«Цифровая трансформация не происходит мгновенно» – Алексей Боровков выступил с лекциями для представителей Газпрома в рамках образовательного модуля программы профессиональной переподготовки

6 и 15 февраля 2023 года 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» и Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Алексей Боровков выступил с лекциями для участников программы профессиональной переподготовки «Организация цифровой трансформации компании» ПАО «Газпром».

Алексей Боровков стал ведущим спикером 4 модуля программы «Цифровая трансформация нефтегазовой отрасли» и выступил с докладом на тему «Применение цифровых двойников в промышленности».
Спикер отметил, что на протяжении многих лет ПАО «Газпром» является одним из ключевых промышленных партнеров СПбПУ. В интересах компании и его предприятий университет проводит НИОКР, среди которых разработка нового поколения компрессоров газоперекачивающих агрегатов, развитие новых производственных технологий (в частности, аддитивного производства элементов турбин), разработка инновационных методов нефтегазодобычи и новых материалов для стратегических газотранспортных проектов и многое другое. Результаты этих исследований и высокотехнологичных разработок успешно внедряются на всех дочерних предприятиях ПАО «Газпром».

• «Мы решаем сложные наукоемкие задачи, которые не каждой организации под силу. Ярчайший пример технологии, которая помогает успешно решать эти задачи, – это цифровые двойники изделий», – отметил лектор. 

Алексей Иванович рассказал об одном из проектов – проведении численного моделирования фланцевых соединений технологического оборудования. Проблематика проекта заключается в анализе выполнения условий герметичности фланцевых соединений. Результат работ заключен в определении циклического поведения уплотнительных материалов (прокладок) и допустимого числа циклов изменения температурного профиля на фланцевой паре, обеспечивающих выполнение условий герметичности.

• «Приведу пример типичной задачи в рамках проекта. Мы начинаем затягивать шпильки, доходя до последней, № 28. Затянув ее, мы выводим ее на уровень усилия затяга 100%, контролируем процесс. Понятно, что все 28 шпилек работают как единая система с множественными контактными взаимодействиями через уплотнительный прокладки. Изменение напряжено-деформированного состояния в одной шпильке "почувствуют" соседние шпильки. В итоге, затянув шпильку № 28 на 100%, мы замечаем, что усилия затяжки соседних шпилек, № 27 и № 1, упали до 80%.
• Такое ослабление затяжки шпилек происходит постоянно, "конструкция дышит", особенно, это ("релаксация напряжений") наблюдается в случае нестационарного нелинейного термосилового нагружения шпилек, в которых, естественно, будет реализовано нестационарное нелинейное пространственное термонапряженное и термодеформированное состояние в рамках контактного взаимодействия. 
• Все простейшие инженерные модели и основанные на них инженерные оценки и расчеты, конечно же, не описывают и не могут описать те сложные процессы, которые происходят во фланцевом соединении, а потому для обеспечения полной герметичности и предотвращения взрывов в случае потери герметичности фланцевых соединений, нужно применять математические и компьютерные модели с высоким уровнем адекватности реализуемым физико-механическим процессам. Поэтому, если мы хотим понимать как работает фланцевое соединение в различных нестационарных эксплуатационных режимах, необходимо разработать цифровой двойник фланцевого соедине6ия и ... всё время контролировать затяжку шпилек»,
  – пояснил природу изменения усилий затяга Алексей Боровков.  

В ходе лекции спикер представил системный подход СПбПУ к цифровой трансформации промышленности, который включает:

• Выполнение НИОКР и реализация проектов в интересах высокотехнологичной промышленности (в первую очередь, в интересах госкорпорации  «Ростех» / ОДК и госкорпорации «Росатом» / ТВЭЛ);
• Технологический аудит и консалтинг (АО «Силовые машины», ПАО «Газпром», АО «Синара-Транспортные Машины» и др.);
• Разработка и коммерциализация технологий (в первую очередь, речь идёт о цифровой платформе разработки и применения цифровых двойников CML-Bench™);
• Проведение проблемно-ориентированных фундаментальных исследований;
• Аналитическая деятельность по различным актуальным вопросам разработки и применения передовых цифровых и производственных технологий, технологии цифровых двойников и цифрового инжиниринга;
• Фронтирные инженерные задачи, их решение и подготовка «инженерного спецназа»  в рамках выполнения НИОКР для высокотехнологичной промышленности (магистерские программы, ДПО, онлайн-курсы);
• Нормативное регулирование (ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения»).

Подробнее Алексей Боровков остановился на Передовой инженерной школе (ПИШ) СПбПУ «Цифровой инжиниринг», цель которой направлена на подготовку высококвалифицированных инженеров в интересах высокотехнологичной промышленности России на основе решения фронтирных инженерных задач:

• «Создание нового типа инженерной подготовки происходит за счет цифровой трансформации образовательных подходов и технологий, включающей разработку новых образовательных программ высшего образования ("технологической магистратуры") и дополнительного профессионального образования на основе выполнения прорывных научно-технологических исследований, направленных на решение актуальных фронтирных инженерных задач.
• Деятельность ПИШ СПбПУ “Цифровой инжиниринг” направлена на развитие кросс-отраслевых цифровых платформенных решений и технологий, системного цифрового инжиниринга в двигателестроении, цифровых технологий в атомной отрасли и для топливно-энергетического комплекса, а также новых материалов»,
  – сообщил спикер. 

Алексей Иванович поделился, что ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» получила 22 письма поддержки от высокотехнологичных партнеров с указанием направлений сотрудничества и НИОКР с объемом софинансирования 1,7 млрд рублей за 2022-2030 годы. Кроме того, объем общей суммы за реализацию НИОКР за весь период оценивается в 4,6 млрд рублей.

Переходя к определению цифровой трансформации промышленности, лектор обозначил: ​​​

• «Современным производственным компаниям важно понимать, что создание качественного продукта должно осуществляться с учетом потребностей клиента, а цифровая трансформация предприятия не может происходить мгновенно.  Как правило, она требует достаточного количества времени и осуществляется постепенно. На пути к полной цифровой трансформации организации встречают большое число сопротивлений, от противостояния которым и зависит результат».  

Алексей Боровков добавил, что смысл цифровой трансформации заключается в радикальном снижении уровня трансакционных издержек и изменении их структуры. Трансакционные издержки делятся на три основных типа: высокие (издержки в плохой институциональной среде), низкие (издержки в благоприятной институциональной среде до цифрового периода) и сверхнизкие (принципиально меньше низких). Основой для сверхнизких издержек служит формирование матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений.

В завершении лекции спикер наглядно продемонстрировал, что представляют из себя цифровые двойники. В их основе лежит Generaliz Model-Based System Engineering (G-MBSE), система делится на подсистемы, у каждой из которых свои функциональные значения. Цель системы – получить некую целевую функцию, которая будет превышать показатели компонентов.
Также в основе цифровых двойников лежат – MultiPhysics (мультидисциплинарность), Simulation (передовое математическое и компьютерное / суперкомпьютерное моделирование проблем, описываемых нестационарными нелинейными 3D дифференциальными уравнениями в частных производных) и технологии оптимизации (Optimization).

• «Данные подходы способствуют созданию и развитию цифрового двойника. Здесь необходимо ввести классификацию: цифровой двойник на этапе разработки, производства и эксплуатации.
• Мы провели анализ всех стандартов у нас в стране, выяснилось, что в России сейчас  действуют 14 стандартов, в которых по-разному определяются стадии жизненного цикла. Тем не менее, ключевыми во всех из них остаются разработка, производство и эксплуатация – эти стадии представлены во всех 14 стандартах»,
  – подытожил Алексей Иванович. 

У слушателей, впечатленных большим количеством детально проработанного лекционного материала, возникло много вопросов касательно нефтегазовой отрасли. Один из участников поинтересовался, как необходимо регулировать ситуацию, когда полученные от научных центров рекомендации идут вразрез с традиционной, установленной ранее, системой производства на предприятии.

• «В этом и заключается развитие. Компания преодолевает барьеры и поднимается на следующую ступень развития.
• Важно, чтобы на предприятии работали специалисты, которые могут осваивать инновации, понимая, что с каждым годом они становятся всё более наукоёмкими и мультидисциплинарными, но именно инновационное развитие позволяет учитывать высокую динамику изменений во внешней среде и обеспечивать в этих непростых условиях устойчивое развитие. Именно это и является основой для усовершенствования процессов производства и достижения высоких результатов, основой для сохранения глобальной конкурентоспособности»,
  – ответил на вопрос Алексей Боровков.

Напомним, что 14 декабря 2022 года в ходе деловой программы IV Международного форума «Передовые цифровые и производственные технологии» состоялся круглый стол «Интеллектуальные подходы к планированию нефтегазовых активов». Основной фокус обсуждения был направлен на интеллектуальные подходы и инструменты, которые применяются в отрасли на различных этапах планирования и реализации решений. Это подходы в области искусственного интеллекта и мультиагентного взаимодействия с применением наукоемких цифровых моделей нефтегазовых месторождений. В дискуссии приняли участие представители промышленности и образования.