60803 прочтения

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

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 гиперматрицы требований / целевых показателей (характеристик) и ресурсных ограничений (временных, финансовых, технологических, производственных, экологических и др.);
  • проведения верификации и валидации как используемого инженерного программного обеспечения, так и разрабатываемых математических моделей; 
  • разработки математических моделей с высоким уровнем адекватности реальным материалам, конструкциям / машинам / агрегатам / механизмам / приборам / установкам /  системам / сооружениям и т.д.;
  • выполнения виртуальных испытаний материалов, конструктивных элементов, изделий, компонентов, подсистем и систем;
  • 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 разработке Цифровой платформы CML-Bench™ принимают участие сотрудники:

  • Центра компетенций НТИ "Новые производственные технологии" СПбПУ;
  • Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" СПбПУ;
  • Группы высокотехнологичных компаний CompMechLab®: ООО Лаборатория "Вычислительная механика", ООО "Политех-Инжиниринг" и др.

В 2017 году за разработку и применение CML-Bench™ для решения задач высокотехнологичной промышленности группа компаний CompMechLab® победила в конкурсе и была награждена 

В 2017 году совместный проект ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (CompMechLab®), ИЦ «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ и ООО «Политех-Инжиниринг» завоевал Гран-при Евразийского конкурса научно-технологических проектов   ​

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 SPDRM-систему (Simulation Process, Data and Resource Management – управление Hardware–Software–Brainware–ресурсами, процессами цифрового проектирования и моделирования, генерацией, обработкой, хранением, передачей и защитой больших объёмов 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 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-CFD-CAO-MBS-EMS- ... 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

  • cерверная 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 (ANSYS, LS-DYNA, SIMULIA/Abaqus, HyperWoks, 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 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.

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 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.

Система 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 специсполнеения.

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.

Цифровая платформа CML-Bench™ обеспечивает эффективную работу 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, а таких за 3 недели работы CML-инженерами сформировано 5 019, хранятся в цифровой платформе CML-Bench™ и формируют Digital Brainware, насчитывающее сегодня ~ 175 000 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.
Новости на сайте по теме публикации: