Цифровой инжиниринг — основа технологического лидерства. Открытая лекция Алексея Боровкова

В Политехе прошла открытая лекция проректора по цифровой трансформации СПбПУ, руководителя ПИШ СПбПУ Алексея Боровкова на тему «Цифровой инжиниринг — основа технологического лидерства».

Перед началом лекции состоялось награждение команд студентов Физико-механического института СПбПУ и Института энергетики за 3 и 1 место во всероссийской онлайн-игре «Время науки», состоявшейся в рамках «Дня знаний ТВЭЛ», топливного дивизиона Госкорпорации Росатом. Игра объединила свыше 700 студентов из различных регионов России. Политех представляли более 50 студентов ПИШ СПбПУ, Физико-механического института и Института энергетики. Памятные призы студентам вручил Алексей Боровков. За вдохновение студентов на победу также отметили директора Института энергетики СПбПУ Виктора Барскова и директора Высшей школы прикладной математики и вычислительной физики СПбПУ Николая Иванова.

Свою лекцию Алексей Иванович начал с краткого исторического экскурса в историю инжиниринга в СПбПУ. Он рассказал про легендарный Физико-механический институт СПбПУ, основателем которого выступил выдающийся российский физик, академик А. Ф. Иоффе. Необходимо отметить, что учебная программа Физико-механического факультета была разработана двумя одноклассниками — академиком А. Ф. Иоффе и выдающимся механиком XX века С. П. Тимошенко, иностранным членом АН СССР. Недавно Физико-механический институт отпраздновал 105 лет со дня основания.

После этого лектор перешел к представлению Экосистемы технологического развития СПбПУ. В основе работы Экосистемы лежит высокотехнологичный мультидисциплинарный подход — системный цифровой инжиниринг, который комплексирует ряд технологий, инструментов и методов, способствующих разработке конкурентоспособной продукции в кратчайшие сроки, что соответствует задачам по достижению технологического лидерства, обеспечению импортозамещения и импортонезависимости, глобальной конкурентоспособности экономики и национальной безопасности страны. Технологическое лидерство — это превосходство технологий и (или) продукции по основным параметрам (функциональным, техническим, стоимостным) над зарубежными аналогами.

Экосистема технологического развития СПбПУ представлена пятью федеральными структурами, сформированными по результатам побед в конкурсах Минобрнауки России.

• Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг».
• Научный центр мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии».
• Центр компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии».
• Инфраструктурный центр НТИ «Технет».
• Центр трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий СПбПУ.

Алексей Иванович подробно остановился на подразделениях экосистемы технологического развития Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, сформированном обширном научно-технологическом заделе в высокотехнологичных отраслях промышленности и шагах по достижению технологического лидерства.

«Для достижения национальной цели — технологического лидерства — нам необходимо предпринять ряд стратегически важных шагов. Этот процесс можно охарактеризовать как „двойной прыжок лягушки“ (Double Leap-Frogging), — подчеркнул Алексей Боровков. — В данном контексте первый „прыжок“ подразумевает импортозамещение и выход на мировой уровень проектирования и производства изделий, обладающих техническими характеристиками, не уступающими продукции ведущих мировых компаний. Второй „прыжок“ заключается в производстве конкурентоспособных изделий из отечественных материалов, спроектированных российскими инженерами и изготовленных на российских предприятиях — это фактически означает достижение технологического суверенитета. В дальнейшем, используя передовые цифровые технологии разработки цифровых двойников и цифровой сертификации на Цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench^®, мы можем на системной и фундаментальной основе успешно решать национальную задачу по достижению технологического лидерства».

Алексей Иванович сделал акцент на 12 открытых магистерских программах Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг», на которых суммарно доступны 123 бюджетных места. Из них 72 места по направлению «Прикладная механика», что является самым большим набором в Россию в магистратуру на данное направление. Также в ПИШ СПбПУ доступны свыше 50 программ дополнительного профессионального образования. В рейтинге Передовых инженерных школ России ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» занимает одно из лидирующих мест.

Подробнее ознакомиться со всеми образовательными программами ПИШ СПбПУ можно на Дне открытых дверей Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» «Попробуй ПИШ!», который состоится 11 декабря 2024 года.

Далее спикер показал ключевые результаты НИОКР Экосистемы технологического развития СПбПУ в 2024 году.

• Опытные образцы БПЛА «Снегирь-1» и «Снегирь-1.5».
• Опытный образец электродвигателя для БПЛА с улучшенными техническими характеристиками CML_03.
• Опытная установка для производства филаментов на основе углеводорода.
• Цифровые модели доставки комплекса разобщения селективной перфорации (РСП) к месту проведения работ в скважине, и работы узлов конструкции комплекса РСП — перфоратора и пакер-пробки.
• Цифровые испытательные стенды и полигоны на базе ЦП CML-Bench^® для комплексного прогнозирования и расчетных исследований поведения тепловыделяющей сборки в активной зоне и поиска новых конструкторских решений.
• Комплекс расчетов в обеспечение определения характеристик авиационного поршневого двигателя АПД-520.
• Обтекатель из композитных материалов для двухместного паралёта знаменитого российского путешественника Федора Конюхова.

Подробно Алексей Иванович остановился на разработке и изготовлении обтекателя из композитных материалов для двухместного паралёта знаменитого российского путешественника Федора Конюхова, являющегося Почетным доктором СПбПУ.

После этого Алексей Иванович перешел к детальному рассказу о Цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench^®, начав с основополагающих определений. Лектор сделал акцент на национальном стандарте ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения», разработанный РФЯЦ-ВНИИЭФ и СПбПУ, совместно с представителями 25 различных высокотехнологичных предприятий и отраслевых институтов России. Данный национальный стандарт с 24 ноября 2023 года включён в перечень взаимно признаваемых стандартов в сфере авиастроения между Китайской Народной Республикой и Российской Федерацией.

На простом и понятном всем примере бегущего гепарда Алексей Иванович продемонстрировал математические модели разного уровня адекватности, показал различия между цифровыми двойниками и цифровыми тенями. Цифровой двойник базируется на законах природы (законах физики, механики, термодинамики и др.), что требует решения нестационарных нелинейных 3D-дифференциальных уравнений в частных производных, а цифровые тени обходятся без этого, используя различные датчики на реальном объекте. Подробнее о понятии цифрового двойника изделия можно узнать на соответствующем онлайн-курсе на платформе «Открытое образование».

Алексей Боровков детально осветил процесс разработки и применения цифровых двойников на различных стадиях жизненного цикла: разработки (ЦД-Р), производства (ЦД-П) и эксплуатации (ЦД-Э).

«Наиболее понятным образом цифрового двойника служит собранный кубик Рубика, иллюстрирующий сбалансированную матрицу требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, являющейся основой технологии цифрового двойника, — отметил спикер. — В ходе создания цифрового двойника последовательно должна быть сформирована многоуровневая матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, затем нужно разработать систему математических и компьютерных моделей, которые должны быть верифицированы и валидированы, ну, и, наконец, путем проведения цифровых (виртуальных) испытаний на специализированных виртуальных испытательных стендах и полигонах добиться балансировки многоуровневой матрицы требований с целевыми показателями — собрать кубик Рубика».

Алексей Иванович подчеркнул, что инженерные задачи настоящего времени гораздо сложнее, чем раньше, а денег и времени на них выделяется меньше, что приводит к концепции «проектирования за гранью интуиции генерального конструктора».

Далее лектор подробно остановился на нескольких примерах применения Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench^® .

• Суперсани с улучшенными аэродинамическими характеристиками обтекателя и показателями управляемости для трехкратного чемпиона мира по санному спорту Романа Репилова.
• Возможности разработки цифрового двойника беспилотного летательного аппарата на цифровой платформе CML-Bench^®, на примере создания БПЛА «Снегирь-1».
• Разработка цифрового двойника тепловыделяющей сборки (ТВС) ВВЭР-1000 с антидебризным фильтром и перемешивающими решетками.
• Разработка цифрового двойника морского газотурбинного двигателя и редуктора в составе агрегата.
• Разработка технологии создания цифрового двойника редуктора типа РО55.

Закончил свое выступление Алексей Иванович рекомендациями для современных инженеров: Современный инженер должен обладать глубокой фундаментальной подготовкой и знаниями в области математики и физико-механики, знать современные достижения науки и передовых технологий, быть технически и технологически компетентным — владеть технологиями мирового уровня, обладать как специализированными, так и меж-, мульти- и трансдисциплинарными знаниями, умениями и навыками, компетенциями и технологиями. Он должен быть заинтересованным, мотивированным и увлеченным, быть готовым к обучению и самосовершенствованию на протяжении всей жизни, уметь работать в мульти-среде, быть инновационно и предпринимательски активным, обладать лидерскими качествами, быть быстрым, гибким и мобильным, глобально конкурентоспособным и востребованным, обладать системным и глобальным мышлением.

Лекция вызвала повышенный интерес, её участники активно задавали вопросы Алексею Ивановичу.

Мероприятие состоялось в рамках цикла открытых лекцийпроводимых в Передовой инженерной школе СПбПУ «Цифровой инжиниринг».

Источник: www.spbstu.ru