30–31 октября в рамках конгресса «Русский инженер» состоялась научно-практическая конференция «Цифровое материаловедение-2024». Мероприятие прошло в Центре превосходства «Цифровое материаловедение» МГТУ им. Н.Э. Баумана.
В рамках конференции состоялось обсуждение современных достижений в различных областях моделирования и применения методов машинного обучения к разработке новых полимерных и композиционных материалов.
Участниками конференции стали представители передовых российских предприятий и ведущих образовательных и научных учреждений.
Открывая научно-практическую конференцию руководитель проектов Центра превосходства «Цифровое материаловедение» МГТУ им. Н.Э. Баумана Леван Татунашвили рассказал, что в настоящее время в стране существует огромное количество разрозненных решений в области цифрового материаловедения, которые охватывают различные типы материалов, масштабы и подходы моделирования. Одним из агрегаторов отрасли предложена платформа для ускоренной разработки материалов разными методами, разрабатываемая учеными Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана с партнерами.
«На данный момент уже частично реализован базовый функционал платформы – это возможность использования моделей машинного обучения для предсказания свойств как полимерных, так и композиционных материалов. В части физического моделирования реализован конструктор материалов на молекулярном уровне с возможностью визуализировать полученный результат, а также разработаны алгоритмы расчета ряда свойств – на данный момент это плотность, температура стеклования полимера и модуль Юнга», – продолжил директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Александр Павлов.
С пленарным докладом «Применение технологии цифровых двойников и термопластичных композиционных материалов в высокотехнологичной промышленности» выступил проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков.
Алексей Иванович начал свое выступление с рассказала о роли Экосистемы технологического развития СПбПУ, которая представлена пятью структурами:
- 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.
Спикер подробно остановился на теме применения технологии цифровых двойников в высокотехнологичных отраслях промышленности. Это стало возможным благодаря уникальной разработке сотрудников СПбПУ - Цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®.
«На Цифровой платформе CML-Bench® каждый день проходит около 100 цифровых испытаний, для чего необходимо 57 000 ядро-часов HPC-системы. Подразделениями Экосистемы технологического развития СПбПУ на цифровой платформе выполняется около 125 НИОКР ежегодно и обеспечивается одновременная совместная работа 300 инженеров.
В настоящий момент на платформе представлены 332 тысяча цифровых и проектных решений. Развитая архитектура платформы включает 170 программных систем и модулей CAx, что позволяет осуществлять мультидисциплинарное компьютерное моделирование и высокопроизводительные расчёты для решения широкого спектра задач в интересах промышленности, - отметил Алексей Иванович.
В продолжение лекции спикер изложил концепцию создания изделий в контексте триады «Материалы & Технологии & Конструкция».
«Прежде всего перед нами стоит задача достижения технологического лидерства - это превосходство технологий и (или) продукции по основным параметрам (функциональным, техническим, стоимостным) над зарубежными аналогами. В это определение я считаю важным добавить «материалы», так как именно из материалов (металлических, неметаллических, композиционных и др.) состоят все изделия (машины, конструкции, установки и т.д.).
Для разработки высокотехнологичных изделий мы предлагаем подход, в рамках которого проектирование конструкций ведется с помощью передовой технологии цифровых двойников с учетом всех специфических особенностей физико-механических свойств материалов, физико-механических процессов, технологических и производственных процессов, наконец, эксплуатационных режимов.
В процессе проектирования осуществляется оптимизация всех элементов фундаментальной триады «Материалы & Технологии & Конструкция» для достижения высоких целевых показателей путем балансировки элементов в многоуровневой матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Важно понимать, что мы стремимся достичь мирового уровня, поэтому наша задача состоит, в первую очередь, в проектировании Изделия – Конструкции, выбирая рациональным образом Материалы и Технологии», - пояснил Алексей Боровков.
Кроме этого, для достижения цели технологического лидерства необходимо сделать «двойной прыжок лягушки» (Double Leap-Frogging), где первый «прыжок» - это импортозамещение - выход на мировой уровень производства и создание изделий, которые по своим характеристикам не уступают продукции ведущих мировых компаний. Второй «прыжок» - это опережение производственного лидера и фактически достижение технологического суверенитета. В решении этой сложной задачи необходимо использование технологии разработки цифровых двойников.
Отметим, что сотрудниками Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого был разработан национальный стандарт Российской Федерации - ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения», который был утверждён 16 сентября 2021 года. В документе установлено определение «цифрового двойника изделия, «цифровой модели изделия», стандартизованы следующие понятия: «цифровые (виртуальные) испытания», «цифровой (виртуальный) испытательный стенд» и «цифровой (виртуальный) испытательный полигон.
Далее Алексей Иванович остановился на основных достижениях Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» в направлении термопластичных композиционных материалов.
В первую очередь – это разработка опытно-промышленной технологии изготовления филаментов (расходный материал в виде нити, используемый для 3D-печати) из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов. Углеродное волокно обладает высокой прочностью и жесткостью и при этом является очень легким материалом. Это позволяет использовать его для создания прочных и легких деталей, которые могут выдерживать большие нагрузки в ракетно-космической и авиационной отрасли, а также в двигателестроении.
В 2023 году сотрудниками Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» была разработана и поставлена лабораторная установка, которая на данный момент эксплуатируется на площадке АО «ПСКМ» в г. Москве и активно используется для наработки опытных партий материалов. В декабре 2024 года будет запущена опытно-промышленная установка, производящая одновременно 40 филаментов со скоростью 5 м/мин.
«Наше новейшее инновационное и технологическое решение - уникальный беспилотный летательный аппарат «Снегирь-1.5» - изготовлен из материалов с применением передовых цифровых и производственных технологий. В процессе проектирования была создана и прошла апробацию технология оверпринтинга, которая подразумевает изготовление сложных конструкций с сочетанием методов прессования/штамповки и выкладки ТПКМ с аддитивным производством методом FDM/FGF из наполненных дискретными волокнами полимеров, а также технология индукционной сварки ТПКМ, которая позволяет сваривать углепластики с матрицами из любых термопластичных полимеров с общей толщиной шва до 7,5 мм и получением прочности шва в 2 раза больше, чем при применении специализированных клеев», - добавил Алексей Боровков.
Продолжая конференцию профессор РАН Артем Огановвыступил с докладом на тему «Предсказание и объяснение новых химических явлений», рассказав об уникальном методе USPEX для предсказания кристаллических структур материалов по их химическому составу.
Лев Донковцев, руководитель проектного офиса «Цифровая платформа «Технологии, материалы и конструкции» Госкорпорации «Росатом» (АО «Атомэнергопром»), отметил, что разработанная в ГК «Росатом» платформа обеспечивает поддержку жизненного цикла данных о материалах, технологиях и конструкциях:
«В платформе данные о материалах, технологиях и конструкциях классифицированы и структурированы. Это поможет технологическим компаниям в разных отраслях промышленности находить импортозамещенные аналоги материалов, осуществлять трансфер технологий, экономить время на подборе поставщиков».
По итогам конференции участники решили, что необходима системная работа над определением экосистемы всех имеющихся в стране цифровых решений в области материаловедения, предполагающая объединение баз данных и создание условий для свободного доступа инженеров и исследователей к сформированной экосистеме.
Полная запись трансляции научно-практической конференции «Цифровое материаловедение-2024» доступна по ссылке 30 октября и 31 октября.