Инновационные технологии в машиностроении: представители СПбПУ выступили с докладами на круглом столе в рамках выставки «Иннопром-2022»

6 июля 2022 года в рамках Международной промышленной выставки «Иннопром-2022» на площадке Уральского завода гражданской авиации (УЗГА) состоялся круглый стол «Инновационные решения реализации технологических процессов машиностроительного производства». Одним из организаторов выступил Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ). Мероприятие поддержало Министерство промышленности и науки Свердловской области.

Участников приветствовал исполнительный директор – первый заместитель генерального директора АО «Уральский завод гражданской авиации» Сергей Фёдоров. Он рассказал о перспективных направлениях развития компании, связанных с созданием самолетов для местных и региональных воздушных линий, изготовлением авиадвигателей и беспилотных летательных аппаратов.

«Тема круглого стола для нас очень актуальна. Завод внедряет инновационные технологии в производство и развивает взаимодействие с наукой, с передовыми высшими учебными заведениями. Такое сотрудничество интересно и вузам тоже, поскольку только совместно нам удастся чисто научные знания превратить в практические, способные двигать вперед производство и обеспечивать промышленный рост», – отметил Сергей Владимирович.

В свою очередь, ректор СПбПУ, академик РАН Андрей Рудской напомнил, что Петербургский Политех на протяжении многих лет проводит исследования и разработки для авиационной промышленности.

«Опыт есть, знания и передовые технологии есть. СПбПУ – единственный в России вуз, который выиграл абсолютно все конкурсы и программы, которые были разработаны, начиная от инновационных программ развития вузов в начале нулевых и заканчивая победой в проекте по созданию Передовых инженерных школ. И это серьезный показатель того, что мы находимся на фронтире науки. Малая авиация для России и, соответственно, для нас – это стратегически важное направление», – подчеркнул Андрей Иванович.

Озвученные планы и перспективные задачи были официально закреплены в соглашении о сотрудничестве между СПбПУ и УЗГА. Подписи на документе поставили Андрей Рудской и Сергей Фёдоров.

Деловую часть круглого стола продолжили выступления, ключевым из которых стал доклад проректора по цифровой трансформации СПбПУ, руководителя Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ Алексея Боровкова о технологии цифровых двойников (ЦД) в машиностроении.

Алексей Иванович представил экосистему инноваций СПбПУ «ТЕХНОПОЛИС ПОЛИТЕХ» и основные этапы на пути ее становления. Отдельно остановился на деятельности Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», который сфокусирован на обеспечении глобальной конкурентоспособности отечественных компаний-лидеров на рынках НТИ и в высокотехнологичных отраслях промышленности. В уникальный консорциум входят 84 организации, среди которых промышленные корпорации «Ростех», «Росатом», ОАК, ОДК, ОСК, РЖД, а также предприятия – лидеры отраслей.

«Центр НТИ СПбПУ работает фактически по 10 высокотехнологичным отраслям промышленности. За период с 2018 по 2021 годы выполнено работ на 6 млрд рублей – это НИОКР и суммы грантов. Более 50 проектов в год ведутся одновременно, при этом задействовано всего около 300 инженеров. Большое внимание мы уделяем образовательной деятельности. Более 22 тысяч человек прошли обучение – это более половины того количества специалистов, которое суммарно подготовили все Центры компетенций НТИ в стране», – рассказал Алексей Боровков.

Далее спикер перешел к технологии создания ЦД изделий, отметил, что 95% цифровых моделей, которые называются цифровыми двойниками, по факту ими не являются. Алексей Иванович отметил, что ключевым компонентом ЦД является матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, которая формируется в ходе системного подхода (Model Based System Engineering, MBSE).

«Нам нужно собрать Кубик Рубика. У нас есть набор требований, целевые показатели и ресурсные ограничения – финансы, время, технологические, производственные, экономические, экологические ограничения – еще на этапе проектирования. Нужно сбалансировать все противоречия между собой, найти компромисс. Традиционно это происходит в голове генерального конструктора на основе его опыта. Но таким образом добиться прорыва очень сложно, имеющиеся достижения ограничены в продвижении вперед. Традиционный подход предполагает доводку изделий до требуемых характеристик через испытания. Одна из задач разработки ЦД – проходить натурные испытания с первого раза, что позволяет снизить себестоимость разработки и сократить сроки вывода изделия на рынок», – объяснил проректор по цифровой трансформации СПбПУ.

Алексей Иванович напомнил о Национальном стандарте РФ ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения», который введен в действие с 1 января 2022 года. Впервые в мировой практике ГОСТом установлены единые определения ЦД, виртуальных испытаний, виртуальных испытательных стендов, виртуальных испытательных полигонов.

«Каждому реальному стенду ставится в соответствие виртуальный. Мы понимаем, что его возможности значительно шире. Например, мы можем вибростенд поместить в пневматическую камеру – на практике такого стенда просто не существует. Но мы можем создать комбинацию воздействий, опасных, экстремальных, которые нам дадут результат с запасом и гарантируют прохождение натурных испытаний с первого раза», – подчеркнул Алексей Боровков.

Спикер также рассказал о возможностях Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников (Digital Twins) и «умных» цифровых двойников (Smart Digital Twins) CML-Bench™. Уникальная разработка Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ не имеет аналогов. Платформа внесена в Единый реестр российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных.  

Алексей Иванович подчеркнул, что Цифровая платформа CML-Bench™ обеспечивает прозрачный процесс проектирования, обоснования и принятия решений. В настоящее время на ней представлено около 283 тысяч цифровых проектных решений.

«Происходит капитализация знаний. Человек ушел, уволился – все осталось на платформе. Это оцифрованный опыт – Digital Brainware, позволяющий достаточно быстро генерировать новые решения, переносить их из других проектов и даже отраслей. Можно говорить о системе управления знаниями. Приходит новый человек и может ознакомиться, как подобный проект был выполнен ранее, какие решения принимали, а какие – нет и почему», – отметил спикер.

Таким образом, технология разработки и применения цифровых двойников позволяет в разы повышать производительность и создавать изделия, значительно превосходящие мировой уровень.

«Наша задача – прыгнуть так называемый двойной прыжок лягушки. Первый – это достижение мирового уровня, импортозамещение. А второй – это уже превосходство по техническим и потребительским характеристикам, технологический суверенитет, глобальная конкурентоспособность и национальная безопасность», – заключил Алексей Боровков.

В завершение доклада Алексей Иванович привел примеры разработки инновационных изделий при помощи технологии ЦД. Так, специалистами Центра НТИ СПбПУ реализован проект в интересах ООО «НПО «Центротех» (входит в состав АО «ТВЭЛ») по разработке и применению ЦД для вибросита. Это ключевой элемент системы очистки бурового раствора при нефтедобыче, который должен надёжно работать при средних виброускорениях ~7 g или выше. По итогам реализации проекта среднее максимальное виброускорение изделия было увеличено на 30% – до 8.25 g.

Другой проект также по заказу АО «ТВЭЛ» – «Разработка цифрового двойника тепловыделяющей сборки (ТВС) ВВЭР-1000 с антидебризным фильтром и перемешивающими решетками». Натурный образец антидебризного фильтра на полях выставки «Иннопром-2022» был продемонстрирован министру промышленности и торговли РФ Денису Мантурову и получил высокую оценку.

Программу мероприятия продолжил доклад начальника Центра промышленных технологий Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ Михаила Кузнецова, посвященный применению аддитивных технологий. Докладчик привел примеры использования аддитивных технологий в двигателестроении за рубежом, а также рассказал о технологии прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки в СПбПУ.

«Специалисты Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ применяют данные технологии, реализуя проекты в машиностроении, создании авиационных и энергетических газотурбинных двигателей, жидкостных ракетных двигателей, судостроении и других отраслях», – отметил Михаил Валерьевич.

Отдельно спикер перечислил применяемое технологическое оборудование. Это технологический комплекс высокопроизводительной лазерной наплавки/прямого лазерного выращивания ZKZM 830Mi, технологический комплекс прямого лазерного выращивания «ОКТА Принтер», технологический комплекс на основе робота M-20iA (Fanuc).

С докладом выступил председатель правления – первый заместитель Директора Учреждения науки «Инженерно-конструкторский центр сопровождения эксплуатации космической техники», ведущий специалист Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Владимир Прохорович. Он рассказал о проблемах разработки передовых производственных технологий сварки трением с перемешиванием.

Доклад, посвященный современным способам модифицирования металлических поверхностей, представил заведующий отделом материаловедения Института физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения РАН, член-корреспондент РИН Алексей Макаров.

Алексей Викторович продемонстрировал преимущества и перспективы современных лазерных и комбинированных способов модифицирования металлических поверхностей и постобработок изделий аддитивного производства с применением лазерных технологий наплавки керамических покрытий с ультранизким коэффициентом трения, покрытий из среднеэнтропийных сплавов, осаждения многослойных композиционных тонкопленочных покрытий, высокотемпературного отжига и наноструктурирующих обработок скользящим индентором.

Завершился круглый стол серией вопросов и ответов. Представители СПбПУ поблагодарили организаторов и участников и отдельно – руководство Уральского завода гражданской авиации, еще раз подтвердив готовность к сотрудничеству.

XII Международная выставка ИННОПРОМ проходила в Екатеринбурге с 4 по 7 июля. Уникальная коммуникационная площадка объединила представителей органов государственной власти, промышленности, научного, экспертного и бизнес-сообщества России и 30 иностранных государств. Активное участие в промышленной выставке традиционно приняли представители СПбПУ и его ключевых структурных подразделений – Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» и Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии».