ТЕХНОПРОМ-2022: Алексей Боровков провёл мастер-класс «Технологии управления сложностью (на примере технологии разработки и применения цифровых двойников)» и представил цифровую модель для управления процессом обеспечения жильём

24 августа 2022 года на второй день IX Международного форума технологического развития ТЕХНОПРОМ-2022 состоялся мастер-класс проректора по цифровой трансформации СПбПУ, руководителя Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ, Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Алексея Боровкова.

Тема мастер-класса – «Технологии управления сложностью (на примере технологии разработки и применения цифровых двойников)».

В начале своего выступления спикер подробно остановился на понятии «VUCA-мир», описывающего непредсказуемую, быстро меняющуюся среду.

• «VUCA – это акроним, объединяющий четыре характеристики: Volatility – изменчивость; Uncertainty – неопределённость; Complexity – сложность; Ambiguity – неоднозначность.
• Эти характеристики стали актуальны из-за быстро развивающихся технологий, расширения информационного пространства, из-за которого человеку приходится перерабатывать огромные объёмы информации, из-за быстро устаревающих профессий, невозможности прогнозировать более-менее отдалённое будущее и т. д.»,
  ​– рассказал проректор по цифровой трансформации СПбПУ.

Он отметил, что ключевой характеристикой является, конечно, Complexity – Сложность, к которой сводятся, вообще говоря, все остальные (изменчивость, неопределенность, неоднозначность) и которая, в свою очередь, содержит более 15 суб-характеристик.

Далее, Алексей Иванович отметил, что концепция VUCA-мира пополнилась вариантом BANI, графически представил архитектуру систем, состоящих из множества подсистем и компонентов, а также отметил, что все системы проходят через стадии жизненного цикла, включающие основные стадии – разработку, производство и эксплуатацию.

Затем Алексей Иванович напомнил об истории создания первого в мире исследовательского факультета, направленного на подготовку специалистов для решения наукоемких прикладных задач - физико-механического факультета СПбПУ. Основополагающим принципом факультета, основанном в 1919 году выдающимся физиком, академиком А.Ф. Иоффе на основе идеи и первого варианта учебного рлана разработанного одноклассниками А.Ф. Иоффе и выдающимся механиком С.П. Тимошенко, было гармоничное сочетание учебного процесса и научных исследований.

В следующей части своего выступления руководитель Центра НТИ СПбПУ отметил, что для решения сложных задач на регулярной основе нужно сформировать экосистему инноваций и представил в качестве примера экосистему инноваций СПбПУ «ТЕХНОПОЛИС ПОЛИТЕХ».

• «Чтобы обеспечить динамическое и финансово устойчивое развитие нужно уметь зарабатывать на рынке»,
  – продолжил Алексей Иванович

и привел в качестве примера финансовые результаты деятельности Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» – лидера цифровой трансформации промышленности на основе цифровых двойников, который в период с 2018 по 2021 год заработал на выполнении внебюджетных НИОКР более 4 млрд рублей. по заказам высокотехнологичных компаний.

От финансовых вопросов спикер перешел к теме инжиниринга, отметив, что сейчас компьютерный инжиниринг распространяется на все этапы жизненного цикла изделия, более того, за последнее десятилетие сформировались и начали эффективно развиваться и применяться для решения прикладных задач новое направление - цифровой инжиниринг (Smart Design, Smart Manufacturing, Digital Twins, Digital Threads, Digital Shadows) и ключевая технология, технология-драйвер цифровой трансформации и технология-интегратор сквозных цифровых и производственных технологий - технология разработки и применения цифровых двойников (Digital Twins).

• «Цифровые двойники изделий разрабатываются и применяются на всех стадиях жизненного цикла изделий, а его наполнение и функциональность зависит от стадии жизненного цикла изделия»,  – заключил спикер.
• «Чем позднее мы вносим изменения в конструкцию, тем дороже эти изменения будут стоить.
  Как правило, для внесения изменений нужно возвращаться на предыдущие этапы, а внесение изменения в один из компонентов влияет на смежные компоненты сложной технической или кибер-физической системы.
  Как правило, если изменений много, то в результате получается "дорого и долго", зачастую и неконкурентоспособно по техническим и потребительским характеристикам.
  Вывод – нужен инструментарий, позволяющий эффективно вносить и анализировать влияние изменений на ранних этапах работы»,
  – отметил Алексей Иванович и перешел в своем выступлении к преимуществам передового производства (Advanced Manufacturing) по сравнению с традиционным.

По мнению проректора по цифровой трансформации СПбПУ, традиционное производство – это "дорого, долго и неконкурентоспособно", а передовое производство – значительно дешевле (в первую очередь, значительно ниже себестоимость разработки и производства), быстрее (в частности, сокращается время вывода новой продукции на рынок) и конкурентоспособно на глобальных рынках.

Далее спикер обратил внимание на важность формализации матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений:

• «Должна произойти формализация, которая позволит нам сбалансировать матрицу. Это то, что можно передать потомкам. Потому что, если говорить об ОПК, то проблема такова – если матрица требований находится в голове у генерального конструктора, и он уходит и уносит с собой 50 лет наработок, а у следующего генерального конструктора уже нет такого финансирования, как у предшественника, а задачи стали сложнее».

Часть своего выступления Алексей Боровков посвятил цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench™, продемонстрировав направления развития цифровой платформы: отраслевая специализация (двигателестроение, нефтегазовое машиностроение, автомобилестроение, авиастроение и пр.), интеграция с отечественным ПО, сертификация средств защиты информации во ФСТЭК на соответствие требованиям по 6-му уровню доверия, обучение и техническое сопровождение. Спикер напомнил, что в период с 2015 по 2022 гг на платформе CML-Bench™ было выполнено ~ 287 000 виртуальных испытаний.

Самая наукоемкая отрасль – это газотурбинные двигатели. Цифровой двойник морского газотурбинного двигателя и редуктора в составе агрегата – основной проект государственного значения, который Инжиниринговый центр СПбПУ реализует совместно с ПАО «ОДК-Сатурн» (ГК «Ростех»).

Далее, говоря о проектах Центра НТИ СПбПУ, Алексей Боровков подробно остановился на теме новой методологии математического моделирования и прогнозирования распространения коронавирусной инфекции COVID-19. В ее основе – система обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих распространение опасных эпидемий.

В завершающей части мастер-класса проректор по цифровой трансформации СПбПУ представил новинку, которую Центр НТИ «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета разработал в сотрудничестве с Департаментом по социальной политике мэрии города Новосибирска.

Речь идет о имитационной модели, позволяющей прогнозировать последствия управленческих решений по улучшению процесса обеспечения жильем лиц из числа детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей.

Проблематика обеспечения жильем лиц из числа детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей, актуальна для Новосибирска. В данный момент в очереди на получение жилья находится более 1800 человек. Кроме того, ежегодно право на получение жилого помещения получает порядка 400 человек, в то время как финансирование выделяется только на 150-200 квартир.

«Чтобы найти наиболее эффективный, учитывающий различные обстоятельства и ситуации подход для решения задач в социальной сфере, мы решили обратиться в Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, где мы нашли встречный интерес, тем более, в университете для решения вопросов управления не только в технических, но и в социально-экономических системах используются методы математического моделирования. Сейчас мы в качестве пилотного проекта рассматриваем альтернативные варианты разрешения жилищного вопроса для нуждающихся категорий лиц, например, увеличение объёмов выдачи жилищных сертификатов или приобретение жилищных объектов на этапе строительства. Но для принятия взвешенного решения необходимо четко представлять результат реализации каждого из сценариев, их плюсы и минусы. Мы надеемся, что математическое моделирование – это тот инструмент, который поможет нам в сжатые сроки выбрать оптимальные меры воздействия, поскольку в дальнейшем планируем расширить применение инструментов математического моделирования на все целевые группы наших благополучателей», – объяснила необходимость построения математической модели начальник департамента по социальной политике мэрии города Новосибирска Ольга Незамаева.

Для построения имитационной модели выдачи жилых помещений детям-сиротам и детям, оставшимся без попечения родителей, используется набор методов и технологий, разработанный сотрудниками Центра НТИ СПбПУ для прогнозирования распространения COVID-19 в регионах Российской Федерации. Для разработки новой модели были применены многочисленные ноу-хау Центра НТИ СПбПУ, которые ранее не использовались эпидемиологами. Это позволило с точностью до дня прогнозировать интенсивность распространения коронавирусной инфекции и, как следствие, более эффективно планировать объем коечного фонда в медицинских учреждениях России.

«Математическая модель – это основа для принятия управленческих решений. Модель подразумевает последующие уточнения, которые описывают эффекты – сначала основные, а потом более тонкие, детальные. Конечно, модель должна обладать высоким уровнем адекватности изучаемому явлению, процессу. Постепенно она превращается в удобный инструмент: вы задаете параметры и смотрите, что будет через год или два с учетом требований, финансов, ресурсных ограничений», – объяснил применимость математической модели в различных сферах проректор по цифровой трансформации СПбПУ Алексей Боровков.

В настоящий момент в модели, разработанной за два месяца сотрудниками Центра НТИ СПбПУ для Департамента социальной политики мэрии Новосибирска, учитываются следующие процессы:

• обретение права на жилое помещение (как в связи с совершеннолетием, так и в связи с переездом из другого региона);
• предоставление жилого помещения (поиск квартиры, объявление и проведение закупки, передачу квартиры);
• приобретение жилого помещения на этапе строительства;
• предоставление жилищного сертификата;
• выбывание из очереди по иным причинам (например, приобретение собственного жилья или переезд в другой регион).

Также модель учитывает различные форматы финансирования, в том числе изменение объема как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

В итоге разработанная модель показывает динамику изменения размера очереди в разрезе различных категорий граждан, изменение общего количества нуждающихся в предоставлении жилья граждан, а также изменение времени ожидания реализации права на получение жилого помещения в зависимости от различных факторов.

Разработка имитационной модели прогнозирования последствий управленческих решений по улучшению процесса обеспечения жильем лиц из числа детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей, ведется в рамках реализации стратегического проекта «Цифровая трансформация промышленности» программы «Приоритет-2030», реализуемой в СПбПУ.