III Международный форум «Передовые цифровые и производственные технологии». Видеозаписи мероприятий.
События / Встречи и визиты 21 Мая 2022 года
Данная новость была прочитана 1239 раз

«Новая технология мышления»: Алексей Боровков рассказал представителям ВШСИ МФТИ о разработке и применении цифровых двойников

12 мая 2022 года Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) посетила делегация Высшей школы системного инжиниринга (ВШСИ) Московского физико-технического института (МФТИ). В ее составе – 18 слушателей, которые получают второе высшее образование, а также представляют предприятия «Национальный центр вертолетостроения "Миль и Камов"» (входит в холдинг «Вертолёты России» Госкорпорации Ростех), ПАО «ОДК-Сатурн» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех), АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова» (входит в холдинг «НПО "Высокоточные комплексы"» Госкорпорации Ростех), ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», АО «Северсталь Менеджмент»,  АО «Марийский машиностроительный завод», Российский квантовый центр (Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий, ООО «МЦКТ»),  АО «Организация «Агат» и другие.

Участники делегации подробно познакомились с деятельностью Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и посетили лабораторию «Цифровое моделирование индустриальных систем». Ключевым пунктом программы стала лекция проректора по цифровой трансформации СПбПУ, руководителя Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ Алексея Боровкова о технологии цифровых двойников.

Состав делегации
  • Бастраков Александр Владиславович, АО «Марийский машиностроительный завод»;
  • Башин Алексей Геннадьевич, АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»;
  • Ерохин Артем Викторович, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»;
  • Елисеев Алексей Викторович, ВШСИ МФТИ;
  • Ефименко Галина Александровна, ВШСИ МФТИ;
  • Лахманский Кирилл Евгеньевич, Российский квантовый центр (Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий, ООО «МЦКТ»);
  • Линючева Ирина Ивановна, ВШСИ МФТИ;
  • Митрофанов Артем Викторович, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»;
  • Мордовкин Дмитрий Сергеевич, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»;
  • Мощенко Максим Геннадьевич, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»;
  • Никонов Сергей Викторович, АО «Северсталь Менеджмент»;
  • Панкратов Евгений Александрович, ПАО «ОДК-Сатурн»;
  • Рудая Вера Вадимовна, ВШСИ МФТИ;
  • Рябцев Сергей Александрович, АО «Марийский машиностроительный завод»;
  • Сержантов Тарас Михайлович, АО «Организация «Агат»;
  • Тюрнин Александр Сергеевич, АО «Национальный центр вертолетостроения "Миль и Камов"»;
  • Цыпленков Антон Анатольевич, ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА»;
  • Чечурова Татьяна Владимировна, ВШСИ МФТИ.

В начале лекции Алексей Иванович рассказал об этапах формирования экосистемы инноваций СПбПУ «ТЕХНОПОЛИС ПОЛИТЕХ» и отдельно остановился на работе Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии».

Среди основных задач Центра спикер назвал развитие компетенций в создании глобально конкурентоспособной продукции: разработка цифровых двойников (ЦД) изделий, а также повышение эффективности производства за счет создания ЦД технологических (производственных) процессов. Основные потребители услуг – ведущие высокотехнологические компании России.

Центр компетенций НТИ СПбПУ является лидером цифровой трансформации промышленности на основе ЦД, что подтверждают и финансовые показатели результативности.

  • «Объем внебюджетной НИОКР-выручки Центра НТИ СПбПУ в 2021 году превысил 1,5 млрд рублей. Это почти четверть общей суммы, которую заработал 21 Центр НТИ по всей стране. При этом заключено контрактов на 1,8 млрд, что составляет 166% от запланированного результата.
    В структуре проектов Центра НТИ СПбПУ половина доходов пришлась на цифровое проектирование и моделирование, а стратегическими индустриальными партнерами и заказчиками являются Ростех / ОДК и Росатом / ТВЭЛ»
    , – рассказал Алексей Боровков.

Далее спикер перешел к теме промышленных революций, приведя известную классификацию Петра Щедровицкого. В соответствии с ней первая промышленная революция ввела новый вид деятельности – конструирование, вторая промышленная революция – проектирование, третья  промышленная революция – исследование. Четвертая промышленная революция, которая происходит сейчас, основана, по мнению Петра Щедровицкого, на программировании деятельности. И для нее, отметил Алексей Иванович, характерны определенные тренды:

  • наукоёмкость и мультидисциплинарность фронтирных задач и передовых цифровых и производственных технологий;
  • конвергенция и синергия процессов и видов деятельности;
  • цифровые платформы как основной инструмент одновременной совместной работы сотен инженеров над одним проектом;
  • генерация умных больших данных (Smart Big Data);
  • искусственный интеллект / интеллектуальные помощники;
  • Smart Design & Smart Manufacturing.

Частью четвертой промышленной революции является концепция и технология разработки цифровых двойников, который представляет собой результат синергии конструирования, проектирования, исследования на основе передовых цифровых и производственных технологий.

  • «Цифровые двойники в нашем представлении – это новая технология мышления. Естественно, мы по-другому должны готовить инженеров, они по-другому мыслят и работают. Фактически, сегодня мы имеем дело с подготовкой системных инженеров нового поколения: исследователей, проектировщиков, конструкторов и в какой-то степени предпринимателей, ориентированных на высокотехнологичный бизнес. Эти системные инженеры нового поколения – "инженерный спецназ" – принимают участие в разработке сложных технических киберфизических систем, удерживая в поле зрения все стадии жизненного цикла, в первую очередь, основные: разработка, производство и эксплуатация, понимая, всю экосистему, включая систему разделения труда в целом», – подчеркнул спикер.

Алексей Боровков напомнил, что общие положения разработки и применения цифровых двойников изделий определяет ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения» – это первый в мире стандарт в области цифровых двойников изделий. Он разработан специалистами Центра НТИ СПбПУ совместно с ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»).

На основе технологии цифровых двойников за рекордные сроки – в течение 2 лет – разработан и изготовлен первый предсерийный образец электромобиля «КАМА-1». Он стал первым экспериментальным образцом ориентированного на массовый выпуск малогабаритного электромобиля категории М1 в России, созданном в Политехническом университете на основе собственных технологий разработки ЦД и наукоёмких платформенных решений.

Алексей Иванович отметил, что в соответствии со стандартом ЦД разрабатывается и применяется на всех стадиях жизненного цикла изделия – от проектирования и до этапа эксплуатации, включая технические осмотры и ремонты, послепродажное сервисное обслуживание (в этом случае мы уже говорим о цифровом двойнике экземпляра изделия). Что еще более важно – эта система взаимосвязанных математических, компьютерных и цифровых моделей, виртуальных испытательных стендов и полигонов «обучаема» как постоянно пополняемая база данных, решений, знаний, что позволяет сформировать систему управления знаниями.

Далее спикер наглядно сравнил традиционное и передовое производства. Спикер сообщил, что

  • «Традиционное производство можно кратко охарактеризовать, как «долго, дорого и неконкурентоспособно», в связи с тем, что в рамках традиционного производства основной подход состоит в доводке изделий до требуемых характеристик через длительные и дорогостоящие испытания. Если в результате испытаний опытный образец не удовлетворяет тем или иным техническим или потребительским характеристикам, то, как правило, мы вынуждены вернуться на этап разработки, делая это итерационным способом многократно. 
  • Известно, что стоимость исправления ошибки или внесения улучшающих изменений зависит от того, на какой стадии жизненного цикла ошибка была обнаружена. Исправление на поздних этапах обходится значительно дороже и, как правило, требует возврата назад.
  • Основной вывод и постановка фронтирной задачи – разработать и использовать "новый инструментарий", который бы позволял на ранних этапах разработки оперативно вносить изменения и проверять те или иные конструкторские решения, понимая, что локальные изменения отдельных компонентов должны быть направлены на улучшение макрохарактеристик всей технической системы. Понятно, это возможно делать в цифровом (виртуальном) мире – именно с этой целью в Стандарте по цифровым двойникам изделий последовательно проводится линия эффективного создания и применения триады – цифровые (виртуальные) испытания, цифровые (виртуальные) стенды и цифровые (виртуальные) полигоны. 

Алексей Боровков подчеркнул:

  • «Разработка цифрового двойника ориентирована на то, чтобы с первого раза пройти весь комплекс необходимых испытаний опытного образца, тем самым значительно снижая время и себестоимость разработки глобально конкурентоспособной продукции нового поколения».

​Лектор рассказал о решающей роли технологии цифровых двойников в преодолении так называемых «долин смерти», например, этот тезис относится к ситуации, когда высокотехнологичная продукция становится все сложнее, а времени и денег на решение сложных задач, как правило, – значительно меньше, чем у предшественников.

Алексей Иванович добавил, что

  • «при фокусировке интеллектуальных и финансовых ресурсов на решении проблемы-вызова технология разработки цифровых двойников позволяет в кратчайшие сроки совершить технологический прорыв, например, разработать наукоёмкую высокотехнологичную продукцию, которую ранее не разрабатывали. 
    В качестве примера выступил проект «Кортеж», где были разработаны математические, компьютерные и цифровые модели, специализированные виртуальные (цифровые) стенды и полигоны, что позволило инженерам CompMechLab выполнить десятки тысяч виртуальных испытаний с целью генерации и обоснования проектных решений, которые обеспечивали балансировку Матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, которая насчитывала ~ 125 000 характеристик.
  • Важно, что огромный объём работы был выполнен на уникальной цифровой платформе CML-Bench™, за которую ООО «Лаборатория «Вычислительная механика», входящая в группу компаний (ГК) CompMechLab®, в июле 2017 года удостоена Национальной промышленной премии РФ «Индустрия». Спикер напомнил, что годом ранее, в июне 2016 года,  на независимом полигоне в Берлине седан AURUS (тогда еще седан из проекта «Кортеж») с первой попытки получил высший балл на испытаниях по пассивной безопасности во фронтальном краш-тесте».

CML-Bench™ – цифровая платформа разработки и применения цифровых двойников (Digital Twins), система управления деятельностью в области цифрового инжиниринга. Она полностью разработана специалистами Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ и зарегистрирована в Едином реестре российских программ для ЭВМ и баз данных.

На возможностях цифровой платформы Алексей Боровков остановился отдельно. Он подчеркнул, что в цифровой экономике, где происходит обработка больших объемов данных, ключевое значение приобретает не традиционные виды деятельности – обработка, передача, хранение или защита данных, а их генерация, причём, генерация содержательных данных, которые мы называем Smart Big Data.

  • «Вся деятельность в области цифрового инжиниринга должна вестись на цифровых платформах. Если она ведется по-старому, фрагментарно, разными группами инженеров, а финальная сборка происходит в голове главного конструктора, то объемный пласт знаний – материалы, виртуальные испытания, стенды, полигоны, валидация – выпадают, остаются где-то в архивах или, что ещё хуже, остаются неформализованный и пополняют библиотеку "устного инженерно-технического фольклора”. 
  • При работе на цифровой платформе CML-Bench™ данные накапливаются, происходит капитализация знаний и это принципиально важно – в цифровом виде. В настоящее время на цифровой платформе CML-Bench™ представлено более 282 000 цифровых решений. Она уникальная, аналогов в мире – нет», – сообщил спикер.

Так,

  • «за 108 недель работы в условиях самоизоляции с 30 марта 2020 года по 24 апреля 2022 года проведено более 91 000 виртуальных испытаний на десятках разработанных специализированных виртуальных стендах и виртуальных полигонах. "В среднем" 5 виртуальных испытаний выполняется каждый час, причём, ежедневно и ежемесячно, на протяжении двух лет. Всего сгенерировано около 315 терабайт содержательной информации (Smart Big Data). Принципиально важно, что цифровая платформа  CML-Bench™ обеспечивает полностью прозрачный процесс проектирования, обоснования и принятия решений – фактически, этот подход можно назвать «непрерывные ворота качества».

Алексей Иванович также рассказал о кросс-отраслевом трансфере решений, «культур» и технологий на основе мульти- и транс- дисциплинарного подходов.

  • «Мы работаем с компаниями - мировыми лидерами из разных отраслей высокотехнологичной промышленности. Они между собой, как правило, не взаимодействуют. Допустим, появляется некое передовое решение в автомобилестроении. Понятно, что в рамках цифрового инжиниринга оно представлено математическими моделями, которые, как правило, описываются нестационарными нелинейными уравнениями в частных производных и становится квази-инвариантным. Фактически, эти же уравнения, только со своими коэффициентами, используются во многих других отраслях промышленности, а поэтому полученный положительный опыт в одной промышленности, можно перенести в другую отрасль, где это решение практически автоматически становится инновационным. 
  • Именно так и работает кросс-отраслевой трансфер: лучшие технологии, методики, решения, наконец, знания целенаправленно переносятся из одной области в другую. При этом где-то должна происходить капитализация этого интеллектуального потенциала. Она происходит на цифровой платформе CML-Bench™. Получается, что в новую для нас высокотехнологичную область мы приходим с передовыми цифровыми технологиями и уже апробированными решениями», – отметил Алексей Боровков.

Завершая выступление, спикер подчеркнул, что отечественные передовые решения приобретают особую актуальность в условиях новой экономической реальности. Этой теме было посвящено выступление Алексея Боровкова на I стратегической конференции «Импортонезависимость» на тему разработки цифровых двойников изделий как инструмента обеспечения импортонезависимости и технологического суверенитета России.

После окончания лекции слушатели ВШСИ МФТИ смогли задать интересующие вопросы. Они также рассказали о большой практической значимости прошлого образовательного семинара, который проходил в декабре 2018 года.

Визит делегации ВШСИ МФТИ завершила экскурсия в самый мощный Суперкомпьютерный центр  в системе Минобрнауки России – СКЦ «Политехнический» (4,5 ПФлопс), ориентированный на решение междисциплинарных естественно-научных и научно-технологических задач и поддержку проектирования сложных технических киберфизических систем для высокотехнологичных наукоемких секторов науки и промышленности.

Новости на сайте по теме публикации: