2 апреля 2024 года в Передовой инженерной школе Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого «Цифровой инжиниринг» (ПИШ СПбПУ) состоялась рабочая встреча с представителями ПАО «Газпром». Основной темой обсуждения стала организация совместного пилотного проекта цифровых испытаний машиностроительной продукции для её внедрения на объектах ПАО «Газпром». Участники встречи ознакомились с компетенциями и опытом ПИШ СПбПУ в проведении сложных расчётов, создании мультидисциплинарных программных продуктов и оценили наличие собственных высокопроизводительных мощностей.
Участники рабочего совещания
- Шарохин Виктор Юрьевич, начальник Департамента ПАО «Газпром»;
- Гладких Дмитрий Владимирович, заместитель начальник Департамента ПАО «Газпром»;
- Завгородний Евгений Александрович, начальник Управления ПАО «Газпром»;
- Густов Дмитрий Сергеевич, начальник отдела ПАО «Газпром»;
- Соколов Артем Игоревич, главный технолог ПАО «Газпром»;
Боровков Алексей Иванович, 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», Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ и Центра трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий СПбПУ;
Рождественский Олег Игоревич, заместитель руководителя Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
МихайловАлександр Александрович начальник отдела лицензионно-программного обеспечения и международных проектов Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
Игорь Борисович Войнов, начальник отдела конечно-элементной механики и компьютерного инжиниринга Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
Сергей Давидович Чишко, начальник отдела исследования и проектирования механизмов Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
Ефимов-Сойни Николай Константинович, начальник отдела энергетического машиностроения Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
Корчков Михаил Юрьевич, руководитель направления авиастроения Цифровой платформы CML-Bench® Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
Шандер Игорь Федорович, руководитель сектора развития и разработки электротранспорта Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ;
Горский Юрий Александрович, руководитель группы трансфера технологий отдела перспективных разработок в двигателестрении Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
Ховайко Михаил Викторович, ведущий инженер учебной научно-исследовательской лаборатории «Вычислительная механика» СПбПУ;
Керестень Илья Алексеевич, ведущий инженер отдела конечно-элементной механики и компьютерного инжиниринга Института передовых производственных технологий СПбПУ;
Журавлев Дмитрий Николаевич, инженер отдела исследования и проектирования механизмов Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
Колодяжный Игорь Юрьевич, инженер отдел энергетического машиностроения Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг».
Начальник Департамента ПАО «Газпром» Виктор Шарохин поприветствовал участников встречи и обозначил основные производственные запросы компании:
«Я благодарю вас за готовность к расширению нашего сотрудничества и обсуждению ключевых аспектов совместной работы в направлении цифровизации производственной деятельности компании. Мы давно рассматриваем возможность перехода к цифровым испытаниям в связи с тем, что с каждым годом оборудование становится более сложным и процесс проведения натурных испытаний крайне затруднителен в условиях расположения производственных площадок в различных регионах и иногда в труднодоступной местности. Я уточню, что в нашей обычной практике мы проводим испытания оборудования на действующих производственных объектах в условиях максимально схожих с реальным рабочим процессом. В текущей ситуации логистические сложности, рост финансирования и увеличение временных затрат на натурные испытания показывают нам целесообразность перехода к “цифре”. Следовательно, нам очень интересен ваш опыт и знания в сфере цифровых испытаний, а также программное обеспечение и имеющиеся вычислительные мощности для данного процесса. В дополнение подчеркну, что мы заинтересованы не только в процессе проведения самих испытаний в цифровой среде, но нам важно обеспечение процедуры признания их результатов в правовом поле, так как в дальнейшем планируем уходить от значительного количества натурных тестов в своей практике».
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», Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ и Центра трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий СПбПУ Алексей Боровков поблагодарил представителей ПАО «Газпром» за структурированный запрос и подчеркнул:
«Мы достаточно давно развиваем в промышленном секторе технологию цифровых двойников. По вопросу стандартизации и внедрения терминологии технологий системного цифрового инжиниринга в правовое поле я отмечу, что научные сотрудники СПбПУ, принимали активное участие в создании национального стандарта по данной технологии, –ГОСТ Р 57700.37 – 2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения». В основе работы над стандартом лежал комплексный системный подход. Процесс разработки стандарта длился 2 года. За этот период ГОСТ был согласован с 50-тью высокотехнологичными компаниями со всей страны. В стандарте введены единые определения терминов “цифровая модель изделия”, “цифровой двойник изделия”, “цифровые (виртуальные) испытания”, “цифровой (виртуальный) испытательный стенд”, “цифровой (виртуальный) испытательный полигон”, а также “многоуровневая система требований”, “адекватность модели”, “валидация модели изделия”, “верификация ПО компьютерного моделирования”, “валидация ПО компьютерного моделирования”, “сертификация ПО компьютерного моделирования” и т.д. Национальный стандарт был успешно зарегистрирован в Росстандарте, действует в России с1 января 2022 года, а также признан важным и значимым для отрасли гражданского авиастроения в Китайской Народной Республике. Торжественная церемония признания стандарта состоялась24 ноября 2023 года в Китае. В рамках многолетней работы над совместными наукоемкими проектами мы провели множество дискуссий с индустриальными партнёрами из различных отраслей промышленности с целью рассмотрения практических вопросов перехода к цифровым испытаниям. Одновременно мы активно продвигали данную инициативу на государственном уровне, обсуждая с экспертами нюансы включения в нормативно-правовое поле терминологии, связанной с цифровыми испытаниями, в частности, понятия “цифровая сертификация”. Важным достижением в формировании нами федеральной повестки является закрепление определения термина “цифровая сертификации” в редакции специалистов Центра компетенций НТИ СПбПУ 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”».
Далее Алексей Иванович отметил многолетнюю практику работы инженеров СПбПУ с мировыми лидерами и рассказал о начале применения технологий системного цифрового инжиниринга в производственной практике и росте интереса к цифровым испытаниям со стороны высокотехнологичных компаний России:
«Во многом мы являемся законодателями развития технологии цифровых двойников и перехода к цифровым испытаниям в российской промышленности. В Россию данные технологии попали через автомобильную промышленность. На мировом уровне в контексте цифровых испытаний и использования технологии цифровых двойников автопром находится на передовой, так как достаточно давно и успешно их применяет. Для российской промышленности задача проекта “Кортеж” по разработке линейки автомобилей для первых лиц государства в условиях практически отсутствующей автомобильной отрасли выступила тем вызовом, который наглядно показал, что для достижения результата необходимы новые технологии и подходы. Естественно, научный задел в России существовал давно. Инженеры СПбПУ завершили более 250 проектов в интересах мировых лидеров автомобильной отрасли. Именно этот опыт дал нам возможность усвоить лучшие практики, решения в развитии технологий системного цифрового инжиниринга, которые мы успешно применили в проекте “Кортеж”. Сейчас передовые цифровые и производственные технологии, в частности, технология цифровых двойников имеют наиболее интенсивный темп развития в отрасли двигателестроения. Например, мы ведем НИОКР для отрасли двигателестроения на суммарный объем в 1 млрд. рублей ежегодно. Ориентируясь на ваши отраслевые интересы, я отмечу, что мы имеем опыт работы с крупными мировыми компаниями в энергетической промышленности: BJ Services, Weatherford International, Halliburton».
Проректор по цифровой трансформации СПбПУ Алексей Боровков подробно остановился на определении термина «цифровой двойник» и подчеркнул его отличия от «цифровой тени».
Цифровой двойник изделия – система, состоящая из цифровых моделей и двусторонних информационных связей с изделием и его составными частями. Цифровые двойники формируются на всех стадиях жизненного цикла изделия: разработка, производство и эксплуатация.
«Мы наблюдаем, что пока в сообществе существует непонимание того, что является цифровым двойником, и часто их путают с так называемыми “цифровыми тенями”. Цифровая тень создается при следующем подходе: когда изделие уже готово, производитель, выходя на этап эксплуатации, крепит датчики на него для мониторинга состояния, далее осуществляет имитационное математическое моделирование и формирует предикативную аналитику. С одной стороны, этот подход очень популярен, но с другой – в мировом масштабе он себя не оправдал по причине того, что в процессе происходит генерация сверхизбыточных данных, которые не всегда корректные, правильные и содержательные (Smart Big Data), т.е. “мусорные данные”. Цифровой двойник, в свою очередь, формируется на всех стадиях жизненного цикла изделия и основан на законах физики и математики, которые позволяют избежать генерации “мусорных данных”. В основе технологии 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», – заключил проректор по цифровой трансформации СПбПУ.
Переходя к части дискуссии об осуществлении цифровых испытаний в рамках триады «виртуальные испытания – виртуальные стенды – виртуальные полигоны» и внедрении передового бизнес-процесса «цифровой сертификации», представители ПАО «Газпром» и ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» остановились на рассмотрении текущей практики прохождения испытаний и подробно обсудили нюансы правового регулирования в контексте использования передовых цифровых и производственных технологий.
«Традиционная практика проведения натурных испытаний связана со значительными временными и финансовыми затратами и выходом на новый цикл в случае неудачи. Производители видят в этом потери и характеризуют данный процесс как «дорого и долго». Переход к цифровой сертификации позволит проходить натурные испытания с первого раза за счёт проведения большого количества испытаний на виртуальных стендах и полигонах. В нашей практике есть такой пример. Перед тем как обратиться к нам инженеры НПО “Центротех” (входит в контур управления Топливной компании “ТВЭЛ” Госкорпорации “Росатом”) более трех лет терпели неудачи на испытаниях в рамках проекта по разработке отечественного вибросита для системы очистки бурового раствора при нефтедобыче, которое было бы способно обеспечивать стабильную работу при средних виброускорениях ~ 7 g или выше. С помощью технологии цифровых двойников нами было предложено решение, которое полностью соответствовало требованиям Заказчика, успешно прошло натурные испытания с первого раза и эксплуатируется уже более 5 лет на производственных площадках Госкорпорации», – заключил проректор по цифровой трансформации СПбПУ.
Алексей Боровков подчеркнул, что подразделения экосистемы технологического развития СПбПУ имеют успешный опыт работы с индустриальными партнёрами как в рамках отдельных проектов, так и в контексте систематического взаимодействия по решению актуальных фронтирных задач компании, закрепленных в стратегии развития предприятия.
«На протяжении трех лет мы осуществляли разработку цифрового двойника морского газотурбинного двигателя и редуктора в составе агрегата по заказу ПАО “ОДК-Сатурн” (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию ГК “Ростех”) и Минпромторга России. За этот период на Цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®был организован оперативный рабочий процесс специалистов Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ и представителей Заказчика, который позволил осуществить разработку одного из самых сложных изделий в мире за сравнительно короткий срок. Технология цифрового двойника сократила время выполнения инженерных расчетов на 30–40%, снизила сроки и стоимость создания новых изделий. После окончания в 2023 году проект не только оказал драйверное влияние на стратегическое развитие компании, но и положил начало цифровизации всей отрасли двигателестроения в России», – подытожил Алексей Иванович.
В завершение встречи участники обсудили форматы сотрудничества и определились с графиком дальнейших совещаний с учётом задач по организации пилотного проекта цифровых испытаний машиностроительной продукции в интересах ПАО «Газпром».