателей и инженеров ИЦ CompMechLab^® СПбПУ. В качестве информационной базы всем обучающимся сотрудникам были выданы комплекты с материалами лекций, информацией по существующим 3D-принтерам, материалам и ограничениям аддитивного производства, а также ознакомительная лицензия ПО solidThinking.

Стоит подчеркнуть также, что реализуемому в данный момент обучающему курсу предшествовал ряд мероприятий, в рамках которых происходила формализация проблем-вызовов, с которыми сталкивается холдинг «Вертолеты России», и формирование оптимальных видов сотрудничества с СПбПУ и ГК CompMechLab^® для их преодоления. В числе таких мероприятий:

• участие экспертов ИЦ CompMechLab^® СПбПУ в семинаре «Дигитализация» для специалистов ОАК и холдинга «Вертолеты России» с участием президента ОАК Ю.Б. Слюсаря и генерального директора холдинга «Вертолеты России» А.И. Богинского в марте 2017 года, где по просьбе руководителей корпораций проф. А.И. Боровков выступил модератором и где обсуждались глобальные тренды Индустрии 4.0: компьютерный инжиниринг, бионический дизайн, виртуальные испытания на основе «умных» моделей и другие;

• рабочая встреча в ИЦ CompMechLab^® СПбПУ между руководством ИЦ и Объединенной рабочей группой специалистов «ОАК» и холдинга «Вертолеты России», сформированной по результатам семинара «Дигитализация» в Москве, во главе с директором департамента по управлению программами ОАК С.П. Чернатой. Состоялось глубокое обсуждение задач, стоящих перед отечественной авиастроительной отраслью и утвержден шорт-лист проблем, которые будут решаться в первую очередь;

• рабочая сессия с участием 22 представителей холдинга «Вертолеты России» и Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК), прошедшая 6–7 апреля 2017 в Инжиниринговом центре CompMechLab^® СПбПУ. В рамках сессии, в частности, первый заместитель директора ИЦ «ЦКИ» СПбПУ, главный конструктор ГК CompMechLab^® О.И. Клявин представил новую парадигму цифрового проектирования и моделирования Advanced (Simulation & Optimization)-Driven Advanced (Design & Manufacturing) как основу проектирования глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения. В итоговой части сессии специалисты обсудили конкретные проблемы и задачи, стоящие перед отраслью, для формирования списка актуальных научно-технических задач с целью их совместного решения.

Немаловажным событием для формирования заказа АО «Вертолеты России» на обучение стало и выступление А.И. Боровкова на сессии «Цифровое авиастроение» на МАКС-2017 20 июля 2017 года, где Алексей Иванович, в числе прочего, рассказал об уникальном опыте решения проблем-вызовов в интересах мировых лидеров высокотехнологичных отраслей промышленности, которым обладают инженеры команды CompMechLab^®, а также привел описание «умных цифровых двойников» (Smart Digital Twin) – системообразующего компонента цифрой трансформации наукоемких производств в контексте нового технологического уклада.

Наконец, как уже было сказано, АО «Вертолеты России» не понаслышке знакомо с реальными компетенциями ГК CompMechLab^®, уже выполнявшей в интересах холдинга работы по задачам топологической оптимизации и аддитивного производства. Результаты одного из таких проектов были представлены, в частности, на III Международный технологический форум «Инновации. Технологии. Производство» (Рыбинск, 4-6 апреля 2016 года). Тогда ведущий инженер ИЦ CompMechLab^® СПбПУ Михаил Жмайло рассказал о топологической оптимизации конструкций на примере оптимизации ползуна для АО «Вертолеты России», которая была выполнена с учетом нескольких возможных материалов и нескольких случаев нагружения и позволила снизить массу изделия на 52,92%.

Таким образом, контракт на реализацию учебного курса стал взвешенным и тщательно подготовленным решением руководства холдинга, четко обозначившего ориентацию входящих в него предприятий на изменения и развитие в соответствии с глобальными промышленными трендами и передовыми производственными технологиями для создания глобально конкурентоспособной продукции.

Продолжительность заключительного этапа обучающего курса для сотрудников АО «Вертолеты России» составляет 4 недели и предполагает самостоятельную работу сотрудников на местах (с удаленной поддержкой преподавателями Центра превосходства «Altair – CML – Политехник») по оптимизации отобранных инженерных деталей. Ожидаемым результатом реализованного контракта станут, таким образом, не только передача уникальных компетенций в части компьютерного инжиниринга, бионического дизайна, топологической оптимизации и аддитивного производства, но и разработка 10 реальных инженерных деталей, готовых к производству.

---

Ведущие СМИ рассказали о прохождении специалистами АО «Вертолеты России» обучающего курса в ИЦ «ЦКИ» CompMechLab^® СПбПУ.

"Подготовкой специалистов по программе «Проектирование авиационных компонентов на основе топологической оптимизации» проходила в Центре компьютерного инжиниринга (CompMechLab) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). Соглашение о сотрудничестве подписано в сентябре прошлого года. Молодые инженеры, конструкторы и технологи бюро Миля и Камова, Казанского вертолетного завода и компании «Редуктор-ПМ» успешно завершили обучение и готовы приступить к самостоятельной работе по оптимизации деталей для современной вертолетной техники с помощью аддитивных технологий." (Читать статью полностью на сайте 3dtoday.ru)

"Молодые специалисты холдинга "Вертолеты России" (входит в Госкорпорацию Ростех) прошли обучение в Инжиниринговом центре CompMechLab Института передовых производственных технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) по программе «Проектирование авиационных компонентов на основе топологической оптимизации»." (Читать статью полностью на сайте rhc.aero)