Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®
Уникальный онлайн-курс «Цифровые двойники изделий»
События / Мероприятия 15 Марта 2024 года
Данная новость была прочитана 2453 раза

Всемирный фестиваль молодежи: ведущие эксперты Экосистемы технологического развития СПбПУ представили передовые проекты мирового уровня на самом масштабном молодёжном событии в мире

7 марта 2024 года завершился Всемирный фестиваль молодёжи (ВФМ-2024) – самое масштабное молодёжное событие в мире, которое объединило неравнодушных людей со всей планеты. Мероприятие состоялось на федеральной территории «Сириус» по Указу Президента Российской Федерации Владимира Путина в целях развития международного молодежного сотрудничества и продлилось 7 дней – с 1 по 7 марта 2024 года.
Организатор ВФМ-2024 – Федеральное агентство по делам молодежи (Росмолодежь), оператор – Дирекция Всемирного фестиваля молодежи.

В Фестивале приняли участие более 20 000 человек из 189 стран: российские и иностранные молодые лидеры в сфере бизнеса, науки, образования, международного сотрудничества, медиа, культуры, спорта, различных сфер общественной жизни, волонтёрства и благотворительности, а также подростки, представляющих различные детские организации и объединения.

Многочисленная делегация Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) – непременный участник, почетный партнер Всемирного фестиваля молодёжи. Порядка 50 человек приняли участие в деловой и выставочной программах мероприятия, выступили организаторами дискуссий и мастер-классов, а также рассказали участникам Фестиваля о многочисленных достижениях университета, которые были совершены на протяжении всей его великой истории. Возглавил делегацию ректор СПбПУ, академик РАН Андрей Рудской.

В числе активных участников делегации – представители структурных подразделений Экосистемы технологического развития СПбПУ: Передовой инженерной школы (ПИШ) СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научного центра мирового уровня (НЦМУ) СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра трансфера технологий СПбПУ «Центр трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ.

Общая площадь Фестиваля – 25 тысяч квадратных метров, на которых расположились 112 экспозиций, от крупнейших госкорпораций до некоммерческих организаций. На площадке самого масштабного молодежного события Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого организовал пространство – конференц-зал «Капица», где были представлены достижения ведущего технического вуза страны, в числе которых – свыше 10 ключевых проектов Экосистемы технологического развития СПбПУ, выполненные в интересах индустриальных партнеров. Среди них:

  • макет вибросита для системы очистки бурового раствора для НПО «Центротех» (входит в контур управления АО «ТВЭЛ» госкорпорации «Росатом»); реальные установки уже проработали более 5,5 лет в сложных эксплуатационных режимах с высоким уровнем динамической нагруженности – средний уровень виброускорений 8,25 g;
  • макет авиационного двигателя ТВ7-117СТ-01 (по заказу АО «ОДК-Климов» госкорпорации «Ростех»), получившего сертификат типа, и многие другие.
 

Минпромторгом России совместно с Международным фестивалем молодёжного научно-технического творчества «От Винта!» было организовано технологическое пространство «International Technology Hub» под девизом «Будущее уже здесь!». На площади 1600 квадратных метров интерактивного пространства была создана экосистема для лекций, мастер-классов, выступлений и, конечно же, общения молодежи из разных стран и обмена опытом по воплощению в жизнь технологических решений, идей и замыслов – целью технологического пространства являлось стимулирование творческой, научно-технологической и инновационной активности молодежи вместе с наставниками.

В выставочной экспозиции приняли участие более 110 предприятий, научных и образовательных организаций, прошедших строгий отбор Минпромторга России, с презентацией более 190 молодёжных инновационных проектов в таких отраслях, как авиация и космос, судостроение, транспорт, медицина и здоровье, искусственный интеллект и IT, робототехника и многое другое.
Выставочные экспонаты Экосистемы технологического развития СПбПУ заняли почетное место в кластерах выставочной площадки – «авиация» и «IT» – и были удостоены повышенного внимания посетителей.

 

В ходе Фестиваля Заместитель председателя Правительства Российской Федерации – министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров посетил интерактивное пространство и ознакомился с передовыми проектам страны, в числе которых – разработки Экосистемы технологического развития СПбПУ, в частности, ведущего подразделения структуры –Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг».

Проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра трансфера технологий СПбПУ «Центр трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ Алексей Боровков представил вице-премьеру следующие экспонаты:

Алексей Боровков пояснил: 

  • «Малоразмерный турбовинтовой двигатель CML-180/240 сможет заменить широко используемые сегодня в беспилотниках и легких самолетах иностранные поршневые двигатели Lycoming и Continental. Новый двигатель для беспилотников и легких самолетов CML-180/240 отвечает техническим требованиям мирового уровня, среди которых –  взлетная мощность (не менее 300 кВт), расход топлива (не более 90 кг/час на взлетном режиме и 45 кг/час на высотных режимах), размеры двигателя (не более 500х700х900мм и масса (не более 180 кг), а также ресурс до капитального ремонта – 2000 часов.
  • В то же время Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» сфокусировала свои научно-технологические заделы и усилия на цифровом проектировании, математическом, компьютерном и суперкомпьютерном моделировании, цифровом инжиниринге и «цифровой сертификации» беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Так, за 5 месяцев специалистами ПИШ СПбПУ «с нуля» разработан БПЛА гибридной компоновки, сочетающей в себе преимущества мультироторной и самолетной схем. Изготовление аппарата осуществлено с применением аддитивных технологий и композиционных материалов. Цифровое проектирование и моделирование проводилось на Цифровой платформе разработки и применения цифровых двойников CML-Bench® и легло в основу создания платформ цифрового проектирования и моделирования CML-Bench®.DRONE™ и цифровой сертификации CML-Bench®.UAV™».
 

В кластере «IT» технологического пространства «International Technology Hub» специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» продемонстрировали участникам Фестиваля возможности Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® – единственной отечественной разработки подобного рода, сфокусированной на обеспечении проектирования и производства в кратчайшие сроки глобально конкурентоспособной высокотехнологичной продукции в различных отраслях и на новых зарождающихся рынках (рынках Будущего) на основе цифровых двойников.

 

Напомним, на XII Международной промышленной выставке ИННОПРОМ в 2022 году Министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров ознакомился с ключевыми достижениями Экосистемы технологического развития Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, в числе которых – Цифровая платформа CML-Bench®, и высоко оценил опережающие мировой уровень разработки.

За время проведения Всемирного фестиваля молодежи в Сириусе организовали более 800 мастер-классов, концертов, спектаклей и деловых встреч. В деловой программе технологического пространства «International Technology Hub» приняли участие ведущие деятели науки, представители промышленных и образовательных организаций, политические деятели. Одним из почетных гостей стал проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков. По приглашению организаторов «International Technology Hub» Алексей Иванович выступил перед участниками мероприятия с просветительской лекцией на тему

  • «Технология цифровых двойников – драйвер создания высокотехнологичной продукции мирового уровня».

Спикер начал лекцию с представления классификации инженерных задач по сложности в соотношении их масштаба и глубины проблемы. Алексей Боровков рассказал об инновационной МЗ - концепции (MULTIDISCIPLINARY & MULTISCALE / MULTISTAGE & MULTITECHNOLOGY (MULTI-CAD & MULTI-CAE)), которая лежит в основе подхода комплексирования и применения мультидисциплинарных, многоуровневых и многостадийных кросс-отраслевых суперкомпьютерных технологий для решения сложных задач промышленности.

  • «Если мы рассматриваем процесс создания сложных изделий, то многоуровневость концепции состоит в анализе поведения материалов изделия на разных уровнях (MultiScale Analysis): макро, мезо, микро, если надо – рассматриваем материал на наноуровне. Сложные изделия имеют многостадийный процесс (MultiStage Analysis) производства и важный аспект заключается в передаче напряжённо-деформированного состояния образца ("технологическая наследственность"), возникающего на предыдущей стадии к следующей стадии, рассматривая литьё, прокатку, штамповку, экструзию, прессование, ковку, сварку и сборку. Мультидисциплинарность (MultiDisciplinary) МЗ-концепции обеспечивается комплексным рассмотрением изделия в контексте разных научных областей знаний: механики деформируемого твердого тела, механики жидкости и газа, теплообмена, электромагнетизма, акустики, технологической механики»,
    – заключил Алексей Иванович.

Далее лектор перешел к процессу проектирования изделия и описал возникающие при этом этапы сложности и затруднения, иногда непреодолимые за выделяемое время и при имеющихся ресурсах, а потому называемые «долинами смерти»:

  • «С точки зрения монотонного роста сложности задач проектирования, технологического развития и достижения компетенций мирового уровня инженерами, мы видим, как генеральные конструкторы попадают в «долины смерти», которые возможно преодолеть с помощью применения передовых цифровых и производственных технологий, в первую очередь, с помощью технологии цифровых двойников».

Для наглядной оценки влияния «долин смерти» на процесс проектирования и пользы от применения технологии цифровых двойников спикер сравнил традиционное и передовое проектирование и производство по временной шкале стадий жизненного цикла изделия. В традиционном проектировании и производстве существует зависимость роста финансовых издержек от стадии жизненного цикла изделия, на которой они были внесены изменения. Традиционная практика проектирования и производства характеризуется внесением изменений на поздних стадиях проекта, что часто вынуждает возвращаться в проектировании на ранние стадии, а потому весь процесс характеризуется кратко – "дорого и долго". Технология цифровых двойников является основой передового процесса проектирования и производства и обеспечивает возможность обоснованных изменений и доработок изделий на ранних стадиях проектирования, а также экономит финансовые и временные ресурсы производителя.

  • «Разработка цифрового двойника высокотехнологичного изделия позволяет с первого раза пройти весь комплекс необходимых испытаний и значительно сократить время и себестоимость разработки глобально конкурентоспособной продукции нового поколения»,
    – отметил Алексей Боровков.

Спикер представил определение понятия «цифровой двойник» и познакомил аудиторию с компонентами технологии созданий цифровых двойников:

  • «Цифровой двойник изделия – система, состоящая из цифровой модели и двусторонних информационных связей с изделием и его составными частями.
    Важным этапом в развитии технологии разработки цифровых двойников стало создание и утверждение первого в мире национального стандарта, описывающего эту технологию для всех стадий жизненного цикла изделия, –
    ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения».
  • Документ разработан при активном участии специалистов СПбПУ и с первого представления был признан в сентябре 2021 года  в России, начал действовать на территории Российской Федерации с 1 января 2022 года, а в ноябре 2023 года российский стандарт был признан и в Китайской Народной Республике.
  • Разработка цифровых двойников изделий происходит в соответствии с положениями национального стандарта. В основе создания цифровых двойников лежит балансировка многоуровневой матрицы требований и целевых показателей к изделию и ресурсных ограничений (временных, финансовых, технологических и производственных, экономических, экологических, нормативных и других).
  • Для реализации процесса балансировки матрицы требований и целевых показателей создаются математические, компьютерные и цифровые модели. Эти  модели должны иметь высокую адекватность реальным материалам, изделиям и процессам (физико-механическим, технологическим и эксплуатационным), что подтверждается специализированными процедурами верификации и валидации.
  • Технология цифровых двойников позволяет проводить значительное количество цифровых (виртуальных) испытаний на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах и делает возможным переход к передовому бизнес-процессу – «цифровой сертификации».

Напомним, что определение термина «цифровая сертификация» было закреплено в редакции Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» Распоряжением Правительства Российской Федерации от 07.11.2023 №3113-р «Об утверждении стратегического направления в области цифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности, относящейся к сфере деятельности Министерства промышленности и торговли РФ и внесении изменений в распоряжение Правительства РФ от 6 июня 2020 г. N 1512-р».

  • «Цифровая сертификация» – специализированный бизнес-процесс, основанный на сотнях / тысячах / десятках тысяч цифровых (виртуальных) испытаний как отдельных компонентов, так и системы в целом на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах, целью которого является прохождение с первого раза всего комплекса натурных, сертификационных и прочих испытаний.
  • Каждый инженер понимает, что цифровой испытательный стенд и цифровой испытательный полигон гораздо шире и богаче по функциональным возможностям, чем любой натурный стенд или полигон, потому что позволяет проанализировать различные комбинации внешний воздействий на изделие, различные неблагоприятные ситуации, включая аварийные ситуации.
  • Однако, пропускная способность натурных стендов и полигонов, а, соответственно, сертификационных центров и лабораторий, которые есть в стране, существенно меньше, чем потребности производителей высокотехнологичной техники, и достаточно очевидно, что она тормозит развитие экономики в данном случае. Выход мы видим в переходе к «цифровой сертификации», которая направлена на повышение качества и сокращение сроков разработки, выпуска высокотехнологичной конкурентоспособной продукции на рынки»,
    подытожил Алексей Иванович.

В процессе лекции Алексей Боровков перешел к уникальному кросс-отраслевому платформенному решению инженеров Политехнического университета, которое относится к классу SPDM-систем (Simulation Process and Data Management), средств управления процессами и данными компьютерного моделирования, – Цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®. Цифровая платформа CML-Bench® представляет систему управления требованиями, изменениями, конфигурациями, знаниями, компетенциями и проектами – в настоящее время на ней размещено 325+ тысяч цифровых и проектных решений.

  • «Крайне важный тезис, что во времена цифровой экономики наряду с обработкой, хранением, передачей данных и защитой информации, ключевая роль принадлежит процессу генерация данных. Нам нужно генерировать корректные, правильные и в то же время содержательные данные (Smart Big Data) и не генерировать сверхизбыточные данные, зачастую называемые "мусорными данными".
  • SPDM-системы предназначены для управления важными процессами генерации содержательных данных путём компьютерного и суперкомпьютерного моделирования. Так, например, использование Суперкомпьютерного центра «Политехнический», позволяет нам проводить в сутки более 100 цифровых (виртуальных) испытаний, задействуя для этого в среднем ~2400 вычислительных ядер каждый час, причем, такая средняя производительность цифровой фабрики на основе применения цифровой платформы CML-Bench® подтверждается уже более четырёх лет. Собственно, именно здесь, на этапе "проектирования на основе моделирования" как раз и генерируются те большие объемы данных (Smart Big Data), которые важны в контексте перехода к цифровой экономике»,
    – подчеркнул лектор.

Цифровая платформа CML-Bench® выступает в качестве инновационного инструмента системного цифрового инжиниринга для эффективной реализации наукоемких проектов и является основой для формирования базы знаний о завершенных разработках и лучших инженерных решениях, а также стала неотъемлемой частью практико-ориентированного обучения в Передовой инженерной школе СПбПУ «Цифровой инжиниринг».

Программа ПИШ СПбПУ ориентирована на создание нового типа инженерной подготовки в интересах высокотехнологичных компаний России за счет цифровой трансформации образовательных подходов и технологий, включающей разработку новых программ обучения на основе выполнения прорывных исследований и НИОКР, направленных на решение актуальных фронтирных инженерных задач на системной основе.

  • «С момента открытия Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» удерживает высокие показатели результативности, эффективности и производительности, что позволяет ей оставаться в числе лучших ПИШ  в стране в рамках федерального проекта «Передовые инженерные школы», который президент страны предложил развивать и масштабировать»
    – резюмировал Алексей Боровков.

Далее спикер рассказал о значении актуальных фронтирных инженерных задач, подходах к их решению с помощью технологии цифровых двойников и влияние этих процессов на экономическое развитие России.

  • «Технология цифровых двойников позволит нам совершить «двойной прыжок лягушки» в развитии на высококонкурентном рынке: первый – для решения задач импортозамещения, второй – для достижения мирового уровня развития технологий, импортонезависимости и технологического суверенитета России, и в перспективе – для обеспечения глобальной конкурентоспособности экономики и национальной безопасности страны»,
    – подвел итог Алексей Иванович.

В заключительной части лекции Алексей Боровков продемонстрировал проекты, выполненные с использованием технологии цифровых двойников, и отметил создание БПЛА «Снегирь-1», реализованного на основе гибридной схемы.

После окончания лекции аудитория поблагодарила спикера за интересную лекцию. Слушатели задали уточняющие вопросы о перспективах развития передовых цифровых технологий с учетом новой реальности и обсудили опыт Политехнического университета в реализации проектов для индустриальных партнеров.

 

Тему мира новых возможностей, который открывают наука и передовые технологии, в широком спектре раскрыла команда Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» под руководством Алексея Боровкова в рамках

  • мастер-класса «Цифровые двойники: прыжок в пространство возможностей»,

который состоялся в третий день Всемирного фестиваля молодежи и прошел под девизом «Мир возможностей для каждого».

Ежедневно ведущие инженеры, исследователи, ученые работают на благо всего человечества, открывая новые возможности для мира, для страны, для каждого из нас. Россия активно развивает научные исследования, цифровой инжиниринг и инновационные технологии, чтобы сделать значимый вклад в мировую научную среду и, конечно, в развитие российской промышленности и экономики. Среди прорывных технологий, которые уже значительно меняют мир, – технология цифровых двойников. Сегодня драйвером развития рынка цифровых двойников в России являются наукоёмкие отрасли двигателестроения и атомного машиностроения.

О технологии цифровых двойников, прорывных проектах мирового уровня и самых значимых разработках в интересах индустриальных партнеров рассказали участникам Фестиваля проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков, начальник отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Николай Ефимов-Сойни и начальник отдела перспективных разработок в двигателестроении ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Александр Себелев.

Алексей Боровков начал свое выступление с вопросов к аудитории: что представляет собой технология цифровых двойников и в каких отраслях промышленности она сегодня находит активное применение? Спикер проиллюстрировал участникам три стороны рассмотрения цифрового двойника, включающие уровни анализа, технологии и стадии жизненного цикла объекта, а также представил его концепцию и определения терминов.

 

Спикер отметил, что в основе деятельности ПИШ СПбПУ лежат возможности Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®​.

  • «В основе нашей деятельности лежит всеобъемлющая работа на базе Цифровой платформы CML-Bench®: от реализации всех этапов проектов до всестороннего обучения. Об этом, в частности, говорил в своем Послании Федеральному Собранию Президент: мы должны перевести практически всю деятельность, все отрасли промышленности, экономические, социальные и многие другие направления деятельности на цифровые платформы.
  • Почему вопрос о развитии и применении цифровых платформ является актуальным? По одной простой причине: например, цифровая платформа CML-Bench® позволяет накапливать те цифровые и проектные решения, которые были уже получены в прошлом, обеспечить преемственность поколений на основе принципиально новой Системе управления знаниями и компетенциями»,
    пояснил Алексей Иванович.
 

Цифровая платформа CML-Bench® включена в Единый реестр российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных и предоставляет уникальные возможности контролировать происхождение и историю изменений каждого вычислительного результата, всех цифровых (виртуальных) испытаний, которых за сутки может быть сотни в случае одновременного выполнения десятков проектов. Например, можно легко сопоставлять результаты расчетных вариантов с соответствующими вариантами геометрической или расчетной моделей, нагрузками и внешними воздействиями, материалами, их физико-механическими свойствами, использованными в расчетах, результатами вычислительных экспериментов по разработанным алгоритмам и т.д. Спикер отметил:

  • «Сегодня на цифровой платформе CML-Bench® представлено более 325 000 цифровых и проектных решений. Цифровые решения это, фактически, цифровые (виртуальные) испытания, решения, полученные в ходе выполнения цифровых испытаний на основе математического и компьютерного моделирования.
  • Далее, Вы попробовали внести изменения в конструкцию изделия, направленные на улучшение конструкции, получили результат, этот результат может устроить или нет, однако это цифровое решение осталось на платформе. А проектное решение это обоснованное решение по внесению изменений, основанное на десятках цифровых решений, то, которое, фактически, является лучшим цифровым решением из полученных».

Алексей Боровков продемонстрировал ряд прорывных проектов в интересах индустриальных партнеров, среди значимых из них – вибросито для системы очистки бурового раствора.

  • «Перед нами стояла серьезная промышленная задача: разработка изделия с потребительскими и техническими характеристиками, превосходящими мировой уровень. Представленные на рынке мировые аналоги имели показатель среднего виброускорения не более 6,0 g. Целевой показатель виброускорения, заявленный в техническом задании проекта, – 7,0 g,
    – рассказал спикер.
  • За три месяца нашими специалистами была разработана новая конструкция (с учетом технологических и производственных ограничений существующего производства) со средним виброускорением 8,25 g и конструкция под передовое производство со средним виброускорением 10 g, что значительно превышает мировой уровень. Демонстрируя рекордные характеристики производительности и надежности, изделие обеспечивает высочайшие показатели качества и долговечности. Срок успешной эксплуатации изделия составляет уже 5,5 лет!».

Завершая свое выступление, Алексей Иванович отметил, что данный проект – яркий пример необходимости обеспечения гарантированного зарезервированного развития. Имея разработанную с помощью технологии цифровых двойников линейку агрегатов с техническими характеристиками, порядком превышающими мировые, предприятие имеет возможность осуществить «прыжок в пространство возможностей»: изделие работает в 10 раз быстрее, производство продукта – в 10 раз дешевле, а в процессе реализации участвуют в 10 раз меньше специалистов:

  • «Однако специалисты должны быть новой формации – новая технологическая элита страны. Подготовку «инженерного спецназа» по пяти фронтирным инженерным задачам (кросс-отраслевые цифровые платформенные решения и технологии; системный цифровой инжиниринг в двигателестроении; цифровые технологии в атомной отрасли; цифровые технологии для ТЭК; новые материалы) осуществляет Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг».

Продолжая представление проектов, Николай Ефимов-Сойни рассказал о разработках Экосистемы технологического развития СПбПУ в интересах атомной отрасли. Среди ключевых и значимых работ разработка цифрового двойника тепловыделяющей сборки (ТВС) ВВЭР-1000 с антидебризным фильтром и перемешивающими решетками, которая была высоко оценена Заместителем Председателя Правительства Российской Федерации – министром промышленности и торговли  Российской Федерации Денисом Мантуровым.

  • «Главная цель проекта – разработка рекомендаций для АО «ТВЭЛ» по изменению конструкции антидебризного фильтра и геометрии перемешивающих решеток тепловыделяющей сборки. Забегая вперед, мы не только провели сравнительный анализ эффективности предложенных заказчиком антидебризных фильтров и выработали рекомендации по оптимизации конструкции перемешивающих решеток с целью повышения интенсификации теплообмена и снижения неравномерности подогрева теплоносителя по сечению ТВС, но и представили новую конструкцию антидебризного фильтра тепловыделяющей сборки»,
    подчеркнул спикер.

Николай Ефимов-Сойни подробно рассказал о работе над перемешивающими решетками и антидебризным фильром:

  • «Мы провели анализ структур и систем изделий и выявили закономерности, с помощью которых наилучшим образом происходит перемешивание. Для антидебризного фильтра нужно было разработать совершенно новую систему, потому что существующая конструкция имела не очень высокую эффективность. Работа была проведена успешно. Важно отметить, что коэффициент гидравлического сопротивления повысился не столь значительно, а вот коэффициент фильтрации был увеличен в разы».

В продолжение демонстрации работ в интересах Топливного дивизиона эксперт представил слушателям разработку цифрового двойника тепловыделяющей сборки водо-водяного реактора, позволяющего системно учитывать все основные процессы и явления в ТВС.

Создание цифрового двойника ТВС на базе Цифровой платформы CML-Bench® позволяет системно учитывать все основные процессы и явления в ТВС, разрабатывать новые конструкции как элементов тепловыделяющей сборки (перемешивающие и дистанцирующие решетки, антидебризный фильтр и т.д.), так и всей сборки целиком. Разработка открывает возможности для применения новых технологий, таких как аддитивная печать цирконием или изготовление из керамических материалов.

Одним из последний значимых и важных проектов, по словам спикера, стала разработка архитектуры цифрового двойника печи остекловывания для утилизации высокоактивных радиоактивных отходов. Работа была выполнена по заказу Производственного объединения «Маяк» (входит в госкорпорацию «Росатом»). Ведущие инженеры провели анализ мирового опыта проектирования установок остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов и совместно со специалистами заказчика определили проектные режимы работы, условия использования и разработали ключевой элемент цифрового двойника – матрицу требований, целевых показателей и ресурсных ограничений.

  • «Архитектура цифрового двойника печи остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов была разработана в инженерной практике впервые. Она будет использована при создании цифрового двойника новой конструкции печи остекловывания и оптимизации режимов работы плавителя»,
    подытожил Николай Ефимов-Сойни.

Переходя к проектам в интересах двигателестроения, Александр Себелев отметил тренд на комплексирование:

  • «Изначально у нас была механика, математика, гидрогазодинамика. Далее наблюдаем с вами достаточно сильное комплексирование, перемежение, пересечение компьютерных, фундаментальных наук и так далее. К чему я веду? Невозможно каждый раз начинать изучение чего-то нового с отправной точки. Мы должны передавать друг другу знания с той точки, где мы достигли своего максимума. Поэтому цель моего выступления сегодня – это поделиться знаниями, которые я имею в области двигателестроения».

Спикер отметил основные проблемы авиационной отрасли, среди которых: уменьшение эмиссии вредных выбросов, снижение потребления топлива, повышение топливной эффективности:

  • «Чтобы достичь этих показателей, мы все время усложняем конструкции, подходим к чему-то новому, комплексируем свои знания и так далее».

В продолжение Александр проиллюстрировал тренды развития двигателестроения, а также актуальные вызовы отрасли, среди которых крайне сжатые сроки модификации существующих и разработки новых двигателей, ужесточение требований технических заданий для обеспечения конкурентоспособности, а также разработка новых двигателей в рамках широкой кооперации.

Ярким примером разработки мирового уровня, о которой подробно рассказал спикер, стала технология создания цифрового двойника морского газотурбинного двигателя в интересах АО «ОДК» (госкорпорация «Ростех). В числе целей проекта, который был рассчитан на 3 года, – разработка экспериментальной технологии создания цифрового двойника морского газотурбинного двигателя (ГТД), развитие подходов системного инжиниринга на основе моделей в обеспечение устойчивого развития корабельных газотурбинных двигателей и агрегатов, создание цифрового двойника двигателя М90ФР.

  • «Наша работа состояла из трех частей. Первая часть – это доработка платформы под бизнес-процессы заказчика. Вторая часть – это собственно инженерная часть, то есть проведение различных виртуальных испытаний газодинамики компрессоров, турбин, механизмов, газодинамическая оптимизация, моделирование технологических процессов производства и др. И третья часть – это задачи инженерного программирования. Проект был успешно завершен и передан заказчикам в 2023 году»,
    – подвел итог Александр Себелев.

Участники мастер-класса задали экспертам серию вопросов и смогли подробнее ознакомиться с проектами Экосистемы технологического развития СПбПУ на выставочной экспозиции конференц-зала «Капица», организованного Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого.

 

Впервые в истории фестивального движения возможность принять участие в мероприятии получили подростки от 14 до 17 лет – 500 из России и 500 из-за рубежа. Под руководством наставников в кампусе образовательного центра «Сириус» школьники работали над проектами по семи направлениям («Гуманитарные науки и социальная сфера», «Культура, искусство, творчество», «Медиа», «Наука и образование», «Научно-технологическое творчество», «Спорт и здоровый образ жизни», «Экология и туризм»), знакомились с учеными и представителями научно-технологических компаний – партнеров «Сириуса», а также посещали лекции с участием спикеров с мировым именем. Среди приглашенных лекторов – руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков.

Эксперт выступил с лекцией

  • «Цифровые двойники: при чём тут законы физики и математического моделирования».

Лекция направлена на популяризацию инженерных профессий среди молодежи и рост интереса к техническому творчеству, а также поэтапное погружение в процесс современного проектирования высокотехнологичных изделий с целью профориентации школьников и развития их кругозора.

  • «Все, от маленького гаджета до космических кораблей, создано с помощью инженерной мысли. Проектирование самых сложных инженерных систем базируется на знаниях физики, механики и математики, которые каждый из нас изучает в школе. Предлагаю взглянуть на процесс проектирования с этой точки зрения и вместе проделать путь от простого к сложному»,
    – начал лекцию Алексей Боровков.

Спикер дал определение основным понятиям: «инженер», «инженерная деятельность», «проектирование», «физика» и «механика» и отметил их взаимосвязи, а также остановился на цифровых инструментах проектирования.

  • «Инженерная деятельность составляет значительную часть всех отраслей промышленности: двигателестроение, судостроение и морская техника, атомная отрасль, нефтегазовая отрасль, автомобилестроение, медицинская инженерия. Более 40 лет проектирование изделий происходит в цифровой среде. Современные инструменты работы инженера для проектирования изделий различной сложности и моделирования процессов – это СAD и CAE- системы. CAD-системы – программные системы компьютерного проектирования (Computer-Aided Design, CAD), позволяющие на основе 3D-моделей осуществлять создание чертежей, оформление конструкторской и технологической документации. САЕ-системы – программные системы компьютерного инжиниринга (Computer-Aided Engineering, CAE), позволяющие на основе математических и компьютерных моделей разных классов и уровней сложности (часто описываемых нестационарными нелинейными уравнениями в частных производных) исследовать поведение материалов, процессов, машин и конструкций. САЕ-системы могут описывать физико-механические процессы и поведение изделие в определенных режимах и под воздействием: вибрация, удары, электромагнитное взаимодействие»,
    – заключил Алексей Иванович.
 

Напомним, что подразделения Экосистемы технологического развития СПбПУ ведут исследования рынков развития цифровых инструментов для инженерного проектирования и отслеживают мировые тренды. Экспертно-аналитический доклад «Функциональные характеристики отечественных систем инженерного анализа (CAE-систем)», подготовленный Центром компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», впервые был представлен в рамках деловой программы конференции «Цифровая индустрия промышленной России» в мае 2023 года и широко обсуждался экспертным сообществом на Стратегической конференции Госкорпорации «Росатом» по математическому моделированию в декабре этого же года.

На примере автомобиля лектор разъяснил аудитории в чем заключается «сложность изделия» с точки зрения инженерии:

  • «В мире существует множество сложных систем, таких как самолеты, корабли, атомные станции и так далее. В одном автомобиле может быть использовано более 200 различных материалов, свыше 100 механизмов и 7 тысяч сварных соединений, составляющих примерно 6 метров сварных швов. Каждый автомобиль должен соответствовать определённым требованиям и целевым показателям для допуска к реализации на рынке и эксплуатации. В среднем для автомобиля существует более 100 тысяч показателей и более 200 мировых стандартов и требований».

Для комплексного взгляда на роли физики и математики в развитии инженерной мысли и их взаимосвязь в данном контексте спикер отметил:

  • «Все физические явления описываются количественными соотношениями, т.е. уравнениями, которые лежат в основе создания математических моделей. Математика является языком физики».

В продолжение лекции Алексей Боровков рассказал о механике:

  • «Каждую секунду времени вокруг нас действует механика. Когда вы сидите в кресле – теория упругости, то есть напряжённо-деформированное состояние и прочность кресла, механика контактного взаимодействия с переменными зонами контакта. Здание «Сириуса» построено в соответствии со строительной механикой.
  • Выступление в микрофон можно рассматривать с точки зрения теории колебаний и распространения волн в акустической среде. Вспомним Лорда Рэлея и его «Теорию звука», вспомним про дифракцию, рассеяние и поглощение волн, давление звука. На то, как распространяется звук в зале, влияет акустика, в этом разделе механики под звуком понимается распространение колебаний, то есть волн, в упругой среде. И даже аплодисменты можно рассмотреть с точки зрения механики ударного контактного взаимодействия мягких тел (ладошей)».

Далее лектор перешел к описанию концепции «цифрового двойника» на примере применения этой технологии для авиационного газотурбинного двигателя, который признан одним из самых сложных изделий в мире. На наглядном примере Алексей Иванович объяснил аудитории отличия «цифрового двойника» от «цифровой тени», состоящие частично в методике генерации данных и их анализа:

  • «Если мы идем по пути сбора данных о работе реального объекта, то сталкиваемся с большим риском генерации мусорных данных, так как не имеем гарантии того, что установленные нами датчики, расположены в критических зонах и фиксируют критические характеристики. Следовательно, работа с такими данными напоминает поиск иголки в стоге сена.
  • Если же мы пойдем по пути создания 3D-модели, разработанной с учетом законов физики и механики, проанализируем поведение данной модели в разных ситуациях и на основании этого определим критические зоны и критические характеристики, то это позволит нам генерировать содержательные данные, то есть сразу же «добывать обогащенную руду», как метко выразился декан экономического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова А.А. Аузан». 

Алексей Боровков отметил, что цифровой двойник, в первую очередь, основан на законах природы: физики, механики, а в качестве математической модели в самом общем виде используются нестационарные нелинейные 3D-дифференциальные уравнения в частных производных. Технология разработки цифрового двойника состоит в знании физики, механики, математики и осмысленном применении математического и компьютерного моделирования, а также вдумчивой работе с большими данными:

  • «Технологию цифровых двойников следует рассматривать с трех сторон: согласно уровням анализа (от компонента изделия до цифрового двойника города или человека), по стадиям жизненного цикла изделия (разработка, производство, эксплуатация, обслуживание, ремонты и утилизация) и в совместном применении современных цифровых технологий (математическое, компьютерное / суперкомпьютерное моделирование, цифровое проектирование, системный цифровой инжиниринг, промышленный интернет, сенсорика, беспроводная связь, AR-VR, искусственный интеллект)».

Лектор продемонстрировал на примере известной головоломки – кубика Рубика – принцип создания цифровых двойников:

  • «Технология разработки цифрового двойника изделия напоминает алгоритм сборки кубика Рубика. Подбор оптимального решения осуществляется путем балансировки целевых показателей изделия – каждая грань кубика должна быть определенного цвета, и с учетом ресурсных ограничений, например, классический макрокубик Рубика состоит из 3х3х3 = 27 микрокубиков и определенных разрешенных вращений».

По мере погружения будущих инженеров в материал лекции спикер отмечал основные этапы инженерной деятельности по созданию высокотехнологичных изделий. При рассмотрении практики проведения натурных испытаний опытного образца как части общего процесса проектирования, спикер отметил высокий уровень временных и финансовых затрат для производителей, которые вынуждены сталкиваться в «узком горлышке бутылки» – сертификации – перед выводом изделия на рынки, и высокую вероятность неудачных испытаний для первых опытных образцов и возвращения на новый цикл внесения изменений и перепроектирования, новых затрат на доработки нового опытного образца, его изготовления и последующего ожидания в очередях на испытательных стенды.

В качестве примера проведения натурных испытаний как сложного, дорогостоящего и многофакторного процесса Алексей Иванович рассказал о проведении краш-теста автомобиля:

  • «Цель краш-тестов – подтверждение пассивной безопасности автомобиля. Фиксация данных в ходе натурного испытания осуществляется по ~ 500 датчикам, в основном, акселерометрам, а модели манекенов могут содержать несколько сотен датчиков. В практике выполнения краш-тестов существует более 20 барьеров для проведения сертификационных испытаний, где фиксируется разрушение сварных точек кузова автомобиля из общего числа 5-8 тысяч сварных точек, других повреждений и разрушений при различных возможных столкновениях».

Алексей Боровков подтвердил успешную практику применения технологии цифровых двойников на примерах наукоемких проектов, в частности,

  • для разработки саней для трёхкратного чемпиона мира по санному спорту Романа Репилова и
  • для разработки гондолы воздушного шара для полета над Россией знаменитого путешественника Федора Конюхова, что вызвало у юных слушателей неподдельный восторг.

В ходе лекции Алексей Боровков пояснил:

  • «По итогам проекта «Суперсани» для спортсмена Романа Репилова была создана конструкция саней, в которой снижен коэффициент лобового сопротивления на 13% и разработан цифровой двойник биомеханической системы – гонщик & сани & жёлоб санной трассы, позволяющий проводить дальнейшую оптимизацию при необходимости, например, в случае гонок на разных санных трассах.
  • В процессе разработки саней было выполнено более 400 нестационарных нелинейных цифровых испытаний аэродинамики и динамической прочности, сгенерировано более 1 терабайта данных за 20 суток расчётов на Суперкомпьютерном центре "Политехнический"».
 

В заключительной части лекции спикер провёл для будущих студентов виртуальную экскурсию по Санкт-Петербургскому политехническому университету Петра Великого. В одном из старейших вузов России готовят инженерные кадры уже на протяжении 125 лет, ведут передовые научные исследования и разрабатывают технологии в самых разных областях. Отличительная черта Политеха – тесная связь с высокотехнологичной промышленностью: на базе вуза создаются наукоёмкие продукты, готовые к внедрению в производство.

Лекция вызвала широкий интерес у аудитории и молодые люди увлеченно задавали вопросы спикеру, стремясь соотнести новую информацию об одной из самых передовых технологий будущего с изучаемыми в школе предметами научно-естественного цикла. После лекции Алексей Боровков ответил на вопросы аудитории.

В рамках ответа на один из вопросов лектор коснулся «цифровой сертификации» как ключевого процесса для прохождения натурных испытаний с первого раза. Алексей Иванович привел актуальный пример из формируемой отрасли беспилотных авиационных систем, когда запланированные сроки сертификации неоднократно сдвигались по причине несоответствия традиционной практики прохождения натурных испытаний целям и объемам развития формирующейся отрасли.

 

Аудитория заинтересовалась влиянием передовых цифровых и производственных технологий на развитие медицинской инженерии. Алексей Боровков подчеркнул важность направления, связанного с созданием цифрового двойника человека:

  • «Несмотря на сложность в реализации, данная задача полностью отвечает развитию общества в рамках четвертой промышленной революции, которая предполагает объединение, точнее, конвергенции и синергии трех миров: материального (физического), цифрового (виртуального) и биологического (живого)».

В рамках Всемирного фестиваля молодежи в седьмой раз состоялся просветительский марафон «Знание.Первые» Российского общества «Знание». За пять дней на марафоне выступили более 100 лекторов из России, Австрии, Индии, Сербии, Турции, Бразилии и других стран, которые говорили об основополагающих государственных, экономических и общественных процессах, геополитике, взаимовыгодном международном сотрудничестве, традиционных ценностях, культурном обмене между странами. Речь также шла о развитии образования и науки, возможностях для развития молодежи по всему миру, перспективных отечественных и международных проектах для молодых специалистов из разных отраслей.

Представители Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» посетили лекцию министра науки и высшего образования Российской Федерации Валерия Фалькова на марафоне «Знание.Первые». В своем выступлении Валерий Николаевич подчеркнул, что Россия – страна фундаментальной науки и великих открытий. Молодые ученые становятся двигателями прогресса, вносят свой неоценимый вклад в различные области знаний. И путь в науку – это гарантированный успех.

В своем выступлении Валерий Фальков отдельно рассказал о проектах и установках класса «мегасайенс», а также о том, как внедряются современные разработки в различные сферы жизни, о важности междисциплинарности науки, поделился советами, как добиться успеха на выбранном пути.

По завершении лекции состоялась встреча и беседа Валерия Фалькова и Алексея Боровкова.

 

Активное участие во Всемирном фестивале молодежи также приняли студенты Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг».

В частности, магистрант программы «Организация и управление цифровыми наукоемкими производствами» ПИШ СПбПУ Иван Карпов был удостоен чести стать одним из 100 участников Национальной премии «Россия – страна возможностей», ставших частью молодежного события. Для них была организована ежедневная образовательная программа, лекции, тренинги, дискуссии и мастер-классы, направленные на личностное развитие. Помимо этого, каждый из номинантов стал непосредственным участником большого шоу, посвященного презентации Премии на Фестивале.

АНО «Россия – страна возможностей» в соответствии с поручением Президента Российской Федерации Владимира Путина проводит Национальную премию «Россия – страна возможностей», направленную на поиск, поддержку и поощрение жителей России, которые реализуют профессиональный и личный потенциал, вносят вклад в развитие страны и являются примером для других. Студент Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» подал заявку на участие в премии и в рамках экспертной оценки его история была отмечена как одна из наиболее вдохновляющих!

  • «Мой проект направлен на то, чтобы облегчить жизнь операторов металлургических лаборатории за счёт использования искусственного интеллекта (ансамбля нейронных сетей) и технологий машинного зрения. Основные задачи – снизить процент использования ручного труда операторов и повысить производительность металлургических лабораторий. Вместе с командой я реализовал решение в виде мобильного приложения. Уверен, что масштабное внедрение разработанного приложения поможет металлургической отрасли стать лучше. Я благодарен, что мои заслуги были оценены и мне посчастливилось войти в ТОП-100 вдохновляющих историй России!»,
    – рассказал Иван Карпов.

Победители Премии «Россия – страна возможностей» получат возможность стать амбассадором президентской платформы «Россия – страна возможностей», приглашение в качестве спикера и эксперта на профильные мероприятия, информационную поддержку и участие в документальном фильме «Дело в людях», путешествие по России, обучение в РАНХиГС по профилю и Мастерской управления «Сенеж». Также победителей ожидает индивидуальный пакет поддержки и развитие в области профессиональной и личной реализации. Желаем Ивану удачи!

  • «Всемирный фестиваль молодёжи – это не просто пространство для обмена опытом и знаниями, но и возможность привлечения молодых талантов со всего мира. Участие Политеха в таком масштабном событии позволяет нам расширить границы нашего образовательного сообщества и создать международную среду для обмена знаниями и опытом. Мы поощряем творчество и поиск новых решений, поддерживаем исследования и разработки наших студентов и преподавателей, предоставляем ресурсы и инфраструктуру для инновационных проектов»
    – подвёл итог работы Политеха на Всемирном фестивале молодёжи ректор СПбПУ Андрей Рудской.  

С 1 по 7 марта 2024 года федеральная территория «Сириус» превратилась в настоящий «Город молодежи мира», объединивший творческую, талантливую и амбициозную молодежь.

  • «Каждый день Фестиваля был наполнен тематическим смыслом. Большой марафон провело общество Знание, общее количество мероприятий более 850. Мы посчитали, что если бы человек захотел послушать все лекции, то на это понадобилось бы 78 суток»,
    – подводя итоги события, рассказал Председатель организационного комитета по подготовке и проведению ВФМ-2024, первый заместитель руководителя Администрации Президента Сергей Кириенко.

Главный девиз Фестиваля – «Начнем будущее вместе». Сохраняя историю фестивального движения, Всемирный фестиваль молодежи стал новым этапом в международном сотрудничестве, объединив будущие поколения вокруг идеи мира и дружбы.

Источник: 78 канал

Новости на сайте по теме публикации: