В рамках научно-деловой программы Форума «Армия-2020» состоялся круглый стол «Цифровые двойники в военном кораблестроении. Проблемы и перспективы», организатором которого выступили ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова».
Следите за новостями «Новый оборонный заказ. Стратегии» в Google News, будьте в курсе событий!
Представители научного сообщества и предприятий ОПК обсудили новые технологические направления создания вооружения и военной техники в интересах ВМФ, а также порядок внедрения технологии цифровых двойников при разработке, создании и испытаниях новых образцов.
Как отметили участники круглого стола, заказчик готовых изделий – кораблей и судов – ужесточает требования к исполнителю. Так приходится заниматься разработкой и производством перспективных образцов в гораздо более сжатые сроки, сокращается и финансирование проектов. В целях сокращения времени и затрат на создание перспективных образцов ВВСТ компании находятся в поиске новых подходов цифрового инжиниринга, поскольку традиционный подход уже не помогает решать усложняющиеся задачи.
Согласно Программе военного кораблестроения до 2050 года одной из ключевых задач является создание научно-технического задела в этой сфере. С этой точки зрения внедрение технологии цифровых двойников открывает перед корабелами большие перспективы по достижению этой и других целей Программы. Технология уже находит свое применение, и одной из главных задач работы круглого стола стала проработка возможностей применения передовой технологии в интересах ВМФ.
С установочным докладом на тему «Технология «Цифровые двойники» в интересах создания перспективных образцов ВВСТ» выступил проректор по перспективным проектам СПбПУ, руководитель Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», руководитель Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ Алексей Боровков.
В 2018 году в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого образован Центр компетенций НТИ «Новые производственные технологии», ставший инфраструктурной основой взаимодействия научных, образовательных и промышленных организаций в целях обеспечения глобальной конкурентоспособности отечественных компаний-лидеров на рынках НТИ и в высокотехнологичных отраслях промышленности. В числе ключевых компетенций Центра НТИ СПбПУ – новая парадигма цифрового проектирования и моделирования глобально конкурентоспособной продукции на основе цифровых двойников объектов, процессов и систем.
Алексей Боровков рассказал, как Центр компетенций НТИ СПбПУ формулирует определение «цифровой двойник»: «Цифровой двойник – это комплексная технология, процесс проектирования, в основе которого лежит разработка и применение семейства сложных мультидсциплинарных математических моделей, описываемых 3D-нестационарными нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных, с высоким уровнем адекватности».
Главными составляющими технологии являются, по словам Боровкова, best-in-class технологии мирового уровня, системный инжиниринг, многоуровневая матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, а также триада «виртуальные испытания», «виртуальные стенды», «виртуальные полигоны».
«Важный момент применения технологии цифровых двойников – приоритизация технологий и генерация исключительно полезных данных, что особенно ценно в рамках Индустрии 4.0», - сказал он.
Технология цифровых двойников охватывает весь жизненный цикл продукта: от этапа проектирования, включая НИР и ОКР, производства – и до этапа послепродажного обслуживания и утилизации. Цифровой двойник «обучаем» в процессе эксплуатации, он становится «умнее» – этот процесс сопровождается пополнением базы данных, базы решений, базы знаний.
При этом, отметил Боровков, моделировать можно поведение не только реальных материалов, объектов, систем, машин, конструкций и т.п., но и технологические процессы, с помощью которых эти реальные объекты создаются. Иными словами, возникает цифровой двойник, который «знает», как он изготовлен, и именно такой цифровой двойник поступает на этап эксплуатации. На этапе эксплуатации цифровой двойник дает три обратные связи: на этап эксплуатации, на этап производства, и, самое важное, на этап проектирования.
«В результате моделирования возникают две кривые, одна из которых соответствует цифровому двойнику объекта, а вторая – цифровом двойнику технологических процессов, в ходе которого изготовлен этот цифровой двойник. И здесь возникает умный цифровой двойник – то есть цифровой двойник, который «помнит», как его делали, с какой последовательностью его изготавливали. И именно умный цифровой двойник «берет под ручку» реальный объект и сопровождает его на всех этапах жизненного цикла», - добавил Боровков.
Важными исходными данными, которые должны быть учтены при моделировании и проектировании, являются принятые стандарты.
«Система не позволит себе сформировать решение, которое будет противоречить какому-либо стандарту. В ней уже содержатся и учитываются те мировые стандарты, которые, по идее, должны всегда быть у специалиста в голове. Но как известно, все их держать в голове довольно сложно, а платформа с этой задачей справляется», - отметил эксперт.
При этом из числа решений, полученных в результате моделирования и проектирования на основе технологии цифровых двойников, конечное выбирает всегда главный конструктор. Остальные решения, удовлетворяющие исходным требованиям, «сидят в засаде» и ждут своего часа. При этом, как особо отметил Боровков, эти накопленные решения помогают совершенствовать платформу, а также они могут быть использованы для любой смежной задачи в другой отрасли.
Центр НТИ СПбПУ собрал крупнейший консорциум лидеров промышленности, науки и образования, который по состоянию на июль 2020 года насчитывает 74 участника и более 25 компаний-партнеров. Среди них – крупнейшие российские корпорации: Ростех, Росатом, РЖД, ОАК, ОДК, ОСК, Вертолеты России и др., ведущие университеты-партнеры, «национальные чемпионы» и лидеры инноваций.
«Это очень важно – работать с разными отраслями промышленности. Это позволяет понимать, как развиваются отрасли, их темпы развития, в частности, становится понятно, кто “забегает вперед”, а кто является технологическим лидером. Работая с разными отраслями, мы имеем возможность быть на технологических фронтирах развития этих отраслей и переносить передовые решения из одной отрасли в другую, в которой об этих решениях знать не знают, зачастую – даже и знать не хотят, потому что отрасли между собой не общаются», - отметил Боровков.
Кроме того, эксперт обратил внимание на возможность решения проблемы преемственности знаний в ОПК, когда специалисты уходят и уносят с собой большой пласт знаний. Разработанная Центром компетенций НТИ СПбПУ платформа содержит в себе «знания» людей, которые уже завершили свой трудовой путь. «По указанным целевым требованиям платформа выдает ряд приближений, которые раньше уже использовались людьми, которых ты мог не знать, не видеть ни разу в жизни, и это очень важно», - отметил Боровков.
На технологию обратили внимание и за рубежом. Первые ласточки появились уже в 2013 году, а в 2018 году в США была принята «Стратегия цифрового инжиниринга» в реализации Стратегии национальной обороны США. «Это демонстрирует, насколько серьезна сегодня востребованность цифрового проектирования и моделирования в промышленно развитых странах», - отметил Боровков. «Однако оценка тех документов, которые появляются и публикуются в США, позволяет заметить, что они (США – прим.НОЗС) отстают от нас приблизительно на три года». Впрочем, экспертное сообщество Центра компетенций НТИ СПбПУ продолжает отслеживать изменения, происходящие в том числе в зарубежный странах.
Современная цифровая трансформация требует, по словам спикера, достижения принципиально нового уровня разрабатываемой и производимой продукции.
«И ключевую роль в этом процессе играет применение передовых производственных технологий, и в первую очередь – цифрового проектирования и моделирования, которые позволяют промышленным компаниям – лидерам рынка в кратчайшие сроки разрабатывать и создавать глобально конкурентоспособную (best-in-class) продукцию нового поколения в любых отраслях», - отметил в заключение выступления Алексей Боровков.
Своим опытом применения технологий цифрового моделирования и проектирования поделился главный конструктор ПАО «ОДК-САТУРН» Артем Бадерников. Он рассказал о формулировании задач и целей при создании цифрового двойника корабельного газотурбинного двигателя в составе надводных кораблей ВМФ.
Бадерников отметил вызовы, с которыми сталкивается отрасль. Это сжатые сроки выполнения работ, ужесточение требований ТЗ и необходимость разработки ГТД в рамках кооперации. Эти вызовы, по мнению Бадерникова, и подталкивают компании к цифровизации.
В представлении специалиста разработка Цифрового двойника включает в себя два этапа, в частности – разработку цифровой тени серийного производства, и затем – разработку цифрового двойника производства.
Бадерников затронул ряд ключевых моментов, связанных с внедрением технологии.
Во-первых, он обратил внимание на необходимость создания специальной платформы, которая смогла бы обеспечить связь между компонентами цифрового двойника. Бадерников отметил, что у Петербургского Политеха такое решение уже есть, но необходима адаптация платформы с учетом потребностей конкретного пользователя. Важно, чтобы этой платформой могли пользоваться и производитель, и эксплуатант – каждый в своих целях. Кроме того, платформа должна, по мнению эксперта, обеспечивать «стыковку» сразу нескольких цифровых двойников изделий в составе сложного объекта.
Во-вторых, существенным является обеспечение финансирования разработки цифровых двойников. При этом, по словам Бадерникова, речь идет сразу о нескольких задачах. Это НИОКР с применением технологии цифровых двойников, которые должны быть включены в ТЗ, это разработка цифровых двойников уже существующих изделий, также это разработка отечественного ПО, поскольку речь идет о создании перспективных образцов ВВСТ в интересах Министерства обороны.
Правда, существенным фактором является особенность Минобороны как заказчика. Минобороны работает с продуктами, уже прошедшими апробацию и испытания. А поскольку создание изделий с применением технологий цифрового проектирования и моделирования на основе цифровых двойников – это разговор о завтрашнем дне, значительная часть расходов по внедрению технологии ложится все-таки на плечи компаний.
Опытом разработки и использования цифровых двойников поделился начальник отдела АО «КБП» Валерий Понятский. В частности, он рассказал о разработке и использовании на этапе испытаний цифрового двойника блока оптико-электронной системы ЗРАК «Панцирь-М». Эксперт рассказал, какие задачи были решены в ходе выполнения работ. В первую очередь, была произведена оценка БОМ ЗРАК «Панцирь-М» и выработаны решения, обеспечивающие заданные ТТХ. Специалисты предприятия прошли обучение в СПбПУ, а также освоили технологию СПбПУ по построению цифрового двойника изделия, включая проведение расчетов в соответствие с матрицей ресурсных ограничений и целевых показателей, обеспечивающих выполнение требований ТТХ. «Благодаря технологии “цифровых двойников” мы перевели большую часть виртуальных испытаний на самый ранний период и смогли параметризовать модель оптико-механического блока. Нами были предложены такие варианты, которые, с учетом конструкторской проработки, заняли бы большее количество времени», - прокомментировал заместитель начальника отдела разработки автомобилей и техники Центра НТИ СПбПУ Николай Харалдин.
В ходе работ на этапе испытаний, по словам Понятского, была произведена доработка конструкции приспособления и БОМ. При этом полученные расчеты будут использоваться для дальнейшей отработки системы на последующих этапах ее жизненного цикла, добавил эксперт.
Впрочем, как отметили участники круглого стола, важно, чтобы такие инициативы на становились частной работой и велись с должным военно-техническим сопровождением.
О цифровых двойниках высокооборотных дизельных двигателей с точки зрения опыта ПАО «Звезда» рассказал начальник отдела Павел Варулин. Специалист, говоря об опыте компании, обратил внимание на ещё одно существенное требование – необходимость сокращения времени и затрат не только на проектирование и производство перспективной продукции, но и на вывод этой продукции на рынок. Это, по мнению Варулина, позволит продукции быть более конкурентоспособной, поскольку важно не только произвести качественный продукт, но и успеть занять с ним нишу на рынке.
Рассказал Варулин и о необходимости разработки цифровых двойников для их применения при модернизации уже существующей продукции. Внедрение технологии и сопровождение изделия на разных этапах жизненного цикла, по словам эксперта, позволит понять, как изделие будет «себя вести», а также спланировать мероприятия по работе с ним.
Начальник научно-исследовательского отдела АО «Концерн «Калашников», заместитель главного конструктора по науке Константин Сермягин рассказал о концептуальных подходах Концерна к разработке высокоточных систем вооружения с использованием цифровых двойников. Он отметил переход от работе с комплектом документов на изделие к работе с его электронным описанием. Это, по словам Сермягина, позволяет в рамках Концерна обеспечить синхронное управление инженерными данными.
Новые условия, связанные с ужесточением требований и сокращением сроков разработки изделий, внесли коррективы и в работу Концерна «Калашников». Как рассказал Сермягин, перед Концерном были поставлены новые цели, связанные с переходом от традиционного подхода к проектированию и производству к передовому. В частности, важным стало смещение затрат на этап разработки, поскольку стоимость внесения изменений различается на разных этапах жизненного цикла, и чем позднее вносятся изменения, тем дороже это обходится.
Отчасти для реализации этой цели в Концерне формируется практика использования виртуальных испытательных полигонов. По словам Сермягина, важным моментом является формирование единой базы знаний по большому количеству таких виртуальных испытаний, и в этом отношении Концерн нарабатывает опыт, реализуя сразу несколько пилотных проектов.
В целом о цифровизации процессов разработки и изготовления ВВСТ на МКБ «Факел» рассказал начальник отдела систем поддержки жизненного цикла изделий предприятия Дмитрий Ефимов. Он отметил, что цифровизация – это веяние времени, и практически все компании идут в этом направлении.
Существенным моментом работы МКБ является вопрос передачи информации и документации от опытного предприятия к предприятию, которое занято серийным производством. Для этого, по словам Ефимова, требуется создание определенной инфраструктуры. В частности, для передачи конструкторской документации между предприятиями, работающими в разных САПР (система автоматизированного проектирования) встает вопрос о создании единой базы нормативно-справочной информации и библиотеках стандартных изделий. Более того, для создания таких инструментов, по словам эксперта, потребуется перевод в электронную форму дел изделий, заключающих полный пакет документации по ним. Это огромный пласт работы, которую, впрочем, с учетом современных требований однажды придется выполнять.
Впрочем, по словам Ефимова, для этого потребуется преодолеть ещё одно существенное препятствие: сотрудники «старой школы» морально не готовы перейти от проектирования на бумаге к цифровому проектированию, и для преодоления этого препятствия тоже потребуется время.
В заключение работы круглого стола выступил руководитель направления ИОЭТО АО «ИК «Неотек Марин» Петр Гацак. Он рассказал о применении цифровых технологий при создании средств интегрированной логистической поддержки энергетических установок современных и перспективных кораблей. Гацак познакомил участников круглого стола со специальным программным обеспечением, которое сейчас используется в компании, а также показал работу ПО на конкретных примерах. Эксперт обозначил необходимость создания консолидированных баз знаний по отдельным направлениям. В адрес компании со стороны Минпромторга поступило приглашение принять участие в программах цифровизации предприятий ОПК, для чего представитель министерства попросил направить в Минпромторг материалы и предложения, которые компания на сегодняшний день готова представить и промышленным предприятиям, и Министерству обороны.
По итогам круглого стола были сформулированы основные тезисы. В первую очередь была отмечена необходимость разработки единого терминологического аппарата в отношении технологии цифровых двойников, для чего предложено адаптировать уже существующий понятийный аппарат или разработать новый.
Отмечена необходимость разработки нормативной базы в этой сфере. Уже ведутся работы по стандартизации, поскольку утверждение стандартов – это важный шаг в нормативно-техническом регулировании отечественной цифровой промышленности.
Кроме того, особый акцент был сделан на важности развития пилотных проектов по применению технологий цифрового моделирования и проектирования.
С участниками круглого стола будет согласован итоговый протокол, во исполнение положений которого принято решение проводить встречи на регулярной основе для обсуждения возможностей применения технологии цифровых двойников.
©«Новый оборонный заказ. Стратегии»
