Специалисты Центра НТИ СПбПУ совместно с РФЯЦ-ВНИИЭФ представили проект первой редакции национального стандарта ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения»

Специалисты Центра НТИ «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) под руководством проф. Алексея Боровкова, проректора по перспективным проектам СПбПУ, руководителя Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии», Центра НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ и Инжинирингового центра CompMechLab^® СПбПУ совместно со специалистами ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ») под руководством заместителя директора и заместителя научного руководителя «РФЯЦ-ВНИИЭФ», руководителя приоритетного технологического направления «Технологии высокопроизводительных вычислений, включая суперкомпьютерные технологии» Рашита Шагалиева в соответствии с Программой национальной стандартизации на 2020 год разработали и представили на публичное обсуждение первую редакцию проекта национального стандарта ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения» (далее – проект стандарта).

Проект стандарта, в соответствии с действующим в РФ порядком, разработан в рамках деятельности технического комитета по стандартизации 700 «Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии», председатель  ТК 700 Росстандарта  – заместитель Министра промышленности и торговли Российской Федерации Олег Рязанцев.

14 декабря 2020 года состоялось заседание комиссии Росстандарта по приемке результатов выполненных аналитических работ в рамках государственной программы «Развитие оборонно-промышленного комплекса» под председательством заместителя Руководителя Росстандарта Антона Шалаева.

Результаты выполнения аналитической работы ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» в области технического регулирования по теме «Разработка стандартов в области математического моделирования и системно инженерных подходов для применения в оборонно-промышленном комплексе» были представлены начальником научно-исследовательской группы Александром Черновым.

«Одной из первых редакций стандартов, разработанных в 2020 году, стал ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения». 

На сегодняшний день разрабатывается большое количество национальных, межгосударственных стандартов, отраслевых в области информационных технологий. При этом многие стандарты грешат отсутствуем привязки к реальным процессам жизненного цикла.​ 

Разработанный проект стандарта определяет общие положения разработки цифровых двойников высокотехнологичных промышленных изделий. Основываясь на нашем опыте и на опыте Центра НТИ СПбПУ, который выступил его основным разработчиком, подготовлена первая редакция, которая была рассмотрена и одобрена на заседании Технического комитета, протокол №18 от 5.10.2020 года. Прошу предоставить слово Боровкову Алексею Ивановичу», – сказал Александр Чернов.

А. П. Шалаев: «Александр Владимирович, спасибо. Безусловно, полностью поддерживаем предоставление слова Алексею Ивановичу. Всегда очень рады на различных совещаниях и мероприятиях, посвященных стандартизации, видеть Алексея Ивановича. Просим кратко рассказать о разрабатываемом стандарте в части цифровых двойников, это очень интересная тема».

А. И. Боровков: «Уважаемый Антон Павлович, члены комиссии! Представляю краткую информацию по работе над первой редакцией стандарта. Прежде всего, отмечу, что в разработке проекта Национального стандарта принимало участие очень много членов ТК 700 «Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии» – полномочные представители десятков высокотехнологичных предприятий России».

В дальнейшем Алексей Боровков кратко представил ключевые положения разработанного проекта стандарта.

«Значимый момент – мы разрабатываем положения стандарта именно с позиций математического моделирования. В проекте стандарта приведено 50 определений, из которых 17 были введены впервые разработчиком. Важно, мы впервые вводим триаду взаимосвязанных понятий: «математическая модель», «компьютерная модель» и «цифровая модель».  

В определении «цифровая модель» для нас важны верифицированные и валидированные на экспериментальных данных математические и компьютерные модели, понятно, что эти результаты сопровождают электронные документы изделия на различных стадиях жизненного цикла (разработка, производство и эксплуатация). В цифровую модель, естественно, также входят программные средства численного решения задач,  программные средства компьютерного моделирования и визуализации», – пояснил Алексей Боровков.

В выступлении Алексей Боровков представил определение цифрового двойника

• Цифровой двойник – система, состоящая из цифровой модели изделия, реального изделия и двусторонних информационных связей между ними и участниками процессов жизненного цикла.

Также были рассмотрены системные основания для разработки и применения цифровых двойников на основных стадиях жизненного цикла высокотехнологичных изделий промышленности:

1️⃣ Создание научно-технического задела, формирование концепции изделия (аванпроект) и разработка изделия (ЦД-1),
2️⃣  Производство (ЦД-2),
3️⃣  Эксплуатация (ЦД-3).

1️⃣ Цифровой двойник на стадии разработки (ЦД-1, ЦД-Р) – на этом этапе закладываются ключевые конкурентные преимущества высокотехнологичного изделия, для которого будет создана система взаимоувязанных на единой платформе цифровых моделей изделия и, при необходимости, технологических процессов, которые обеспечивают балансировку характеристик в многоуровневой матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений; ЦД-1 позволяет определить критические зоны и критические характеристики высокотехнологичного изделия – места для установки датчиков определенного типа. Именно на этой стадии можно по-другому организовать процесс разработки и создавать конкурентоспособную продукцию в кратчайшие сроки;

2️⃣ Цифровой двойник на стадии производства (ЦД-2, ЦД-П) отвечает за учёт «технологической наследственности» и представляет собой систему, состоящую из ЦД-1 и информации в виде результатов виртуальных испытаний и компьютерного моделирования технологических процессов изготовления изделия;

3️⃣ Цифровой двойник на стадии эксплуатации (ЦД-3, ЦД-Э) представляет собой систему, состоящую из цифрового двойника первой стадии (ЦД-1) и, в случае необходимости, второй стадии (ЦД-2) и информации, которая поступает с эксплуатируемого изделия; ЦД-3, в частности, представляет содержательную информацию для управления техническим обслуживанием и ремонтом высокотехнологичными изделием.

Алексей Боровков рассказал, что в соответствии с положениями проекта Национального стандарта за рекордные сроки – в течение 2 лет – разработан и изготовлен первый предсерийный образец электромобиля «КАМА-1» на основе технологии цифровых двойников.

Проект «Создание "Умного" Цифрового Двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня» был реализован на основе уникальных CML-технологий создания и применения цифровых двойников (Digital Twins) и наукоемких CML-платформенных решений, которые позволили провести все необходимые виртуальные испытания (более 800), моделировать и «измерять» любые показатели высокотехнологичного изделия в течение всего жизненного цикла с детальным учетом характеристик материалов и особенностей технологических процессов – обеспечить балансировку 20 000+ характеристик в многоуровневой матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений;

В ходе реализации проекта «КАМА-1» был создан «умный» цифровой двойник электромобиля, который представляет собой систему взаимоувязанных цифровых моделей изделия и технологических процессов, и сбалансированных на единой платформе в многоуровневой матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений.

«Умный» цифровой двойник электромобиля прошел более 800 виртуальных испытаний на виртуальных испытательных стендах и виртуальных испытательных полигонах, продемонстрировав соответствие Требованиям Технического регламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011).

Антон Шалаев поздравил разработчиков электромобиля «КАМА-1» с его успешным завершением, убедительной демонстрацией преимуществ применения технологии цифровых двойников и выразил благодарность специалистам СПбПУ и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» за проделанную работу по подготовке проекта Национального стандарта:

«Темп задан очень хороший. Я обратил внимание на значительное количество поступивших замечаний и предложений от большого количества организаций, что, безусловно, означает увеличивающееся внимание к данной тематике со стороны высокотехнологичной промышленности. Это достаточно высокая планка, которую необходимо держать и в дальнейшем».

Кроме того, Антон Шалаев подчеркнул, что именно в рамках ТК 700 ведется системная работа по стандартизации положений в сфере математических и компьютерных моделей, математического и компьютерного моделирования, разработки и применения цифровых двойников, и в дальнейшем именно ТК 700 Росстандарта должен быть головным исполнителем и координатором всех работ по этим направлениям.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ ПРОЕКТА СТАНДАРТА

Для работы над проектом стандарта в структуре ТК 700 Росстандарта была создана рабочая группа «Цифровые двойники» под председательством Алексея Боровкова. В состав рабочей группы «Цифровые двойники» ТК 700 Росстандарта вошли представители научных организаций, высших образовательных учреждений, высокотехнологичных компаний.

Проект стандарта, устанавливающий определение цифровых двойников, требования и общий порядок их разработки на основе математического и компьютерного моделирования изделий, разрабатывается в российской нормативно-правовой системе впервые. Основой для разработки проекта стандарта послужил многолетний опыт Центра НТИ СПбПУ и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» по выполнению проектов для высокотехнологичной промышленности в области цифрового проектирования и моделирования.

«Мы живем и работаем в рамках четвертой промышленной революции, основным трендом которой является конвергенция, сближение, взаимное проникновение трех миров: физического (материального), виртуального (цифрового) и биологического. Два мира – материальный и цифровой – стремительно объединяются. И вот на пересечении этих миров цифровой двойник и становится технологией – интегратором других сквозных технологий, драйвером устойчивого экономического развития. Цифровые двойники – инструмент сложный и технически, и интеллектуально, и в этом смысле играет ключевую роль в вопросе конкурентоспособности на высокотехнологичном рынке», – отмечает проректор по перспективным проектам СПбПУ Алексей Боровков.

Несмотря на то что термин «цифровой двойник» используется в документах, программах и научных публикациях уже свыше десяти лет, в настоящее время в мировой практике не существует единого подхода к определению этого понятия.
При разработке проекта стандарта специалисты Центра НТИ СПбПУ учитывали опыт в области цифрового проектирования и математического моделирования с помощью суперкомпьютерных технологий и с использованием технологии цифровых двойников ведущих мировых компаний-лидеров, научно-исследовательских организаций, а также практического опыта специалистов Центра НТИ СПбПУ.
Проект стандарта определяет общие положения создания цифровых двойников как для вновь разрабатываемых изделий (еще не созданных), так и для ранее спроектированных или уже эксплуатируемых высокотехнологичных промышленных изделий.

О важности цифрового проектирования и моделирования для развития промышленности говорит глава Минпромторга России Денис Мантуров в комментарии для газеты КоммерсантЪ («Цифра проникла в промышленность», КоммерсантЪ, 30.09.2020):

«Технологии цифрового проектирования и (цифровых) двойников сокращают процесс создания новых продуктов. А теперь способность отвечать на быстро меняющуюся конъюнктуру спроса становится самым главным конкурентным преимуществом. Все это, в свою очередь, ускоряет и эволюцию профессий – причем более быстрым темпом, чем можно было ожидать».

1 июля 2020 года в инициативном порядке специалисты Центра НТИ СПбПУ в рамках деятельности ТК 700 Росстандарта начали работу над проектом стандарта.

Специалисты Центра НТИ СПбПУ и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» в процессе подготовки документа провели ряд обсуждений и совещаний с представителями экспертного научного и инженерного сообщества, высокотехнологичных предприятий, которые вошли в рабочую группу «Цифровые двойники».

Подготовка проекта стандарта вызвала значительный интерес со стороны экспертного сообщества: на начало ноября 2020 года разработчики получили более 300 замечаний и предложений от членов рабочей группы «Цифровые двойники» и членов ТК 700 Росстандарта. Дополнения по корректировке документа касались некоторых терминов и определений, характеристик и требований к цифровым двойникам, разграничения функций участников процесса создания цифрового двойника и описания порядка внесения изменений в цифровой двойник.

Итогом деятельности рабочей группы «Цифровые двойники» стало одобрение разработанного проекта стандарта на заседании ТК 700 Росстандарта 5 октября 2020 года, что зафиксировано протоколом ТК 700 Росстандарта.

Уведомление о завершении разработки и начале публичного рассмотрения проекта стандарта было выложено на официальном сайте Росстандарта 15 ноября 2020 года.

«Проект национального стандарта опережает мировой уровень развития и является примером развивающего стандарта. Наша цель как разработчика стандарта – сформировать общие технические требования к цифровым двойникам изделий промышленности, что позволит сформировать вектор развития, нацеленный на формирование технологического превосходства отечественной промышленности», – отметил Алексей Боровков.

2 декабря 2020 года в рамках деловой программы II Международного Форума «Новые производственные технологии» состоялся круглый стол «Общественное обсуждение проекта первой редакции национального стандарта ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения».

В ходе работы круглого стола представители экспертного научного и инженерного сообщества, высокотехнологичных предприятий обсудили перспективы применения технологии цифровых двойников, возможности применения стандарта в различных отраслях промышленности, обозначили предложения по дополнению положений стандарта.

Первая редакция проекта национального стандарта – основа для дальнейшей разработки национального стандарта ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения», который планируется представить в Росстандарт в 2021 году.

Для ознакомления с первой редакцией проекта национального стандарта ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения» необходимо направить запрос на электронную почту СПбПУ: nticenter@spbstu.ru.

Предложения по проекту стандарта принимаются до 15 февраля 2021 года.

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по оказанию государственных услуг, управлению государственным имуществом в сфере технического регулирования и метрологии. Деятельность направлена на установление правил и характеристик с целью достижения упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг.

Руководителем Росстандарта согласно Распоряжению Правительства Российской Федерации от 28 декабря 2020 г. N 3576-р является Антон Шалаев.