На демо-дне Индустриального центра компетенций «Двигателестроение» были представлены результаты проекта по разработке технологии цифрового двойника морского газотурбинного двигателя

12 октября 2023 года в Москве прошел демо-день Индустриального центра компетенций по замещению зарубежных отраслевых цифровых продуктов и решений, включая программно-аппаратные комплексы, в двигателестроении (ИЦК «Двигателестроение»). На нем были представлены значимые проекты и стартапы, ИТ-решения для отрасли двигателестроения, а также состоялась панельная дискуссия на тему импортозамещения систем инженерного анализа.

Мероприятие стало частью Российского конгресса двигателестроения, приуроченного к 15-летнему юбилею Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК, входит в Госкорпорацию «Ростех»).

В число участников демо-дня вошли представители Министерства промышленности и торговли РФ, Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ, АНО «Цифровая экономика», АНО «ЦКИТ», Российского фонда развития информационных технологий, Фонда «Сколково», разработчиков программного обеспечения, холдинговых компаний и их дочерних организаций, входящих в структуру ИЦК «Двигателестроение», а также профильных вузов.

Передовую инженерную школу «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) представляли проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель ПИШ СПбПУ Алексей Боровков, начальник отдела перспективных разработок в двигателестроении ПИШ СПбПУ, руководитель направления двигателестроения в развитии Цифровой платформы CML-Bench^® Александр Себелев и инженер отдела кросс-отраслевых технологий Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) ПИШ СПбПУ Дмитрий Усов.

Основным мероприятием конгресса стала пленарная сессия «Двигателестроение на форсаже. Приоритеты отрасли в современных условиях». В ней приняли участие заместитель Председателя Правительства – Министр промышленности и торговли Денис Мантуров, генеральный директор ГК «Ростех» Сергей Чемезов, президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук, руководитель Федерального агентства воздушного транспорта России (Росавиация) Дмитрий Ядров, генеральный директор ОАК Юрий Слюсарь, генеральный директор ОДК Вадим Бадеха, заместитель председателя правления ПАО «Газпром» Олег Аксютин.

Как отметил Денис Мантуров, за 15 лет ОДК сформировала под своим крылом мощную промышленную базу и конструкторскую школу, нарастила технологические заделы и компетенции:

• «В нынешнем году предприятия ОДК выпустили в полтора раза больше двигателей, чем в рекордные 80-е годы прошлого столетия. При этом мы полностью возродили компетенции в самом технически сложном турбинном двигателестроении – в мире только пять стран, включая Россию, которые работают в этом направлении. Для нас двигателестроение – ключевая, системообразующая отрасль. Поэтому на ОДК возлагаются сложные государственные задачи в интересах обороноспособности, энергобезопасности и экономической связанности нашей страны»,
  – подчеркнул вице-премьер – глава Минпромторга. И добавил,
• «что самая серьезная задача – добиться технологического суверенитета в авиастроении: нарастить поставки двигателей и силовых установок, увеличить производственные и испытательные мощности, дополнительно привлечь квалифицированные кадры».
• «До 2030 года предприятиям ОДК предстоит поставить свыше 3,5 тысяч авиационных моторов для самолетов и вертолетов. Это колоссальный объём, который зафиксирован в программе развития авиатранспортной отрасли. Речь прежде всего о силовых установках ПД-14 для среднемагистрального лайнера МС-21 и ПД-8 для ближнемагистрального самолёта SJ-100. Это новые двигатели, которые создавались с нуля, в очень сжатые сроки для самолётов, которые составят основу российской гражданской авиации в ближайшие годы. Напомню, что массовые поставки воздушных судов в импортозамещённом облике стартуют уже в 2024 году»,
  – прокомментировал Сергей Чемезов.

Генеральный директор ОДК Вадим Бадеха отметил, что значительное увеличение количества производимых двигателей в течение ближайших семи лет – это амбициозная, но решаемая задача. В планах корпорации нарастить объем выпуска силовых установок к 2030 году.

• «Перед нами стоит задача – более чем трехкратный рост производства по сравнению с сегодняшним днем. Существенную часть этого объема будут составлять гражданские двигатели, а также силовые установки для топливно-энергетического комплекса. Это будет возможно с использованием и созданием современных технологий. Чтобы сохранить лидерство, мы должны сегодня разрабатывать следующие поколения авиационных двигателей при поддержке Министерства промышленности и торговли, совместной работе с ведущими и лучшими организациями, институтами, в первую очередь с нашими профильными научными организациями ВИАМ и ЦИАМ»,
  – рассказал Вадим Бадеха.

Было отмечено, что за 15 лет существования ОДК стала неоспоримым лидером двигателестроения России и флагманом передовых технологий. В составе корпорации – 17 производственных предприятий и восемь опытно-конструкторских бюро, на которых разрабатываются и производятся двигатели по семи продуктовым направлениям. Результат слаженной работы – более 30 тысяч двигателей в эксплуатации и поставка продукции в более чем 100 стран. В условиях новой реальности ОДК гибко реагирует на вызовы и предлагает новые технологические решения, что вкупе с мощной производственной и научной базой позволяет достигать глобальных целей отрасли двигателестроения.

В рамках демо-дня состоялась презентация готовых проектов ОДК в области импортозамещения. Так, были представлены предварительные итоги трехлетнего проекта по разработке технологии цифрового двойника морского газотурбинного двигателя (МГТД) и редуктора в составе агрегата. Уникальный проект выполняет ПАО «ОДК-Сатурн» по заказу Минпромторга России, соисполнителями выступают Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) ПИШ СПбПУ и Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова.

Уже несколько лет СПбПУ является надежным партнером ОДК в части реализации стратегии развития корпорации и исполнения соответствующих совместных мероприятий. В портфеле ОДК около 20 совместных со структурами СПбПУ проектов, среди которых разработка технологии цифровых двойников МГТД является флагманским проектом. Эта передовая цифровая технология позволяет значительно сократить время проектирования на основе выполнения инженерных расчетов, снизить сроки и стоимость создания новых изделий.

Основные цифры и результаты по проекту представил заместитель начальника ОКБ-1 ПАО «ОДК-Сатурн» по расчетно-исследовательским работам Кирилл Виноградов. Он подчеркнул, что газотурбинный двигатель – это одна из самых сложных мультифизических систем, которую крайне трудно разработать в короткие сроки и без большого количества инженерных испытаний. Поэтому важно было всё моделировать в цифре и использовать при этом самые передовые методы проектирования. При этом само понятие цифрового двойника имело разные толкования. Вступление в силу 1 января 2022 года Национального стандарта Российской Федерации - ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения» расставило все акценты, в ГОСТ четко сформулированы определения цифрового двойника изделия, цифровой модели изделия, как системы взаимосвязанных математических и компьютерных моделей высокого уровня адекватности, цифровых (виртуальных) испытаний и т. д.

• «В АО «ОДК» цифровой двойник рассматривается как подход к проектированию на основе комплексной компьютерной модели, состоящей из взаимоувязанных математических моделей разного уровня детализации (0D, 1D, 2D, 3D), объединенной в информационной среде и имеющей возможность уточнения по данным экспериментов и эксплуатации»,
  – уточнил Кирилл Андреевич.

К числу задач проекта относилась разработка математических и компьютерных моделей и проведение виртуальных испытаний газотурбинного двигателя (ГТД) М90ФР, а также проведение реальных испытаний ГТД с целью валидации разработанных моделей. Для создания технологии цифровых двойников ГТД использовалась уникальная разработка Политеха –  цифровая платформа (ЦП) CML-Bench^®. Напомним, в 2021 году между СПбПУ и ПАО «ОДК-Сатурн» был заключен лицензионный договор на приобретение ПАО «ОДК-Сатурн» 200 лицензий цифровой платформы CML-Bench^®. Для выполнения проекта ее функциональные возможности были существенно расширены: разработаны программные модули, дополняющие базовые функции и реализующие создание цифровых двойников ГТД. Суммарно было разработано около 1200 требований для компонентов, узлов и подсистем ГТД в рамках НИР. Кирилл Виноградов сообщил, что в ходе выполнения проекта было разработано более 800 высокоточных математических и компьютерных моделей, которые были валидированы на основе имеющегося в «ОДК» опыта и по результатам инженерных испытаний МГТД.

Демонстрационные материалы по представленным проектам размещены на сайте ИКЦ «Двигателестроение»

• «Цифровая платформа CML-Bench^® позволяет оптимизировать процесс управления требованиями и, как результат, повысить качество разрабатываемого изделия и точность его соответствия требованиям заказчика и нормативной документации, позволяет создать единое информационное пространство для выполнения цифровых (виртуальных) испытаний, систематизации, хранения и актуализации данных компьютерного моделирования, а также реализовать прозрачное взаимодействие со смежными информационными производственными и испытательными системами предприятия. Таким образом, специализированные бизнес-процессы, обеспечивающие разработку ГТД, интегрированы в платформу»,
  – подчеркнул спикер.

Кроме того,  в числе ключевых информационных технологий и средств выполнения отечественного производства внедрена универсальная методика автоматизации процессов компьютерного моделирования на основе отечественной программной платформы pSeven Enterprise, которая позволяет создавать расчетные цепочки и сокращает сроки выполнения многодисциплинарных инженерных расчетов в рамках применения технологии цифрового двойника на 30–40%.

• «На основе отечественного программного обеспечения разработана технология разработки цифрового двойника для управления жизненным циклом морского ГТД и редуктора, расширен функционал данных программных платформ, выполнено огромное количество цифровых (виртуальных) испытаний для подтверждения требований к двигателю.
• Проведены испытания двигателя с целью валидации математических и компьютерных моделей. Обеспечен уровень точности моделирования, сопоставимый с точностью эксперимента, достаточный для включения математических и компьютерных моделей в состав цифрового двойника изделия.
• Дополнительно разработано ПО и методика прогнозирования технического состояния ГТД. Таким образом, выполнены все цели и задачи НИР. Созданная в НИР технология разработки цифровых двойников ГТД применена для создания цифрового двойников морского ГТД и редуктора, готова к тиражированию на других изделиях АО «ОДК». В настоящее время, элементы технологии применены при разработке двигателя ПД-8»,
  – подвел итог выступления Кирилл Виноградов.

В числе других готовых проектов по импортозамещению были представлены результаты внедрения цифровой платформы «Умный цех» на производстве ПАО «ОДК-Сатурн», а также цифровой системы управления человеческим капиталом.

Вопросы разработки отечественного инженерного ПО рассматривались на отдельной панельной дискуссии «Подходы и проблемы в импортозамещении иностранного программного обеспечения инженерного CAE», спикером которой выступил Алексей Боровков.

В приветственном слове заместитель директора департамента цифровых технологий Министерства промышленности и торговли РФ Иван Кузьменко отметил, что у России есть существенные научные и технические заделы для решения сложной задачи перехода на отечественное инженерное ПО, и Минпромторг в этом направлении ведет непрерывную работу с представителями отрасли и промышленностью. Он подчеркнул, что необходима консолидация отрасли, разработка интеграционных решений существующих моделей и платформ. 

Руководитель центра цифровизации организаций ОПК ФГУП «ВНИИ «Центр» Андрей Агеев в развитие темы цифровых испытаний подчеркнул, что необходимо создавать отечественное ПО, превосходящее по функциональному назначению зарубежные аналоги, создать автоматизированные рабочие места и российские программно-аппаратные комплексы. Для того, чтобы обеспечить выход высокотехнологичной промышленности на цифровые испытания, необходим отработанный набор методических материалов, выверенных отраслевыми НИИ в соответствии с данными экспериментов.

• «Мы прослушали прекраснейший доклад ПАО «ОДК-Сатурн» по проекту морского ГТД, который был реализован при поддержке Минпромторга России и определял задачу разработки технологии цифровых испытаний с применением самых лучших технологий математического и компьютерного моделирования и программного обеспечения. Мы были в Рыбинске и посмотрели, как на месте работает цифровая платформа CML-Bench^®. Мы понимаем, что данная система SPDM-класса уже реально действует и эффективно применяется,
  – рассказал Андрей Борисович.
• Технологию разработки цифровых двойников ГТД отработали, но часть применяемых инструментов это зарубежные программные системы. И одна из главных задач ОДК – создать с разработчиками отечественного ПО CAE-класса и SPDM-класса те неоспоримые преимущества, которые стабильно будут обеспечивать российскому двигателестроению высокий уровень и технологическое лидерство».

Доклад Алексея Боровкова был посвящен высокотехнологичному направлению (ВТН) «Новое индустриальное программное обеспечение» (НИПО), которое включает все работы по созданию и внедрению отечественного инженерного ПО. Разработана и утверждена дорожная карта (ДК), предусматривающая создание российских цифровых решений, формирование мер стимулирования процессов импортозамещения, подготовки кадров, развитие экспортного потенциала. В разработке участвовали специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг». Ответственными за исполнение мероприятий ДК НИПО назначены госкорпорации «Росатом» и «Ростех».

Руководитель ПИШ СПбПУ рассказал о формировании президиума экспертного совета для проведения научно-технической экспертизы результатов реализации соглашений между Правительством Российской Федерации и госкорпорациями «Росатом» и «Ростех». 

Распоряжением Председателя Правительства Российской Федерации М. В. Мишустина № 1242-р от 16 мая 2023 года проректор по цифровой трансформации СПбПУ Алексей Боровков включен в состав экспертного совета для проведения научно-технической экспертизы результатов реализации соглашений о намерениях между Правительством Российской Федерации и заинтересованными организациями в целях развития отдельных высокотехнологичных направлений как руководитель комитета по проведению научно-технической экспертизы реализации ДК по развитию ВТН НИПО и НОПО.

Спикер обозначил критерии проведения экспертизы. В категорию основных вопросов отнесены научно-исследовательская деятельность, продуктовая линейка и рынок. Дополнительные вопросы: обеспечение технологического суверенитета, практическая значимость результатов, соответствие реализации ДК запланированным результатам, обоснованность общих мероприятий ДК. Алексей Иванович отметил, что для принятия решения по каждому критерию отношение результатов экспертизы в балльном выражении к максимально возможному должно составлять не менее 80% по каждому критерию. Он также рассказал, как проходит процесс проведения экспертизы ДК НИПО.

• «Есть план общих мероприятий по развитию высокотехнологичного направления НИПО на период до 2030 года, в соответствии с которым работает комитет по проведению научно-технической экспертизы реализации ДК по развитию ВТН НИПО и НОПО. Каждый месяц мы анализируем, какие мероприятия завершены на уровне отчетов и исполнителей. Кроме того, идет работа в рамках плана мероприятий по развитию поднаправлений»,
  – подчеркнул спикер.

Описывая деятельность СПбПУ по научно-техническому сопровождению ДК НИПО, Алексей Боровков отметил, что на этот год стоит задача – доработать систему целевых показателей ДК:

• предложения по актуализации перечня целевых показателей ДК НИПО;
• методика расчета целевых показателей;
• фиксация «критических» точек по целевым значениям доли российского ПО на внутреннем рынке;
• методика и расчет индекса импортонезависимости российского ППО на основе системы целевых показателей и индикаторов ДК НИПО.

Алексей Иванович рассказал, что экспертами СПбПУ проведен сравнительный анализ функциональных характеристик основных зарубежных и российских CAE-систем, на основе которого был подготовлен экспертно-аналитический доклад «Функциональные характеристики отечественных систем инженерного анализа (CAE-систем)».

При подготовке доклада использованы результаты опроса, проведенного Центром НТИ СПбПУ и Инфраструктурным центром НТИ по направлению «Технет» СПбПУ совместно с АНО «ЦКИТ» с 12 по 18 мая 2023 года. В процессе анкетирования были сформированы опросные листы с указанием перечня областей применения САЕ-систем и соответствующих классов задач и направлены 21 вендору. От 13 вендоров в установленный срок получены ответы.

• «Итоговый перечень, включенный в опросный лист, содержит 9 классов задач, 38 разделов и 404 характеристики функциональных возможностей, 
  – уточнил Алексей Иванович.
• На основе заполненных анкет, а также экспертной оценки в части функциональных возможностей 6 ведущих зарубежных САЕ-систем, установленной на основе многолетнего опыта применения САЕ-систем был проведен сравнительный анализ функциональных возможностей рассматриваемых систем компьютерного инжиниринга, а также такой анализ был выполнен по лидерам в разрезе класса задач».

Финальная часть доклада была посвящена представлению возможностей Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench^®, на которой реализованы десятки прорывных проектов с разработкой цифровых двойников изделий для высокотехнологичных отраслей: двигателестроения, судостроения, автомобилестроения, атомного и нефтегазового машиностроения, медицины и других. В том числе, и представленный на демо-дне ИЦК «Двигателестроение» флагманский проект – проект создания и апробации технологии разработки цифровых двойников морского  ГТД и редуктора в составе энергоагрегата.

Технология разработки цифровых двойников и цифровая платформа CML-Bench^® выступают драйверами и интеграторами применения системы сквозных цифровых технологий класса Digital Engineering – Smart Design & Engineering. За 8 лет эксплуатации проведено более 315 тысяч цифровых (виртуальных) испытаний, результаты которых хранятся на цифровой платформе CML-Bench^® с возможностью доступа к ним при выполнении аналогичных проектов и подключении к команде новых инженеров.

• «Цифровая платформа CML-Bench^® фактически выступает Системой управления требованиями, изменениями, конфигурациями, данными, знаниями, технологиями, компетенциями, проектами, капитализируя все математические и компьютерные модели, цифровые и проектные решения. Это принципиально другая парадигма цифрового проектирования и моделирования.
• Весь мир уходит от традиционного подхода – расчетных проверок того, что придумал конструктор, поиск технических решений и их обоснование выполняется с помощью цифровых (виртуальных) испытаний на основе компьютерных моделей с высоким уровнем адекватности.
• Разработан и эффективно применяется мировыми лидерами специализированный бизнес-процесс "цифровая сертификация" – это уже записано в правительственных документах и активно обсуждается профессиональным сообществом – то есть, это специализированный бизнес-процесс, который сформирован таким образом, что за счет цифровых (виртуальных) испытаний, цифровых (виртуальных) испытательных стендов и полигонов мы выполняем необходимый объем работы, чтобы пройти натурные и сертификационные испытания с первого раза. Эти передовые цифровые технологии в полной мере соответствуют планам ОДК по наращиванию объемов выпуска ГТД и силовых установок»,
  – завершил выступление Алексей Боровков. 

Полная запись трансляции доступна на сайте ИЦК «Двигателестроение».

АО «ОДК» – стратегический партнер экосистемы технологического развития Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Выстроенное партнерство с 2017 года включает такие события как подписание дорожной карты «Технет НТИ – ОДК» на 2018–2025 гг., внедрение цифровой платформы CML-Bench^® в дочерних организациях АО «ОДК», соглашение между ПАО «ОДК-Сатурн», СПбПУ и Рыбинским государственным авиационным техническим университетом (РГАТУ) им. П.А. Соловьева о создании Университетского зеркального инжинирингового центра, запуск совместных магистерских программ и программ ДПО в ПИШ СПбПУ, открытие в ПИШ СПбПУ совместного Научно-технологического и образовательного пространства, научно-исследовательской лаборатории. Представители экосистемы технологического развития СПбПУ – постоянные участники крупнейших конгрессно-выставочных мероприятий, объединяющих специалистов промышленных предприятий для обмена опытом в области цифровой трансформации двигателестроения.

Подробная информация представлена в буклете «ОДК – ПИШ СПбПУ: основные вехи сотрудничества».