Интервью 7 Мая 2020 года
Данная новость была прочитана 18994 раза

Алексей Боровков выступил с докладом «Новая парадигма цифрового проектирования и моделирования на основе цифровых двойников» на онлайн-конференции, посвященной вопросам ОПК

30 апреля 2020 года состоялась онлайн-конференция «ОПК: гособоронзаказ и рынок» при участии и методологической поддержке Минобороны РФ, Минэкономразвития РФ, ФАС России. Предприятия ОПК находятся в постоянном поиске новых технологических решений, которые позволили бы сделать процесс проектирования и производства более эффективным. Об одном из таких решений участникам конференции рассказал проректор по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), руководитель Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ и Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» Алексей Боровков.

В рамках доклада «Новая парадигма цифрового проектирования и моделирования на основе цифровых двойников» Алексей Иванович уделил внимание тренду в области цифровизации и цифровой трансформации промышленности, который следует развивать, чтобы совершить необходимый инновационный прорыв, и рассказал о том, что в этом направлении уже сделано инженерами из Инжинирингового центра СПбПУ.

Цифровая промышленность – это современная высокотехнологичная отрасль с принципиально новыми подходами в проектировании, но, главное, в этой новой промышленности эффективно применяются новые технологии мышления и новая парадигма проектирования конкурентоспособной продукции.

«Передовая технология, которая предлагается, апробирована, и уже широко внедряется на многие предприятия – это технология разработки и применения цифровых двойников. Цифровой двойник предназначен для разработки глобально конкурентоспособных изделий и решения важнейшей задачи – значительно сократить себестоимость разработки и производства, обоснованно уменьшить число опытных образцов, что, в свою очередь, позволяет сократить объём физических и натурных испытаний и, как основной результат, сократить время вывода конкурентоспособной продукции нового поколения на рынок».

Технология цифровых двойников охватывает весь процесс – от этапа проектирования, включая аван-проект, НИР и ОКР, производства и до этапа послепродажного сервисного / технического обслуживания и ремонтов. Что еще более важно – цифровой двойник «обучаем» в процессе эксплуатации – он «становится умнее» – этот процесс сопровождается пополнением базы данных, базы решений, базы знаний.

Алексей Иванович обратил внимание участников конференции на необходимость разработки и применения нового инструментария, позволяющего оперативно вносить и быстро анализировать большие объёмы изменений на ранних этапах проектирования. Это критически необходимо в ОПК потому, что чем позднее будет замечена ошибка и внесено изменение, тем дороже это обойдется разработчику. Кроме того, понятно, что чем больше будет произведено изменений, тем дороже они обойдутся предприятию и тем дольше затянется производственный процесс. 

В качестве примера Алексей Боровков приводит выводы из статьи Юрия Борисова «Особый задел» // Военно-промышленный курьер – 2017 – № 9 (673):

«Примеры ОКР (программ приобретения), открытых с неподготовленным НТЗ»: открытые ОКР по разработке высокотехнологичных образцов ВВСТ с незрелым научно-техническим заделом приводят к увеличению (по сравнению с начальной оценкой) сроков из создания в среднем в 1,9 раза, повышению стоимости разработки в среднем на 40%, повышению стоимости финальных образцов в среднем на 20%.

Подробнее о технологии цифровых двойников читайте в интервью Алексея Боровкова журналу «Новый оборонный заказ. Стратегии».

Алексей Иванович уточнил, что технологии разработки цифровых двойников реализованы в Центре компетенций НТИ «Новые производственные технологии». Центр занимается разработкой цифровых двойников изделий, а также повышением эффективности производства за счет создания цифровых двойников технологических и производственных процессов.

Также, во время своего выступления, Алексей Боровков поделился результатами работы Центра по созданию объектов интеллектуальной собственности в 2017-2019 гг. За это время сотрудниками Центра было создано 133 РИД, в том числе по направлению “Цифровое проектирование и моделирование (Smart Design)” – 61, “Умное производство (Smart Manufacturing)” – 45, “Аддитивные технологии и аддитивное производство” – 41, “Новые материалы” – 6.

Основными потребителями услуг Центра являются высокотехнологичные компании с большим потенциалом роста, а также компании, создающие глобально конкурентоспособную продукцию и ориентированные на экспорт. В состав консорциума ЦНТИ СПбПУ на сегодняшний день входят 74 организации.

Центр НТИ работает с предприятиями из высокотехнологичных отраслей: автомобилестроение, двигателестроение, атомное и нефтегазовое энергомашиностроение, авиастроение и ракетно-космическая отрасль, железнодорожный транспорт, судостроение и кораблестроение, металлургия.

«У нас все проектные решения переводятся на язык прикладной науки, а язык науки – это, прежде всего, законы физики и дифференциальные уравнения в частных производных, которыми описываются все материалы, конструкции и физико-механические процессы, включая технологические процессы. А математическое описание поведения материалов, конструкций и процессов – это уже основа для трансдисциплинарного подхода и последующего кросс-отраслевого трансфера технологий» – поясняет профессор представителям отраслей, которые не считают важным узнавать о технологических прорывах в других отраслях. 

«Это очень важно – работать с разными отраслями промышленности. Это позволяет понимать, как развиваются отрасли, их темпы развития, в частности, становится понятно, кто “забегает вперед”, а кто является технологическим лидером. Безусловно, в настоящее время, по крайней мере, до начала распространения коронавирусной инфекции COVID-19, абсолютным лидером была автомобильная отрасль. Это самый большой рынок (около 100 млн автомобилей выпускается ежегодно), самая высокая конкуренция (на рынке работают сотни высокотехнологичных компаний), самые передовые технологии проектирования и производства, включая всем хорошо известное роботизированное производство. И зачастую эти лучшие технологии (best-in-class технологии) “диффундируют” в другую отрасль – происходит кросс-отраслевой трансфер технологий. И потому, работая с разными отраслями, мы имеем возможность быть на технологических фронтирах развития этих отраслей и переносить передовые решения из одной отрасли в другую, в которой об этих решениях знать не знают, зачастую – даже и знать не хотят, потому что отрасли между собой не общаются».

В 2017 году Инжиниринговый центр CompMechLab® СПбПУ стал лауреатом Национальной промышленной премии Российской Федерации «Индустрия». Примечательно, что Центр получил премию за создание цифровой платформы CML-Bench™, которая как раз и предназначена для разработки цифровых двойников (Digital Twins). 

В своем выступлении Алексей Иванович рассказал о применении Цифровой платформы CML-Bench™ для распределенной работы в условиях пандемии COVID-19: в настоящее время платформа обеспечивает эффективную совместную работу более 300 инженеров в дистанционном режиме в период самоизоляции, одновременно ведется работа по 40 проектам в интересах заказчиков из разных отраслей, удается выполнить около 1 500 виртуальных испытаний за неделю – для этого ежечасно (!) работают 2 600 ядер высокопроизводительных вычислительных систем, реализуется непрерывный мониторинг порядка 100 000 конфликтующих между собой целевых показателей в процессе ежесуточной генерации 235 проектных решений и 1,5 Тb содержательной информации (Smart Big Data).

«Цифровое проектирование – это полностью прозрачный процесс проектирования, который происходит по нескольким траекториям, а таких траекторий может быть несколько десятков в одном проекте», – заметил Боровков, поскольку вся история проектирования изделия хранится в системе CML-Bench™. В настоящее время в системе CML-Bench™ представлено 175 000 проектных решений для сотен проектов из десятков отраслей, причём, и это чрезвычайно важно, в любой момент времени можно ознакомиться с принятыми ранее решениями, их обоснованием, а также с причинами отказа от тех или иных предложений. Кроме того, проект (например, проектирование конструкции) эволюционирует, вбирая в себя наиболее удачные технические решения, в том числе и из «тупиковых» траекторий, формируя на выходе рационально сбалансированное решение как по конфликтующим между собой целевым характеристикам, так и по ресурсным ограничениям.

Рассказал Алексей Боровков и о составляющих технологии цифровых двойников, которые позволяют сделать продукт глобально конкурентоспособным:

  • «Best-in-class» технологии мирового уровня, из которых формируется цепочка создания глобально конкурентоспособной продукции, важно понимать, что применение лишь одной “не лучшей” технологии не позволит нам создать изделие с наилучшими характеристиками;
  • Системный инжиниринг на основе моделей (Model Based System EngineeringMBSE), который предназначен для системного проектирования сложных объектов, причём объекты рассматриваются как системы (технические системы, киберфизические системы и т.д.), состоящие из подсистем и большого количества взаимодействующих между собой компонентов, более того, эти системы рассматриваются  на протяжении всего жизненного цикла;
  • Многоуровневая матрица требований / целевых показателей и ресурсных ограничений (временных, финансовых, технологических, производственных, экологических и т. д.) – это ключевой элемент технологии разработки цифрового двойника, такое объединение знаний, опыта и компетенций генерального конструктора (скажем так – “естественный интеллект”) и искусственного интеллекта, эффективно использующего передовые технологии (технологии компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга, огромные объёмы данных, возможность оперативно отслеживать и управлять процессом проектирования по десяткам траекторий, вносить сотни и тысячи обоснованных изменений в конструкцию на основе сотен и тысяч виртуальных испытаний и др.).

«Без использования передовых цифровых технологий и цифровых платформ в настоящее время уже практически невозможно разработать и изготовить лучший продукт, ни по срокам разработки, ни по потребительским характеристикам, ни по себестоимости проектирования и производства», – добавил Боровков, особенно подчеркивая роль этих компонентов (цифровые технологии и платформенные решения).

Было сказано много о необходимости и пользе внедрения технологии цифровых двойников в производственные практики. Однако о массовом внедрении технологии цифровых двойников по мнению профессора Боровкова пока говорить рано.

«У нас часто многие торопятся, желая превратить новую наукоёмкую мультидисциплинарную технологию, то есть априори сложнейшую технологию, сразу же в государственный стандарт, что на нынешнем этапе развития выглядит преждевременным, потому что критическая масса понимающих и подготовленных инженеров, обладающих физико-математической, инженерной и вычислительной подготовкой на высоком уровне и готовых применять её для создания, например, ВВСТ, на предприятиях ещё не сформирована. А сформировать эту критическую массу можно лишь одним путём – решая реальные задачи, например, реализуя пилотные проекты, которые заканчиваются получением понятных и измеримых результатов, которые раньше были недостижимы – именно в этом и состоит основное предназначение технологии цифровых двойников», – заключил Алексей Боровков


Материал подготовлен совместно с изданием «Новый оборонный заказ. Стратегии»

Новости на сайте по теме публикации: