Центр НТИ СПбПУ посетила команда разработчиков цифрового двойника Центра коллективного пользования «СКИФ»

9 ноября 2022 года Центр компетенций Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (Центр НТИ СПбПУ) посетили представители команды разработчиков цифрового двойника Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). Делегатов из Новосибирска интересовал уникальный опыт Центра НТИ СПбПУ в области передовых цифровых технологий.

Директор Института вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) Михаил Марченко рассказал о задачах проекта.

ЦКП «СКИФ» Института катализа СО РАН — проект класса megascience с источником синхротронного излучения (СИ) поколения 4+ и энергией 3 ГэВ, строящийся в новосибирском наукограде Кольцово. «СКИФ» создается как первое звено современной российской сети источников синхротронного излучения нового поколения. Уникальный научный комплекс станет флагманом передовых исследований в области химии, физики, биологии, геологии, материаловедения и медицины в России и мире.

Задача создать цифровой двойник (ЦД) ЦКП «СКИФ» была поставлена вице-премьером Дмитрием Чернышенко на полях VIII Международного форума «Технопром-2021». Вице-премьер обозначил важность цифровой трансформации в сфере научных исследований.

Создание ЦД «СКИФА» является первым в мире экспериментом полнофункционального моделирования установок такого класса, отметил Михаил Марченко. ЦД позволит координировать строительство, анализировать показатели функционирования синхротрона, осуществлять управление процессами, проверять сценарии работ и заблаговременно выявлять различные угрозы.

«Речь идет не только о разработке ЦД оборудования, но и ЦД системы защиты информации. “СКИФ” относится к объектам критической инфраструктуры, поэтому к нему предъявляются особые требования системы безопасности. В свете уникальности проекта у нас возникает интерес сотрудничества с передовым университетом, где уже есть и соответствующая платформа разработки цифровых двойников, и наработанный опыт, и компетенции», – обозначил цель визита Михаил Александрович.

Он отметил высокий интерес команды новосибирских ученых к системе Зеркальных инжиниринговых центров, выстраиваемой Центром НТИ СПбПУ для обеспечения трансфера компетенций в области разработки и применения новых производственных технологий, а также инфраструктуре Центра НТИ СПбПУ, которая используется для реализации передовых проектов в области высокотехнологичной промышленности.

Проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра НТИ СПбПУ и Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Алексей Боровков представил систему взаимосвязанных подходов СПбПУ к разработке ЦД изделия и обозначил основные этапы. Ключевой из них – формирование многоуровневой матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений.

«Пока нет матрицы, не может идти речь о ЦД. Это набор моделей, расчетов, тех или иных вариантов, которые часто пытаются выдать за цифровой двойник. Очень важно сбалансировать матрицу: требования, которые прописаны в ТЗ, целевые показатели и ресурсные ограничения: временные, финансовые, технологические, производственные, экономические – они ограничивают пространство поиска», – подчеркнул Алексей Иванович.

Проректор по цифровой трансформации СПбПУ добавил, что в достижении балансировки на первый план выдвигается триада: цифровые (виртуальные) испытания, цифровые (виртуальные) стенды, цифровые (виртуальные) полигоны, которые значительно расширяют возможности и пропускную способность реальных испытаний, стендов и полигонов.

«Пропускная способность стендов и полигонов является «узким горлышком». На них всегда стоит длинная очередь, которая может достигать двух лет. В соответствии с ГОСТ 16504-81 есть 46 видов испытаний, и для каждого необходимо разработать цифровые (виртуальные) стенды и полигоны. Цифровые испытания позволяют создать существенно большее количество цифровых (виртуальных) испытательных стендов, чем их существует в реальности, появляется возможность обеспечить результаты, которые ни один реальный стенд не позволит получить», – отметил Алексей Боровков.

Спикер подробно рассказал о возможностях Цифровой платформы CML-Bench™ в области разработки специализированных цифровых (виртуальных) стендов и цифровых (виртуальных) полигонов для проведения цифровых испытаний на основе математических и компьютерных моделей.

«В среднем мы выполняем 5 виртуальных испытаний каждый час – ежедневно и ежемесячно. На Цифровой платформе представлено около 290 000 решений – это результаты виртуальных испытаний, модели, варианты и проектные решения, что очень важно, в цифровом виде. Платформа обеспечивает их капитализацию и фактически является системой управления знаниями. Начинающий специалист, подключившись к проекту, может обратиться к этим данным, информации и знаниям, восстановить весь процесс принятия решений опытными инженерами», – рассказал Алексей Иванович.

Как работает Цифровая платформа CML-Bench™, Алексей Иванович показал на примере передового проекта по созданию цифрового двойника морского газотурбинного двигателя (МорГТД) и редуктора в составе агрегата, который выполняется совместно с ПАО «ОДК-Сатурн». Спикер отметил, что система обеспечивает прозрачность и прослеживаемость реализации проекта по контрольным точкам, дает объективную и честную картину, включая вклад в результат различных рабочих групп, демонстрирует использование ресурсов.

Специалисты Центра НТИ СПбПУ подробно ответили на вопросы. Они касались разработки ЦД изделия на разных стадиях жизненного цикла, включая стадию эксплуатации – именно к ней относится проект ЦД ЦКП «СКИФ». Разработчиков интересовали настройка уровней доступа к проекту на базе Цифровой платформы и зоны ответственности, а также интеграция платформы с российским программным обеспечением.

Подводя итоги, участники встречи обсудили возможность визита делегации Центра НТИ СПбПУ в Новосибирск и в перспективе – подписание договора о сотрудничестве. Михаил Марченко подчеркнул важность такого обмена опытом и добавил, что отработка на ЦКП «СКИФ» технологии и методологии полнофункционального моделирования позволит переносить их и на другие объекты подобного уровня.

Завершением визита стало посещение Суперкомпьютерного центра «Политехнический» (СКЦ СПбПУ). Суммарная пиковая производительность СКЦ СПбПУ достигает показателя ~4,5 Пфлопс. Вычислительные мощности используют в своей деятельности Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ и Центр НТИ СПбПУ.