Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®
Уникальный онлайн-курс «Цифровые двойники изделий»
События / Мероприятия 26 Июня 2024 года
Данная новость была прочитана 1302 раза

Международный военно-морской салон: Алексей Боровков принял участие в конференции «Военно-морской флот и судостроение в современных условиях»

С 20 по 21 июня 2024 года на территории туристско-рекреационного кластера «Остров Фортов» в г. Кронштадт состоялась XIII Международная конференция «Военно-морской флот и судостроение в современных условиях» (NSN’2024), которая стала знаковым событием деловой программы Международного военно-морского салона «Флот».

Конференция NSN’2024 ежегодно подтверждает статус одного из ключевых мероприятий в судостроительной отрасли страны, авторитетной площадки для демонстрации достижений в научно-технической сфере отрасли и обсуждения перспектив развития судостроения в России. 
Тема конференции – «Конструкционные материалы. Прочность и строительная механика».

XIII Международная конференция «Военно-морской флот и судостроение в современных условиях» организована ФГУП «Крыловский государственный научный центр» совместно с ООО «Международные конгрессы и выставки» и НИИ кораблестроения и вооружения ВМФ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» при поддержке Правительства Санкт-Петербурга.

Участниками конференции стали представители органов государственной власти, отраслевых институтов, университетов и научных центров, а также крупных предприятий судостроения и производителей конструкционных материалов. Представители Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) приняли активное участие в конференции NSN’2024.

По приглашению организационного комитета конференции NSN’2024 и руководства ФГУП «Крыловский государственный научный центр» проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ Алексей Боровков вошёл в программный комитет XIII Международной конференции «Военно-морской флот и судостроение в современных условиях» и выступил соорганизатором технической сессии

  • «Искусственный интеллект и цифровые модели в создании конструкционных материалов».

Также Алексей Иванович представил на пленарном заседании один из ключевых докладов конференции.

Участники пленарного заседания

Модератор:

  • Половинкин Валерий Николаевич, научный руководитель ФГУП «Крыловский государственный научный центр».

Спикеры:

  • Орыщенко Алексей Сергеевич, генеральный директор ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» НИЦ «Курчатовский институт», чл.-корр. РАН;
  • Боровков Алексей Иванович, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
  • Ильин Алексей Витальевич, заместитель генерального директора по научной работе, ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей»;
  • Шапошников Валерий Михайлович, начальник отделения прочности ФГУП «Крыловский государственный научный центр»;
  • Андрюшин Александр Владиславович, заведующий лабораторией пропульсивных комплексов судов АО «Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота».

Научный руководитель ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Валерий Половинкин открыл конференцию, обозначив основную тематику мероприятия.

  • «Тематика конструкционных материалов является сегодня одной из самых актуальных не только в области кораблестроения и судостроения, но и в сфере машиностроения в целом. Главным образом мы сосредоточим нашу дискуссию на рассмотрении вопросов строительной механики, и, соответственно, прочности конструкционных материалов как критической технологии в кораблестроении, которая позволяет принципиальным образом улучшить конструкции судов»,
    – заключил Валерий Николаевич.

Генеральный директор ЦНИИ КМ «Прометей» Алексей Орыщенко поприветствовал участников конференции и отметил важную роль кораблестроения для обеспечения безопасности страны, развития промышленности, транспортной инфраструктуры и торговли в современной геополитической ситуации.

Алексей Сергеевич выступил с докладом, в котором представил ретроспективный взгляд на развитие отечественных конструкционных материалов в судостроении и кораблестроении, рассказал об успехах и достижениях, достигнутых учеными ЦНИИ КМ «Прометей» в этом направлении с 1950-х годов. Советскими учеными были созданы новые материалы, которые позволили снизить стоимость строительства кораблей, увеличить их прочность, пластичность и работоспособность при низких температурах. Спикер уделил внимание разработке титановых сплавов для корпусов глубоководных аппаратов и созданию материалов для ледоколов, которые позволяют суднам ходить в разных широтах и при температуре до минус 60-80 градусов.

  • «Мы считаем, что будущее материалов для строительства кораблей – это все же порошковая металлургия. Сегодня мы научились делать любые порошки: титановые, высоколегированные стали, то есть для любых изделий с учетом их разных нагрузок и условий эксплуатации. Изделия, которые сейчас проходят испытания, доказывают этот тезис»,
    – отметил генеральный директор ЦНИИ КМ «Прометей» Алексей Орыщенко.
 

Заместитель генерального директора по инновационному и техническому развитию АО «Объединенная судостроительная корпорация» Василий Бойцов обратился к участникам конференции, поблагодарил их за интерес к всестороннему развитию материаловедения для кораблестроения и кратко обозначил планы корпорации:

  • «2024 год станет переломным для нашей корпорации, потому что мы подготовили новую стратегию развития, которая практически будет трансформирована в стратегию развития отрасли. Для достижения экономического суверенитета, экономической независимости, нужно освоить гражданское судостроение в том объеме, который позволит нам, не обращая внимания на действия недружественных государств, осуществлять всеобъемлющую перевозку морем.
  • В связи с реализацией этой задачи нам необходимо подготовить инвестиционную программу, подразумевающую 5-6-кратное увеличение тоннажа, который на наших заводах мы будем перерабатывать, строить соответствующие суда и военные корабли. Это очень амбициозная задача. Конечно, невозможно ее решить без опоры на нашу отраслевую судостроительную науку. Я надеюсь, что наша сегодняшняя конференция во многом проложит дорогу этому качественному изменению. Мне очень интересен взгляд участников конференции на то, как должно развиваться материаловедение, связанное с кораблестроением. Корпорация будет внимательно изучать предложенные инициативы и приложит все силы для внедрения современных технологий и материалов»,
    – заключил Василий Борисович.

Научный руководитель ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Валерий Половинкин поблагодарил членов организационного комитета и дал старт работе пленарного заседания:

  • «Ни один талантливый конструктор не создаст совершенный корабль, если он не будет располагать соответствующим материалом. Материал – это один из важнейших элементов конструкции. И мы с вами, рассматривая проблему материаловедения, должны действительно исходить из конструкции. Сейчас мы переживаем широкое внедрение полимерных композиционных материалов (ПКМ). Уникальные свойства ПКМ заключаются в том, что благодаря их использованию мы можем получать конструкции с заранее заданными характеристиками. Любой конструкционный материал работает, например, в условиях износостойкости, прочности и так далее. Как правило, в монометалле воплотить противоречивые требования прочности и износостойкости крайне сложно, а композиционные материалы позволяют осуществить это. Не случайно сейчас в мире идёт активное развитие композиционного материаловедения. У нас в стране уже есть определенные достижения в этом направлении, аналогов которым нет в мире, в частности, созданы уникальные технологии постройки судовых корпусов из композиционных материалов с применением  технологии вакуумной инфузии. Это действительно передовые технологии, которые позволяют ускорить процесс формирования корпуса, избегая дефектов.
  • Безусловно, в направлении композиционных материалов есть еще множество нерешенных задач, но их огромный потенциал бесспорен. Также в ближайшем будущем мы увидим появление так называемых “метаматериалов” или “умных материалов. Это те материалы, которые, с одной стороны, будут выполнять роль датчиков воздействия или колебаний на них, и, с другой стороны, своими внутренними свойствами противодействовать этим проблемам. Предлагаю участникам пленарного заседания обсудить все направления развития конструкционных материалов и поделиться имеющимися опытом, наработками и идеями для развития судостроения».

Проректор по цифровой трансформации СПбПУ Алексей Боровков начал выступление с определения системного цифрового инжиниринга, который обеспечивает высокотехнологичный мультидисциплинарный подход к процессу разработки изделий и оптимизации материалов с учетом необходимых требований и ресурсных ограничений.

  • «Развитие и применение технологий системного цифрового инжиниринга составляет основную область наших интересов. В Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого создана Экосистема технологического развития, которая состоит из пяти федеральных структур, сформированных в результате побед в Всероссийских конкурсах. Все подразделения ориентированы на интенсивную работу с промышленностью в части разработки передовых цифровых и производственных технологий, в первую очередь, технологии цифровых двойников и их интеграции в практическую деятельность высокотехнологичных предприятий.
  • Мы ведем научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по решению сверхактуальных фронтирных инженерных задач в интересах индустриальных партнеров,  представляющих более 10 отраслей высокотехнологичной промышленности, среди них судостроение, кораблестроение и морская техника, двигателестроение и энергомашиностроение, ракетно- и аэрокосмическую отрасль, авиастроение и вертолетостроение, атомная энергетика, включая атомное машиностроение, нефтегазовая отрасль, в т.ч. нефтегазовое и химическое машиностроение, железнодорожный транспорт, автомобилестроение и электротранспорт, медицинская инженерия и многие другие.
  • Наиболее динамичная работа на регулярной основе у нас выстроена с предприятиями в области двигателестроения и атомного машиностроения. Объем НИОКР для каждой из этих отраслей составляет более 1 млрд. рублей в последние годы. Такой широкий спектр сотрудничества обеспечивает нам формирование и пополнение научно-технологического задела, который позволяет осуществлять кросс-отраслевой трансфер технологий в случае необходимости, что помогает нам решать многие сложные задачи быстрее и продуктивнее»,
    – заключил Алексей Иванович.
 

Далее спикер подчеркнул высокий уровень развития цифровых технологий и отметил интерес промышленности и науки к платформенным решениям. Алексей Боровков представил уникальную разработку инженеров СПбПУ – Цифровую платформу по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®, которая обеспечивает проектирование и производство в кратчайшие сроки глобально конкурентоспособной высокотехнологичной продукции в различных отраслях и на новых рынках. 

  • «За годы развития и применения Цифровая платформа CML-Bench® была удостоена множества наград и премий. Например, в 2017 году разработка получила Национальную промышленную премию Российской Федерации “Индустрия”, что фактически означало признание широких возможностей платформы на федеральном уровне. Премия “Лучший цифровой проект ЕАЭС” закрепила успех платформы на международной арене в 2018 году. А 17 июня 2024 года Цифровая платформа CML-Bench® была признана лучшим продуктом в номинации “Импортозамещение: продукт года” в приоритетном направлении “технологический суверенитет” на премии Digital Leaders Award – 2024»,
    – акцентировал внимание докладчик.

Алексей Боровков пояснил, что Цифровая платформа CML-Bench® является не только важным инструментом для развития технологии цифровых двойников в промышленности, но и представляет собой новую систему управления знаниями, которая содержит 328 тысяч цифровых и проектных решений, что позволяет по-другому вести процесс обучения студентов и адаптации молодых инженеров в Передовой инженерной школе СПбПУ «Цифровой инжиниринг». Деятельность Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® обеспечивается мощностями Суперкомпьютерного центра «Политехнический», позволяющего, кроме 3000 вычислительных ядер на серверах структурных подразделений, задействовать для высокопроизводительных вычислений 2400 ядер каждый час на протяжении 4,5 лет.

Спикер отметил успехи специалистов СПбПУ в сфере стандартизации и нормативного регулирования по направлению «передовые цифровые и производственные технологии» и подчеркнул влияние их деятельности на федеральную повестку.  Проректор по цифровой трансформации СПбПУ Алексей Боровков отметил, что фундаментальные знания специалистов СПбПУ и их многолетний опыт работы с мировыми лидерами в разных отраслях промышленности были высоко оценены в процессе командной работы над единственным в России и в мире стандартом, определяющим общие положения разработки и применения цифровых двойников изделий и охватывающим все стадии их жизненного цикла, – ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения».

  • «Национальный стандарт был утвержден Росстандартом 16 сентября 2021 года и действует в России с 1 января 2022 года. 24 ноября 2023 года документ был включен в перечень взаимно признаваемых российских и китайских стандартов в сфере гражданского авиастроения. Это значимое достижение для нас и для России, так как национальный стандарт был принят с первого представления среди множества других нормативных документов и тем самым подтвердил на международном уровне свою актуальность и наши компетенции в сфере развития технологии цифровых двойников»,
    – заключил Алексей Иванович.

В продолжение выступления Алексей Боровков перечислил основные элементы технологии разработки цифровых двойников и разъяснил ключевые принципы их взаимодействия в процессе проектирования на Цифровой платформе CML-Bench®, включая балансировку многоуровневой матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений путем обобщенного генеративного проектирования на основе проведения широкого спектра цифровых испытаний на специализированных цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах.

  • «В основе концепции по разработке цифровых двойников сложных высокотехнологичных объектов на Цифровой платформе CML-Bench® лежит создание системы математических и компьютерных моделей, описываемых нестационарными нелинейными уравнениями в частных производных, прошедших процедуры верификации, валидации, и обладающих высоким уровнем адекватности реальным материалам, изделиям, физико-механическим и технологическим процессам», – пояснил спикер.

Далее Алексей Боровков отметил, что технология цифровых двойников позволяет перейти к передовому специализированному бизнес-процессу «цифровая сертификация». Докладчик дал определение этого термина, которое было включено в редакции специалистов Экосистемы технологического развития СПбПУ в Распоряжение 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 Российской Федерации».

  • «Традиционный подход – это доводка изделия до требуемых характеристик путем испытания образцов. Такая практика характеризуется значительными затратами производителей на проведение натурных испытаний и длительными сроками их исполнения.
  • Передовой бизнес-процесс “цифровая сертификация” направлен на прохождение натурных испытаний с первого раза путем обеспечения достаточного количества цифровых (виртуальных) испытаний на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах.
  • Данный подход позволяет производителям оптимизировать финансовые расходы, уменьшить сроки выпуска продукции на рынки и улучшить качество изделий. Триада “цифровые двойники цифровая сертификация цифровые платформенные решения” позволяет построить процесс проектирования в совершенно иной парадигме, в рамках которой мы уже можем говорить о достижении технологического лидерства.
  • Парадигма предусматривает, что высокотехнологичные изделия с наилучшими характеристиками будут произведены с максимальной экономической эффективностью в сжатые сроки благодаря использованию передовых цифровых и производственных технологий и цифровых платформ»,
    – подвёл итог проректор по цифровой трансформации СПбПУ.
 

Начальник отделения прочности ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Валерий Шапошников представил доклад на пленарном заседании и осветил научные достижения центра в разработке новых технических решений и материалов для судостроения, включая специальные методики расчета прочности и экспериментальные исследования, полученные за все годы работы организации.

Заместитель генерального директора по научной работе Центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей» Алексей Ильин рассказал о соотношении результатов сертификационных и сдаточных испытаний судостроительных сталей, начиная от требований к механическим свойствам и заканчивая требованиями к структурному состоянию. Спикер отметил проблемы, связанные с сертификационными испытаниями судостроительных сталей, включая влияние структурных составляющих на характеристики материала, затруднения при осуществлении контроля структурно-чувствительных характеристик, а также требования к статической и циклической трещиностойкости.

Алексей Витальевич подчеркнул, что необходимо отслеживать серийное производство металлопроката из-за чувствительности материала к коррозионному растрескиванию и осветил методы испытаний на динамическую трещиностойкость и торможение хрупкого разрушения.

  • «Все говорят о том, что имеется связь структуры со свойствами материала. Отмечу, что до недавнего времени такого рода связи в количественном отношении относились только к прогнозированию предела текучести или относительно удлинения, но никак не к трещиностойкости. В настоящее время в данном направлении отмечается значительный прогресс. За последние десятилетия существенно изменилось экспериментальное оснащение методиками металловедения.
  • Появились количественные методы оптической металлографии с программным обеспечением и новые методы просвечивающий электронной микроскопии, а также новые методы дифракции обратно рассеянных электронов, которые позволяют нам выйти на связь характеристик структуры материала с параметрами трещиностойкости, т.е. параметрами, контролирующими в конечном счете эксплуатационную надежность конструкции»,
    – подытожил спикер.

Заведующий лаборатория пропульсивных комплексов судов АО «Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота» Александр Андрюшин представил заключительный доклад пленарного заседания об обеспечении эксплуатационной прочности корпуса и пропульсивного комплекса арктических крупнотоннажных судов в условиях круглогодичного вывоза углеводородов и транспортировки других грузов по Северному морскому пути.

Участники пленарного заседания обсудили перспективные материалы для судостроения, включая композиционные материалы, метаматериалы, умные материалы и наноматериалы, и предложили пути решения существующих проблем материаловедения в условиях динамичного развития кораблестроения и сложных задач, направленных на достижение технологического суверенитета страны.

 

В завершение первого дня конференции NSN’2024 Алексей Боровков вручил генеральному директору ЦНИИ КМ «Прометей» Алексею Орыщенко нормативный документ – национальный стандарт ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения» с инскриптом.

 

21 июня 2024 года, во второй день конференции NSN’2024, состоялась

  • техническая сессия «Искусственный интеллект и цифровые модели в создании конструкционных материалов».

Передовая инженерная школа «Цифровой инжиниринг» выступила соорганизатором мероприятия. Проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель ПИШ СПбПУ Алексей Боровков стал модератором технической сессии.

Ключевая задача технической сессии состояла в оценке текущего уровня и потенциала развития цифровых технологий для создания конструкционных материалов для судостроения в условиях необходимости достижения импортонезависимости и лидерства отечественных высокотехнологичных изделий на мировом уровне.

Участниками технической сессии «Искусственный интеллект и цифровые модели в создании конструкционных материалов» стали научные сотрудники и специалисты высших учебных заведений и научных центров России и Китайской Народной Республики, таких как Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Севастопольский государственный университет, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Харбинский Технический Университет, Китайский научно-исследовательский центр судостроения, а также представители судостроительных предприятий и компаний, производящих композиционные материалы: АО «Средне-Невский судостроительный завод», АО «Композит», АО «Препрег-СКМ», АО «Юматекс» и другие.

Участники технической сессии «Искусственный интеллект и цифровые модели в создании конструкционных материалов»

Модератор:

  • Боровков Алексей Иванович, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;

Спикеры:

  • Родионов Александр Александрович, заведующий кафедрой строительной механики корабля Санкт-Петербургского государственного морского технического университета;
  • Ожгибесова Дарья Дмитриевна, специалист отдела энергетического машиностроения Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
  • Хаширова Светлана Юрьевна, проректор по научно-исследовательской работе, директор Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова;
  • Кобыхно Илья Александрович, заведующий лабораторией «Полимерные композиционные материалы» Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
  • Рязанцев Антон Эдуардович, генеральный директор ООО «Исследовательский комплекс центра технологического обеспечения»;
  • Глуздов Дмитрий Сергеевич; ведущий инженер-конструктор ООО «Исследовательский комплекс центра технологического обеспечения» (онлайн);
  • Павлов Александр Александрович, директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана;
  • Кузнецов Анатолий Всеволодович, доцент кафедры «Строительные конструкции, здания и сооружения» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I;
  • Чжао Сяоцзюнь, представитель Колледжа инженеров-кораблестроителей Харбинского Технического Университета.

Проректор по цифровой трансформации СПбПУ Алексей Боровков открыл работу технической сессии «Искусственный интеллект и цифровые модели в создании конструкционных материалов» и выступил с докладом о применении технологий системного цифрового инжиниринга в отрасли судостроения, включая использование передовых цифровых и производственных технологий для создания и оценки конструкционных материалов.

  • «В условиях современной геополитической ситуации и трансформации мировой экономической системы значительно₽ преимущество получают промышленные компании, владеющие передовыми цифровыми и производственными технологиями и создающие передовые разработки на основе данных технологий в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.
  • Реализация возможностей цифрового инжиниринга будет способствовать обеспечению быстрого и эффективного решения ключевых задач технологического развития предприятий ведущих отраслей промышленности, к одной из которых относится судостроение, кораблестроение и морская техника»,
    – заключил спикер.
 

Алексей Боровков отметил основные барьеры развития отрасли судостроения, состоящие в консервативности отрасли; невысоком уровне цифровизации по сравнению с другими отраслями, которая на текущий момент носит фрагментарный характер; длительности и высокой стоимости разработки и производства продукции судостроения, длительном сроке окупаемости проектов и высоких затратах на эксплуатацию судов и большой доле наукоемкого производства.

Спикер подчеркнул ориентацию государственной политики на разработку технологий импортозамещения, формирование импортонезависимости, обеспечение технологического суверенитета, глобальной конкурентоспособности и национальной безопасности государства.

  • «Сверхактуальность цифровой трансформации судостроения и кораблестроения обусловлена необходимостью в сжатые сроки обеспечить выпуск новой продукции и повысить качество проектирования изделий с одновременным существенным снижением затрат в рамках всего жизненного цикла продукции судостроительной отрасли.
  • Снизить количество итераций разработки, производства и испытаний, а также сократить количество изменений, вносимых в конструкцию на стадии строительства и испытаний разрабатываемого судна, возможно, за счет применения технологии цифровых двойников»,
    – подчеркнул проректор по цифровой трансформации СПбПУ.

Алексей Боровков отметил деятельность и состав Экосистемы технологического развития СПбПУ, которая более 10 лет активно развивает технологии системного инжиниринга, в частности, технологию цифровых двойников в сотрудничестве с индустриальными партнерами в рамках совместных научно-исследовательских проектов для решения актуальных фронтирных инженерных задач и принимает участие в государственных инициативах по развитию инженерного образования в стране.

Экосистема технологического развития СПбПУ сформирована структурными подразделениями со следующими функциями:

  • Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» (фронтирные инженерные задачи, выполнение НИОКР, подготовка «инженерного спецназа»: магистратура и ДПО, новые научно-технологические и образовательные пространства),
  • Научный центр мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» (проблемно-ориентированные фундаментальные исследования),
  • Центр компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» (выполнение НИОКР, разработка и коммерциализация технологий, развитие ДПО),
  • Инфраструктурный центр НТИ «Технет» (экспертно-аналитические доклады, нормативное регулирование, деятельность по разработке национальных стандартов),
  • Центр трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий СПбПУ (трансфер технологий, коммерциализация разработок).

Алексей Иванович подчеркнул флагманскую роль Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» в Экосистеме технологического развития СПбПУ. Докладчик отметил достижение высоких показателей деятельности подразделения благодаря выстроенной ранее системе кооперации с индустриальными партнёрами на основании многолетнего опыта взаимодействия и применению Передовой инженерной школой СПБПУ «Цифровой инжиниринг» модели политехнического образования, сформированной многими поколениями успешных учёных и инженеров.

Возвращаясь к развитию технологии цифровых двойников, Алексей Боровков разъяснил значение данного термина и подчеркнул, что 11 ключевых понятий этой технологии были закреплены в национальном стандарте, разработанном при участии специалистов СПбПУ, – ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения. Напомним, что именно в России впервые в мире был создан стандарт по технологии цифровых двойников, сфокусированный на разработке конкурентоспособных высокотехнологичных изделий с помощью технологии цифровых двойников, а не на оцифровке производственной инфраструктуры и логистики.

  • «Цифровой двойник изделия – это система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием и его составными частями.
  • Для разработки цифровых двойников требуется комплексная технология, которая сочетает в себе: многоуровневую матрицу требований и целевых показателей с учетом ресурсных ограничений (временных, финансовых, технологических и производственных, нормативных, экологических, экономических и др); наилучшие доступные технологии цифрового проектирования и моделирования; модельно-ориентированный системный инжиниринг (Model-Based Systems Engineering); математические модели, компьютерные модели, цифровые модели, обладающие высоким уровнем адекватности описания реальных материалов, конструкций, физико-механических и технологических процессов, эксплуатационных режимов; верификацию и валидацию математических, компьютерных и цифровых моделей; цифровые (виртуальные) испытания, цифровые (виртуальные) испытательные стенды, цифровые (виртуальные) испытательные полигоны; программно-технологическую платформу».

Далее Алексей Боровков рассмотрел применение технологии цифровых двойников для судостроения и подчеркнул широкий потенциал её использования, а также возможность перехода к «цифровой сертификации»:

  • «Технология цифровых двойников состоит, в первую очередь, из проведения множества цифровых испытаний с помощью математических и компьютерных моделей, которые позволяют минимизировать количество изменений, вносимых в конструкцию на этапе проектирования, прежде чем будет построено и испытано разрабатываемое судно, и, соответственно, снизить количество проводимых натурных испытаний до объема, достаточного для подтверждения соответствия требованиям технического задания, а также способствует прохождению всего комплекса необходимых испытаний с первого раза. Это возможно благодаря тому, что в процессе разработки цифрового двойника судна необходимо выполнить, как правило, тысячи или десятки тысяч цифровых испытаний материалов, узлов, компонентов, подсистем и систем.
  • ц Технология цифровых двойников делает возможным переход к цифровой сертификации”, которая направлена на прохождение всего комплекса натурных испытаний с первого раза. Применительно к военному и гражданскому судостроению цифровая сертификация” обеспечит существенное снижение объемов и длительности дорогостоящих швартовых, ходовых, контрольных и прочих испытаний, тем самым радикально повысив скорость разработки, выход на рынок или принятие на вооружение кораблей нового поколения, превосходящих по тактико-техническим характеристикам образцы ведущих зарубежных разработчиков».

В продолжение доклада Алексей Иванович рассмотрел применение передовых цифровых и производственных технологий в контексте разработки и оценки конструкционных материалов для судостроения. Спикер подчеркнул, что не меньшее значение в современных условиях приобретает создание с применением технологий цифрового проектирования и моделирования новых конструкционных материалов с заданными свойствами – более легких, прочных, стойких к коррозии, с улучшенными функциональными характеристиками в сравнении со свойствами традиционных, более «тяжелых» материалов, которые способствуют низкой топливной эффективности судов и обладают высокой стоимостью производства:

  •   «Отметим, что это становится возможным благодаря реализации на практике современного подхода к созданию материалов, состоящего в иной последовательности этапов проектирования: от требований, предъявляемых к изделию и продукту на рынке,  через разработку изделия или конструкции, удовлетворяющей требованиям,  и разработку технологических процессов производства изделия и изготовления материалов к созданию нового или использованию существующего материала, который имеет физико-механические характеристики, необходимые для обеспечения конкурентоспособности изделия и продукта на рынке.
  • Каждый этап приведенной последовательности сопровождается применением алгоритмов компьютерной оптимизации, позволяющих оптимизировать и значительно улучшать конструкцию, технологические процессы и материалы. Это позволяет трансформировать традиционный подход, основанный на “доводке” материала для достижения требуемых свойств, в современный подход. Результатом применения компьютерных технологий оптимизации к конструкции, технологиям и материалам выступает оптимизированный вариант конструкции и изделия, оптимизированные технологии изготовления конструкции и материала, а также инновационный материал, обеспечивающие создание конкурентоспособных конструкций и изделий, отвечающих требованиям мирового уровня».

В завершение доклада Алексей Боровков представил успешный проект в сфере судостроения, реализованный с помощью технологии цифровых двойников в интересах АО «Средне-Невский судостроительный завод» (входит АО «Объединенная судостроительная корпорация»): «В рамках проекта специалистами Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ было дано расчетное обоснование прочности корпуса первого в России высокоскоростного катамарана, изготовленного из углепластика с помощью вакуумной инфузии и разработана методика выполнения расчетов прочности высокоскоростных судов из полимерных композиционных материалов на основе прямого конечно-элементного моделирования. Полученные результаты были использованы индустриальным партнёром при проектировании высокоскоростного катамарана из углепластика. Применение композиционных материалов и технологий вакуумной инфузии в производстве корпуса катамарана позволило значительно снизить вес и увеличить прочность судна. Кроме того, композитный корпус не подвержен коррозии, что существенно увеличивает срок его эксплуатации. Инновационный катамаран «Грифон» был спущен со стапелей Средне-Невского судостроительного завода в 2017 году, и на сегодняшний день он единственный из всех типов многочисленных пассажирских судов продолжает бесперебойно работать даже во время сильных осенних наводнений в Санкт-Петербурге».

 

Специалист отдела энергетического машиностроения Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Дарья Ожгибесова осветила в докладе опыт и компетенции инженеров СПбПУ в развитии композиционных материалов с помощью технологии цифровых двойников.

«Основной проблемой расчетного обоснования несущей способности, долговечности, надежности и безопасности изделий из композиционных материалов является особенность таких изделий:  материал-конструкция-технология неделимы и представляют собой одно целое. Для обеспечения связи материал-конструкция-технология при использовании современных методов проектирования изделия из композиционных материалов по технологии цифровых двойников и для создания расчетных методик необходима разработка цифрового двойника материала, способного воспроизводить методологически, технически и физически свойства цифрового двойника изделия»,
– заключила Дарья Дмитриевна.

Спикер рассказала о принципах разработки цифровых двойников композиционных материалов, основанных в том числе и на формировании матрицы требований для достижения высокой адекватности цифровых моделей композиционных материалов, созданной в соотношении с двумя триадами: «Материал-Конструкция-Технология» и «Цифровой двойник на этапе Разработки-Изготовление-Эксплуатации». Дарья Ожгибесова описала процессы верификации и валидации цифровых моделей композиционных материалов на микро-, нано- и мезо-уровнях, которые проходят на разработанных цифровых испытательных стендах и полигонах.

  • «Разработанные методики цифрового моделирования позволяют получить высокоадекватные модели материалов и технологических процессов, используемые для инженерного анализа, с помощью которых решается проблема расчетного обоснования несущей способности, долговечности, надежности и безопасности изделий из композиционных материалов»,
    – подытожила Дарья Дмитриевна.
 

Заведующий лабораторией «Полимерные композиционные материалы» Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Илья Кобыхно представил доклад о современном уровне развития и перспективах применения термопластичных полимерных композиционных материалов.

Спикер кратко рассказал о деятельности лаборатории «Полимерные композиционные материалы» Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг», которая является площадкой для совместной работы научных сотрудников ПИШ СПбПУ и ключевых производителей волокон, полимеров, препрегов, разработчиков технологического оборудования и производителей конечной продукции с целью развития направления термопластичных полимерных композиционных материалов в России.

  • «Развитие промышленности требует разработки новых полимерных композиционных материалов, которые, помимо статической прочности, должны обладать комплексом свойств, включая: остаточную прочность после ударных и циклических нагрузок, устойчивость к различным видам излучения, коррозионную стойкость, широкий интервал эксплуатационных температур, низкий коэффициент трения и высокую износостойкость. Помимо эксплуатационных характеристик материала, показателем эффективности его применения является себестоимость и стоимость полного производственного цикла изготовления изделий. Наиболее перспективными материалами, которые могут удовлетворять всем предъявляемым требованиям, являются термопластичные полимерные композиционные материалы на основе углеродных волокон»,
    – заключил докладчик.

Спикер пояснил принципиальное отличие термопластичных полимерных композиционных материалов, состоящее в использовании в качестве материалов матрицы, конструкционных и суперконструкционных термопластичных полимеров, которые значительно повышают устойчивость полимерных композиционных материалов к ударным нагрузкам и расширяют диапазон эксплуатационных температур, в особенности в области отрицательных и криогенных.

  • «Помимо уникальных эксплуатационных свойств, термопластичные полимерные композиционные материалы позволяют перейти к принципиально новым производственным процессам на основе аддитивных безавтоклавных технологий, включая роботизированную выкладку ленты с нагревом лазерным излучением, 3D-печать сетчатых конструкций и горячую штамповку. Использование таких технологий приводит к снижению продолжительности производственного цикла изготовления изделия за счет значительного сокращения времени производства и снижения трудоемкости»,
    – объяснил потенциал развития данных материалов Илья Александрович.

Напомним, что 4 июля 2024 года в Передовой инженерной школе «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого состоится вторая научно-практическая конференция «Применение термопластичных композиционных материалов в промышленности», которая станет авторитетной площадкой для взаимодействия и организации конструктивных дискуссий отраслевых предприятий и научных центров с целью знакомства с результатами достижений и передовым опытом, обмена знаниями, выявления новых областей применения термопластичных материалов.

 

Эволюция науки о прочности корабля и вызовы цифровой трансформации стали основными темами выступления заведующего кафедрой строительной механики корабля Санкт-Петербургского государственного морского технического университета Александра Родионова. Спикер затронул ключевые вопросы использования методов оптимизации в анализе конструкции и применения искусственного интеллекта и нейронных сетей для анализа состояния конструкции и системы мониторинга прочности.

Проректор по научно-исследовательской работе, директор Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова Светлана Хаширова представила исследование об отечественных суперконструкционных полимерах и композиционных материалах на их основе, которые являются наиболее перспективными для применения в судостроительной отрасли.

  • «Разработанные полимерные материалы сочетают оптимальные свойства для применения в 3D-печати методами послойного нанесения расплавленной полимерной нити и селективного лазерного спекания и позволяют получать напечатанные изделия, не уступающие по свойствам литьевым. Важным фактором увеличения доли использования в судостроительной отрасли полимерных материалов является возможность снижения массы, что обусловливает сокращение расхода топлива и улучшение экологической обстановки», – пояснила Светлана Юрьевна.

Напомним, в 2023 году Алексей Боровков посетил Центр прогрессивных материалов и аддитивных технологий Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова, где ознакомился с его достижениями и научно-технологическим заделом.

Генеральный директор ООО «Исследовательский комплекс центра технологического обеспечения» Антон Рязанцев и ведущий инженер-конструктор компании Дмитрий Глуздов выступили с презентацией цифрового паспорта материала как инструмента оптимизации и ускорения проектирования.

  • «В условиях санкций, необходимости импортозамещения и работы на опережение в экономической гонке стран, важно создавать новые материалы и технологии проектирования конструкций. Аддитивные технологии и композитные материалы, в частности, бросают новые вызовы конструкторам и требуют обязательного включения прохождения этапов верификации, валидации расчетов и квалификации материалов. Для того чтобы помочь проектированию изделий на данных этапах различным конструкторским бюро в условиях разобщенности подходов отраслей и компаний во многих вопросах, связанных с проектированием, разрабатывается программный комплекс и база данных под названием "Цифровой паспорт материала"»,
    – заключил Антон Рязанцев.

Директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Александр Павлов презентовал концепцию цифровой платформы с инженерным и научным программным обеспечением для разработки полимерных и композиционных материалов.

В рамках выступления доцент кафедры «Строительные конструкции, здания и сооружения» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I Анатолий Кузнецов осветил перспективы использования искусственного интеллекта в жизненном цикле технически-сложных комплексов двойного назначения.

  • «Использование искусственного интеллекта на этапе проектирования кораблей и судов может существенно улучшить качество и эффективность проектов, а также снизить затраты»,
    – резюмировал докладчик.

Представитель Колледжа инженеров-кораблестроителей Харбинского Технического Университета Чжао Сяоцзюнь завершил серию докладов технической сессии своим выступлением, посвященным исследованию влияния характеристик внешней среды в судостроении.

После докладов участники технической сессии обсудили использование искусственного интеллекта на различных этапах кораблестроения, разработку ГОСТа в сфере цифровых двойников материалов, формирование цифровых паспортов и двойников материалов в рамках деятельности технического комитета по кибер-физическим системам.

 

XIII Международная конференция «Военно-морской флот и судостроение в современных условиях» выступила пространством для дискуссии и обмена опытом между представителями ведущих научных центров и предприятий по важным отраслевым вопросам военного и гражданского судостроения. В ходе технических сессий участники обсудили развитие конструкционных материалов отечественного производства и уровень научных исследований по данной тематике, методики расчета прочности, процессы стандартизации и сертификации материаловедения с учетом появления новых материалов и стремления к импортонезависимости.

Новости на сайте по теме публикации: