ИТОПК-2022: представители Центра НТИ СПбПУ обсудили возможности и средства достижения технологического суверенитета в ходе работы секции «Цифровые двойники на предприятиях ОПК»

С 13 по 15 сентября 2022 года в городе Пермь состоялся XI Форум по цифровизации оборонно-промышленного комплекса России «ИТОПК-2022».
Форум предоставил участникам широкие возможности для обсуждения актуальных тем цифровизации оборонно-промышленного комплекса России в условиях санкционного давления. В частности, речь шла о продолжении курса на цифровую трансформацию, задачах достижения технологического суверенитета и новых мерах господдержки цифровизации предприятий ОПК.

Участники форума «ИТОПК-2022» – представители предприятий оборонно-промышленного комплекса, ИТ-компаний, высшей школы и отраслевой науки. Традиционно в форуме принимают участие представители Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), а также его ключевых структурных подразделений федерального уровня, сформированных в результате побед в престижных всероссийских конкурсах, – Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ, Научного центра мирового уровня (НЦМУ) СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и  Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ.

В первый день работы форума состоялось пленарное заседание, в ходе которого руководитель Центра цифровизации организаций ОПК ФГУП «ВНИИ «Центр» Андрей Агеев передал напутствие участникам форума от заместителя председателя коллегии Военно-промышленной комиссии Российской Федерации Олега Бочкарева:

• «Необходимо в рамках проведения форума сделать акценты на двух направлениях работы. Первое – обеспечение интенсивной работы ОПК в том числе с привлечением специалистов из ИТ-отрасли. Они должны позаботится о разработке высокотехнологичных инструментов для конструкторов и производственников, чтобы они с их помощью могли увеличивать выпуск качественной и востребованной продукции. Второе направление – импортоопережение и технологический суверенитет». 

Ключевыми темами обсуждения на пленарном заседании стали цифровизация предприятий и организаций оборонно-промышленного комплекса, разработка отечественных программных продуктов и суверенных решений, выстраивание кооперационного взаимодействия.

Предметное обсуждение вопросов импортозамещения и модернизации производства, разработки и проектирования аппаратных и программных продуктов, подготовки кадров, кибербезопасности состоялось в рамках тематических секций, среди которых – традиционная ежегодная секция «Цифровые двойники на предприятиях ОПК».

Модератором дискуссии, которая состоялась 15 сентября 2022 года, выступил руководитель Центра цифровизации предприятий ОПК ФГУП «ВНИИ «Центр» Андрей Агеев. Инициатор работы секции – идеолог технологии цифровых двойников, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» и Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», руководитель Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Алексей Боровков.

Открывая работу секции, Андрей Агеев выступил с докладом на тему «Национальный стандарт ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения».
Андрей Борисович напомнил о той масштабной, системной работе над документом, которая велась с 2020 года специалистами Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» совместно со специалистами ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ») под руководством Министерства промышленности и торговли Российской Федерации.

• «Я крайне благодарен за эту работу, благодаря которой у нас есть фундаментальная отправная точка: мы задали систему координат, в которой можем двигаться дальше. При введении ГОСТа 57700.37-2021 "Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения" были сформулированы именно общие положения разработки и применения цифровых двойников изделий.
  Объединяя различные математические компьютерные модели в единую систему, можно получить практически ту новую сущность, которая изложена в стандарте. Нормативный документ позволяет всесторонне описать изделие, системно подойти к разработке, производству и эксплуатации изделий. 
  Применение цифровых двойников изделий в промышленности является развитием идеологии парадигмы компьютерного моделирования цифрового инжиниринга изделий», – отметил спикер.

Андрей Агеев подчеркнул, что положения настоящего стандарта предназначены, в первую очередь, для применения предприятиями и организациями в целях обеспечения и повышение конкурентоспособности производимых изделий, увеличения скорости их вывода на рынок. Достижение этих целей возможно за счет сокращения количества циклов разработки, производства, испытаний опытных образцов изделий, а также сокращения изменений, вносимых в технологическую и конструкторскую документацию для производства в интересах испытаний опытных образцов изделий.

Спикер также напомнил, что в рамках этого нового подхода к созданию изделия основная доля его изменений приходится на стадию разработки. Текущий уровень развития науки и техники уже позволяет создавать математические и компьютерные модели с высоким уровнем адекватности реальным материалам, физико-механическим и технологическим процессам, наконец, высокотехнологичным промышленным изделиям.

Так, с помощью Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников, системы управления деятельностью в области цифрового инжиниринга CML-Bench™ сегодня можно осуществить переход с зарубежного инженерного программного обеспечения на отечественные решения.

• «Концепцию и методологию технологии цифровых двойников, сформированную Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого, а также ряд цифровых испытаний, цифровых стендов, цифровых полигонов удалось отразить в едином нормативном документе – базовом документе, который послужит основой  для развития новых стандартов цифровых двойников с учетом отраслевой специфики. Подчеркну, национальный стандарт ГОСТ Р 57700.37–2021 "Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения" – фундаментальная основа для разработки отраслевых стандартов», – завершил выступление Андрей Борисович.   

Начальник отдела энергетического машиностроения Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Николай Ефимов-Сойни продолжил тему основных преимуществ технологии цифровых двойников. Свое выступление Николай Константинович начал с демонстрации ответов на вопрос:

• «Для чего необходимо внедрение цифровых двойников в области ОПК?», ключевой из которых – уменьшение сроков реализации и количества испытаний для изготовления опытного изделия».
  «В частности, если изделие сложное, по нему нет научно-технического задела, то может проводиться огромное количество итераций, испытаний опытных образцов, которые существенно увеличивают время выхода в производство изделия. Методология и технология цифровых двойников позволяет значительно сократить натурные и сертификационные испытания материалов и изделий, их количество, путём осуществления серии цифровых испытаний, включая в случае необходимости, цифровые испытания на специализированных цифровых стендах и полигонах», – отметил Николай Константинович.

Спикер также напомнил, что Центр НТИ СПбПУ успешно и продуктивно ведет работу с более чем 10 высокотехнологичными отраслями промышленности России.
В данном взаимодействии лидерами являются две области – это двигателестроение, в первую очередь, АО «ОДК» госкорпорации «Ростех», которая вносит неоценимый вклад в динамичное и системное развитие отрасли;

и атомное машиностроение, в котором также активно внедряются технологии разработки цифровых двойников, которые успешно применяются для реализации новых задач, в первую,  очередь, необходимо отметить предприятия госкорпорации «Росатом, а именно – АО «ТВЭЛ». 

• «Важной частью внедрения технологии цифровых двойников является кросс-отраслевой трансфер технологий и решений: то есть решения, которое успешно применяются в одной высокотехнологичной отрасли, могут после соответствующих доработок-адаптаций быть эффективно применены, а затем тиражированы и внедрены в другой, смежной отрасли», – подытожил Николай Константинович.

Также Николай Ефимов-Сойни рассказал, что при создании цифрового двойника не обойтись без программно-технологической платформы-интегратора, на базе которой будут собраны цифровые и математические модели.

Такой системой выступает Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench™, созданная и развиваемая специалистами Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ и Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии». С 2014 года Цифровая платформа совершенствуется и масштабируется на регулярной основе, обеспечивая учет требований и структуры проектов, характерных для различных высокотехнологичных отраслей промышленности.

В продолжение спикер представил серию ключевых проектов Центра НТИ СПбПУ в интересах индустриальных партнеров, созданных, на базе Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников.

Среди них – разработка цифрового двойника начальной стадии ядерного цикла в части ТВС-К PWR и ТВС ВВЭР в интересах АО «ТВЭЛ», реализация виртуальных испытательных стендов и виртуальных испытательных полигонов для компьютерного моделирования механических свойств металлопластиковых узлов с учётом технологии их изготовления, свойств пластика и адгезии пластика с металлом для ООО «Центротех-инжиниринг» (предприятие Топливной компании «ТВЭЛ» госкорпорации «Росатом»).

Особое внимание Николай Константинович уделил разработке цифрового двойника тепловыделяющей сборки ВВЭР-1000 с антидебризным фильтром и перемешивающими решетками.

• «Нам удалось разработать принципиально новую конструкцию антидебризного фильтра, интенсифицирующую теплообмен, обеспечивающую жесткость и динамическую прочность при ударном воздействии посторонних предметов массой до 200 граммов, летящих со скоростью до 6 м/c», – подчеркнул спикер, а также напомнил, что натурный образец антидебризного фильтра высоко оценил Министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров на XII Международной промышленной выставке ИННОПРОМ в июле 2022 года.

Выступление Николая Ефимова-Сойни дополнил доклад инженера отдела энергетического машиностроения Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Дарьи Ожгибесовой.
Так, Дарья Дмитриевна представила архитектуру виртуальных испытательных полигонов (ВИС)  композиционных материалов для цифровых двойников изделий специального назначения, разработку и валидацию моделей композиционных материалов через создание семейства взаимосвязанных виртуальных испытательных стендов.

Спикер отметила, что для актуальных задач разработки изделий специального назначения, например, многоразовой ракеты-носителя космического назначения для вывода полезного груза военно-стратегической значимости, требуется специальный и современный подход к проектированию и производству таких изделий. Современные и многообещающие концепции базируются на создании цифровых двойников изделий, суть которых состоит в разработке через математическое и компьютерное моделирование на основе эффективного применения триады ”цифровые испытания” & ”цифровые стенды” & ”цифровые полигоны”.

Главной и основной частью любого изделия, а, соответственно, и цифрового двойника являются материалы, зачастую новые и передовые (advanced materials). Спикер отметила, что фактически материал, как и любой другой узел цифрового двойника, является самостоятельным компонентом в сложной технической системе и требует систематической и методической проработки, особенно если речь идет о передовых композиционных материалах с высокой анизотропией и гетерогенностью:

• «Проектирование композиционных материалов – это отдельный этап, который выполняется одновременно с разработкой конструкциии и технологии изготовления. Таким образом, целью проекта является создание и реализация архитектуры виртуального испытательного полигона (ВИП) проектирования композиционных материалов для цифровых двойников изделий специального назначения, в основу которого заложена разработка и валидация моделей композиционных материалов через создание системы взаимосвязанных и взаимодополняющих виртуальных испытательных стендов (ВИС)».

Продолжил тему цифровых двойников и актуальные вопросы стандартизации руководитель направления ”Высокопроизводительные вычисления и цифровые двойники изделий” АО «ОДК» Александр Никулин.
Так, спикер представил предпосылки для совершенствования технологии проектирования, а также концепцию цифровых двойников газотурбинных двигателей.
Кроме того, Александр Сергеевич предложил дефиницию термина «цифровой двойник», которая отражена во внутреннем отраслевом стандарте:

• «Так, данная технология представляет собой подход к проектированию на основе комплексной компьютерной модели, состоящей из взаимоувязанных математических моделей разного уровня детализации (0D, 1D, 2D, 3D), объединённых в информационной среде и имеющих возможность уточнения по данным экспериментов и эксплуатации».

В ходе выступления Александр Никулин проиллюстрировал трансформационные проекты, среди которых ключевую роль играют высокопроизводительные вычисления и цифровые двойники изделий, в рамках которого разработана универсальная методология и стандарт организации по формированию цифровых двойников изделий с целью сокращения времени этапов испытаний и доводки на 25% к 2025 году, а также инициирован проект по импортозамещению программного обеспечения математического моделирования.

Александр Сергеевич также отметил одну из ключевых проблем отрасли – у представителей промышленности практически отсутствует понимание о планах совершенствования и механизмах влияния на развитие и применение инженерного программного обеспечения. Кроме того, сегодня едва ли существует возможность влияния на дорожные карты развития отечественного программного обеспечения, отметив приятное исключение – Цифровую платформу по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench™, которую разрабатывает СПбПУ.

В продолжение начальник ОКБ-1 по расчетно-исследовательским работам ПАО «ОДК-Сатурн» Кирилла Виноградова представил опыт организации по внедрению технологий цифровых двойников при проектировании перспективных газотурбинных двигателей (ГТД) и управлении жизненным циклом изделия. Спикер напомнил, что ГТД – сложная многоуровневая мультифизическаяная система:

• «Совершенно справедливо отмечено, что это одна из самых сложных технических систем, которая когда-либо создавалась человеком. Более 10 тысяч деталей, высокие температуры, при которых надёжно работает горячая часть, высокие частоты вращения и огромная ответственность».

Кирилл Андреевич согласился с определением цифрового двойника, представленным ранее, и подробно остановился на стадиях его формирования.
Спикер отметил, что цифровой двойник начинает функционировать и взаимодействовать с прообразом реального объекта, а впоследствии и с реальным объектом уже на этапе технического задания. Кроме того, важно подчеркнуть, что цифровой двойник представляет собой целую экосистему, поэтому изменения подхода к проектированию, в том числе использования цифровых двойников, требует полной цифровой трансформации процессов разработки.  

Обозначая особенности работы с Цифровой платформой по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench™, Кирилл Виноградов, в частности, отметил, что модуль управления расчетными данными – это основа самой системы CML-Bench™, ключевыми задачами которого являются хранение, запуск и обработка, настройка определенных связей между компьютерными моделями, автоматическая передача данных, выполнение расчетов, а также попытка упростить процедуры для исключения бумажного документооборота.
Спикер выразил огромную признательность коллегам-представителям Центра НТИ СПбПУ, которые проводят работу по разработке и кастомизации программы под требования компании.

Напомним, 28-29 июня 2022 года в Центре НТИ СПбПУ  прошло рабочее совещание с участием представителей АО «ОДК», ПАО «ОДК-Сатурн» и руководителя Центра цифровизации организаций оборонно-промышленного комплекса ФГУП «ВНИИ «Центр» Андрея Агеева по проекту создания цифрового двойника морского газотурбинного двигателя в интересах «ОДК-Сатурн» и внедрению Цифровой платформы CML-Bench™.

В ходе выступления было много и по существу сказано про существующую нормативную базу. Кирилл Андреевич рассказал, что результатом комплексных проектов АО «ОДК» стала первая составная часть отраслевого стандарта организации «Управление разработкой. Цифровой двойник изделия. Общие положения», в котором были закреплены основные термины и определения, применимые к отрасли двигателестроения, цели, задачи создания цифровых двойников, признаки наличия цифрового двойника изделия, общие требования и принципы их построения.

О цифровом сопровождении жизненного цикла газотурбинного двигателя также подробно рассказал заместитель начальника отдела «Цифровое сопровождение жизненного цикла ГТД» ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова» Максим Французов.
Особое внимание в докладе спикер уделил моделированию и вычислительным мощностям, а также верификации и валидации комплексных компьютерных моделей, цифрового двойника и его компонентов.

Кроме того, спикер также отметил особенности цифрового двойника ГТД как объекта стандартизации и рассказал о разработке Национального стандарта «Цифровые двойники газотурбинных двигателей и установок. Основные положения».
Максим Сергеевич заявил, что первая редакция стандарта, основой которого является Национальный стандарт ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения» и отраслевой стандарт АО «ОДК», будет представлена для публичного обсуждения в ближайшее время.

Переходя от рассмотрения особенностей применения технологии цифровых двойников в сфере двигателестроения – к атомному машиностроению, с докладом на тему «Внедрение технологии цифровых двойников в ООО "НПО «Центротех"» выступил заместитель генерального директора — главный конструктор по цифровому моделированию ООО «НПО «Центротех» Алексей Глазунов. Так, Алексей Игоревич рассказал о легендарном проекте Центра НТИ СПбПУ в интересах ООО «НПО «Центротех» по разработке и применению цифрового двойника для вибросита – ключевого элемента системы очистки бурового раствора при нефтедобыче, который должен надёжно работать при средних виброускорениях ~7 g или выше. По итогам реализации проекта среднее максимальное виброускорение изделия было увеличено на 30% – до 8.25 g, что существенно превосходит технические характеристики лучших зарубежных изделий.
Спикер подчеркнул, что семейство высокотехнологичных изделий – вибросит – бесперебойно работает на протяжении трёх лет в составе систем очистки бурового раствора и является ярким примером реализованного ”в железе” импортоопережения на пути достижения технологического суверенитета России.

Спикер назвал данный проект знаковым, отметив, что он послужил отправной точкой в цифровой трансформации процессов проектирования в Топливном дивизионе «ТВЭЛ» госкорпорации «Росатом», в рамках которой удалось системно решить ряд актуальных вопросов, в первую очередь, развить скорость принятия решений и значительно повысить качество принимаемых решений.

Итогом многолетней плодотворной работы Центра НТИ СПбПУ и АО «ТВЭЛ» стала совместная магистерская программа «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство» по направлению «Прикладная механика» в Институте передовых производственных технологий СПбПУ, а также запуск масштабного проекта – Центра цифрового инжиниринга,  построенного на основе концепции «Зеркального инжинирингового центра», успешно развиваемой Центром компетенций НТИ СПбПУ, и обеспечивающего оперативную реакцию компании на запросы высокотехнологичного рынка.

Также в ходе работы секции «Цифровые двойники на предприятиях ОПК» участники обсудили особенности создания цифровых двойников в судостроительной отрасли, практическое применение цифровых двойников для повышения готовности к кибератакам, внедрение цифровых технологий в интересах создания элементов цифровых двойников перспективных авиационных средств поражения.

Был представлен опыт разработки цифровых двойников производства, продемонстрированы программный комплекс для построения цифровых двойников сложных технологических систем, многодисциплинарная платформа FlowVision, цифровая платформа «Технологии, материалы и конструкции», платформа модельно-ориентированной среды проектирования и математического моделирования «REPEAT».

Кроме того, представители АО «НПК «Техмаш» госкорпорации «Ростех» проиллюстрировали направления цифровизации холдинговой компании по созданию цифровых двойников изделий вооружения, военной и специальной техники и информационную систему объекта АО «Технодинамика» для создания цифровых двойников предприятия.

Всего было на секции "Цифровые двойники изделий" было представлено 18 докладов за более чем 7 часов работы секции!

На заключительном заседании форума выступили модераторы тематических секций, которые сформулировали краткие итоги работы на «ИТОПК-2022» – предприятия ОПК накопили огромный положительный опыт внедрения отечественных решений и программных инструментов, который целесообразно развивать и расширяй распространять, адаптируя его применение в новой реальности. Важно, что разработчики цифровых технологий и цифровых решений, включая платформенные решения, готовы помогать в преодолении проблем, возникающих на этапе модернизации процессов разработки и производства высокотехнологичных промышленных изделий.

Новые экономические условия и решения, принятые на государственном уровне, значительно изменили ситуацию в сегменте инженерного программного обеспечения.
С 2022 года предприятия ОПК не могут внедрять импортные решения для использования на объектах критической информационной инфраструктуры, а с 2025 года должны будут полностью перейти на отечественный софт. Это требование распространяется не только на импортные системы, программы, но и на платформы, системы управления базами данных и операционные системы, без которых не могут работать представленные на рынке отечественные аналоги.

Участники форума отметили необходимость создания единого центра для управления процессами системной цифровой трансформации предприятий различных отраслей промышленности.
Мониторинг текущей ситуации в области соответствия нормативно-законодательной базы и информационных технологий поможет исключить противоречия, препятствующие дальнейшему технологическому развитию.
Назрела необходимость разработки единого классификатора промышленной продукции для организации взаимодействия предприятий различных отраслей на основе применения современных информационных технологий.

По традиции финальными аккордом «ИТОПК-2022» стала церемония передачи символа Форума очередному региону, на территории которого форум пройдет в следующем году. Заместитель председателя Правительства Пермского края Алексей Черников вручил звезду «ИТОПК» заместителю министра цифрового развития Красноярского края Дмитрию Хорунову.

Напомним, Десятый Форум по цифровизации предприятий оборонно-промышленного комплекса России состоялся в Москве 15–17 сентября 2021 года, на пленарном заседании которого руководитель Росстандарта Антон Шалаев рассказал о ключевом событии – в России утвержден первый в мире стандарт в области цифровых двойников изделий.
В первый день работы Форума Алексей Боровков традиционно выступил модератором секции «Цифровые двойники: практика внедрения в ОПК», а также принял участие в дискуссии в рамках секции «Вычислительная инфраструктура и компьютерное моделирование в ОПК».

Подробнее об участии представителей Центра НТИ СПбПУ в форуме «ИТОПК» в отчетах за 2020 год и 2019 год.