События / Мероприятия 4 Июня 2019 года
Данная новость была прочитана 2348 раз

Новые производственные технологии в России

22–24 мая 2019 года в г. Иннополис (Республика Татарстан) проходил форум «Цифровая индустрия промышленной России» (ЦИПР-2019). Традиционно организаторами к проведению форума было подготовлено издание, собравшее актуальные экспертные материалы по теме мероприятия.

В числе авторов журнала – специалисты Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ: начальник отдела технологического и промышленного форсайта Юрий Рябов и аналитик отдела Анна Гамзикова.

Номер журнала доступен на скачивание по ссылке. Ниже приводим полный текст статьи.


Четвертая промышленная революция идет полным ходом – уже не на уровне отдельных инновационных компаний, драйверов рынка, а на государственном уровне. В России принята и реализуется национальная программа «‎Цифровая экономика», подразумевающая развитие девяти направлений «‎сквозных» цифровых технологий, одним из которых являются «Новые производственные технологии» (НПТ). Это направление уже развивается в России.

Новые производственные технологии в действии

Важность НПТ сильнее всего видна в автомобилестроении: эта отрасль является одним из основных драйверов развития цифровых экономик в ведущих странах мира.

Ключевая роль здесь отводится технологиям цифрового проектирования и моделирования – от стадии исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы изделия, и заканчивая созданием «умных» цифровых двойников (Smart Digital Twins) объектов и производственных процессов, которые с высочайшей точностью соответствуют реальным изделиям и процессам. Происходит значительное сокращение объема дорогостоящих натурных испытаний, и в случае корректных вычислений (а степень их адекватности напрямую зависит от уровня компетенций исполнителя) финальное натурное испытание перед изготовлением итогового изделия лишь подтверждает результаты цифрового моделирования. Соотношение числа натурных и виртуальных испытаний у мировых лидеров автомобилестроения изменилось радикально: в 2007 г. оно составляло 100 к 100, в 2017 г. – 5 к 30 000.

Производственные линии автопроизводителей максимально роботизированы, количество обслуживающего персонала по сравнению с традиционным производством сократилось в разы. Все активнее применяются технологии 3D-принтинга, позволяющие не только сокращать число комплектующих, но и производить изделия таких форм, какие невозможно создать при использовании традиционных технологий (штамповки, литья и проч.). Используются новые материалы, которых еще недавно просто не существовало. Долгосрочные договоры на поставки стандартного перечня комплектующих заменяются сетями сертифицированных поставщиков, распределенных по всему миру.

Таким образом, производство каждого следующего поколения автомобилей соответствует постоянно повышающимся требованиям глобального рынка: происходит сокращение сроков принятия решений (Time-to-Decision, T2D), сокращение времени исполнения (Time-to-Execution, T2E), сокращение времени вывода высокотехнологичной продукции на рынок (Time-to-Market, T2M).

Всё это требует своих моделей и технологий, в том числе управления, а также соответствующих компетенций на всех уровнях создания продукта. Это серьезные вызовы и для промышленности, и для науки, и для системы образования, и для бизнеса. Именно из-за комплексности этих вызовов о происходящих изменениях говорят как о промышленной революции. И те, кто не участвует в этом процессе, лишают себя будущего.

Ведущие высокотехнологичные российские компании активно участвуют в этих процессах и показывают высокие результаты. Одним из примеров этого в автомобильной промышленности стал инициативный проект Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ – электрический концепт-кар CML CAR, который демонстрирует компетенции в области разработки и применения новых производственных технологий.

Концепт разработан в новой парадигме цифрового проектирования и моделирования, имеющей мало общего с простой 3D-геометрической моделью и кинематическими расчетами, которые в основном и представлены в промышленности и которые часто ошибочно выдают за цифровое проектирование и моделирование.

В Инжиниринговом центре (CompMechLab®) СПбПУ весь процесс цифрового проектирования и моделирования, включая и формирование многоуровневой матрицы целевых показателей и ресурсных ограничений, и разработку «умных» моделей, и выполнение десятков тысяч виртуальных испытаний, и создание цифровых двойников, выполняется на основе специально разработанной CML-Цифровой платформы CML-BenchТМ. Эта уникальная платформа автоматизирует процесс на основе лучших технологий мирового уровня.

CML CAR был подготовлен к производству в рекордные для отрасли сроки – в течение 1 года. При этом в нем заключено несколько значимых пользовательских рекордов: по массе автомобиля, аэродинамическим характеристикам, конструкции подвески шасси и некоторым другим показателям.

CML CAR – это полностью готовый к серийному производству и эксплуатации автомобиль, но основной целью создания концепта была демонстрация новых производственных технологий, которые могут быть применены в любой отрасли.

Ряд таких технологий, в первую очередь, технологий цифрового проектирования, применяется в проекте по созданию коммерческого электрического городского транспорта с интеллектуальной системой помощи водителю City Pilot, который сейчас выполняют Лаборатория «Вычислительная механика» (головная компания ГК CompMechLab) и Университет Иннополис для ПАО «КАМАЗ».

В рамках этого проекта специалисты Лаборатории «Вычислительная механика» разрабатывают решения для оптимизации конструкции силового каркаса и несущей системы автомобилей «‎Камаз» – «Компас 4» и «Компас 9» – с тем, чтобы они удовлетворяли самым высоким современным требованиям безопасности и комфорта. Эта масштабная задача выполняется в несколько этапов, включающих в себя разработку «умных» моделей исходных конструкций, проведение многочисленных виртуальных испытаний и исследования по оптимизации конструкции с учетом анализа всех полученных больших данных.

Центром НТИ СПбПУ и членами консорциума реализованы и реализуются проекты и в других отраслях, демонстрирующие возможности и перспективы развития новых производственных технологий. Так, Инжиниринговый центр (CompMechLab®) СПбПУ ведет разработку гидросамолета для ООО «Аэросила». Задачи проекта – разработка серии модификаций самолета под нужды различного назначения, разработка оптимальной конструкции самолета, удовлетворяющей всем заданным проектным целям. Среди прочего, в рамках проекта ведется разработка полностью композитного корпуса и крыльев, а также работа по обеспечению возможности взлета и посадки в условиях как твердой поверхности, так и воды при ограниченной полосе разбега.

 

Пути развития НПТ в России

Реализуемый в России национальный проект «‎Цифровая экономика» предполагает создание дорожных карт по развитию каждой из «‎сквозных» технологий, в том числе и НПТ. В конце марта 2019 года Центр НТИ, созданный на базе Института передовых производственных технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, выиграл конкурс «‎Росатома» на написание дорожной карты (ДК) по развитию в России новых производственных технологий.

Разработка ДК началась буквально на следующий день после объявления результатов конкурса. К проекту был привлечен широкий круг ключевых экспертов в области новых производственных технологий, цифровой трансформации производств и развития цифровой экономики. Результаты опроса экспертов позволили сформировать профили потребностей в НПТ ведущих российских организаций и оценочный рейтинг технологий, необходимых для достижения глобального лидерства.

Важно отметить, что вопросы анкеты связаны не только с новыми производственными технологиями, но и с другими «‎сквозными» технологиями, для которых разрабатываются собственные ДК, – с учетом их синергетических пересечений и критических взаимосвязей в части преодоления барьеров и ограничений.

Топ-5 технологий, наиболее приоритетных для достижения технологического лидерства России

Частота включения технологии в ТОП-5

Математическое моделирование, компьютерный и суперкомпьютерный инжиниринг / Имитационное и суперкомпьютерное моделирование

79

62,2%

«Цифровые двойники»

66

52,0%

Многопараметрическая, многокритериальная, мультидисциплинарная, топологическая, топографическая оптимизация размеров и формы и бионический/генеративный дизайн

55

43,3%

Технологии разработки и производства материалов с заданными свойствами

49

38,6%

Технологии управления жизненным циклом изделий

46

36,2%

Среди наиболее важных эффектов НПТ для экономики эксперты назвали сокращение временных и финансовых затрат на разработку и производство продукции, получение продуктов с принципиально новыми потребительскими свойствами, гибкость производства и возможность внедрения новых бизнес-моделей.

По наиболее значимым технологиям (математическое моделирование, «цифровые двойники» и пр.) эксперты фиксируют отставание России на уровне готовности технологий TRL7–TRL9 (то есть от создания прототипов систем до серийного производства), а в качественных оценках – отставание на 5–10 лет (по мнению 74% экспертов). Это значит, что эти технологии либо не разрабатываются в России (но активно внедряются за рубежом), либо их не умеют применять (барьер кадров), либо применять не могут (барьер стандартов и норм), либо не могут обосновать эффективность (барьер отсутствия пилотирования).

С помощью экспертов были аккумулированы предложения по перспективным шагам, направленным на преодоление основных барьеров развития новых производственных технологий в России. В числе основных барьеров были выделены следующие (в скобках указан процент респондентов, указавших данный барьер): нехватка квалифицированных кадров, недостатки системы образования (62%), неэффективная система управления, устаревшие бизнес-модели (31%), устаревшие стандарты и нормативно-правовое обеспечение (26%), нехватка финансов (24%), специфика культуры деятельности, отсутствие личной мотивации (23%), отсутствие стимулов к конкуренции (13%), износ или нехватка производственных ресурсов (13%).

Можно констатировать, что запуск цифровой трансформации в России уже осуществлен, и уже существует спрос на исследования и разработки в области «сквозных» технологий цифровой экономики, – в этом согласны все эксперты, участвующие в разработке ДК. Компании-лидеры уже вносят вклад в реализацию повестки цифровой трансформации экономики Российской Федерации, однако их опыт необходимо активно масштабировать, а соответствующие компетенции – постоянно актуализировать. На решение этой задачи и направлена дорожная карта по направлению развития «сквозной» цифровой технологии – «Новые производственные технологии».

Новости на сайте по теме публикации: