Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® – опубликована статья в журнале «САПР и графика»

Статья «Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников (Digital Twins) CML-Bench^®», подготовленная научной группой Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» (ПИШ СПбПУ), опубликована в августовском номере журнала «САПР и графика». Выпуск журнал посвящен системам инженерного анализа.

Ежемесячный журнал «САПР и графика» – известное и авторитетное издание в России и странах СНГ, посвященное вопросам автоматизации проектирования, компьютерного анализа, технологической подготовки производства и технического документооборота.

Каждый номер имеет определенную тематику, таким образом, в годовом выпуске охвачены практически все направления компьютерной автоматизации инженерной деятельности. Аудиторию журнала составляют специалисты, использующие в повседневной работе различные средства автоматизации инженерной деятельности: инженеры, конструкторы, технологи, специалисты машиностроения, архитекторы, дизайнеры, представители строительной отрасли.

В статье «Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников (Digital Twins) CML-Bench^® (часть 1)» представлены функциональные и технические возможности отечественной цифровой платформы (ЦП) разработки и применения цифровых двойников CML-Bench^®, относящейся к классу систем управления процессами и данными компьютерного моделирования (SPDM­-системы, Simulation Process and Data Management).

Авторы статьи:

• Алексей Боровков, к.т.н., профессор, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ;
• Вадим Бураков, д.т.н., начальник отдела суперкомпьютерных технологий и разработки ПО Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ;
• Екатерина Мартынец, ведущий специалист отдела технологического и промышленного форсайта ПИШ СПбПУ;
• Юрий Рябов, к.п.н., начальник отдела технологического и промышленного форсайта ПИШ СПбПУ;
• Людмила Щербина, заместитель директора по информационно-аналитической работе Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ.

Раскрывая актуальность тематики, авторы отмечают, что в современных условиях возрастающей конкуренции, геополитических изменений, задачи обеспечения технологического суверенитета и импортонезависимости необходима разработка высокотехнологичных промышленных изделий в сжатые сроки с минимальными финансовыми затратами и обеспечением требуемого уровня технических характеристик и качества. Разработка и производство критически важной конкурентоспособной продукции высокотехнологичных отраслей промышленности возможны на основе передовой технологии создания цифровых двойников изделий с применением инструментов математического, компьютерного и суперкомпьютерного моделирования на основе CAE-систем и высокопроизводительных вычислительных систем (High-Performance Computing, HPC).

В статье приведено определение цифрового двойника изделия в соответствии с ГОСТ Р 57700.37—2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения». Подчеркнуто, что широкое применение мультидисциплинарных CAE-систем для решения сложных промышленных задач способствовало разработке платформенных решений, которые обеспечивают прозрачность и контролируемость процесса разработки, обоснование принимаемых решений, автоматизацию работы с расчетными вариантами и конечно-элементным моделированием, интеграцию и взаимодействие инженерного программного обеспечения. Отмечена эффективность SPDM-систем не только в процессах проектирования, но и на более поздних стадиях жизненного цикла изделия на стадиях производства, сертификации, эксплуатации и утилизации.

В качестве российского примера SPDM-системы рассмотрена цифровая платформа CML-Bench^®, разработку которой с 2006 года ведут сотрудники Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ, Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (CompMechLab^®).

Приказом Министра цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации М. И. Шадаева № 84 от 16.02.2021 цифровая платформа CML-Bench^® включена в Единый реестр российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных. В настоящее время завершается процесс сертификации платформы по 6-му уровню доверия ФСТЭК и соответствия требованиям к ГИС 3-го класса. В результате цифровая платформа CML-Bench^® получит возможность обработки коммерческой тайны и сведений «для служебного пользования».

В статье подробно раскрыты функциональные возможности ЦП, позволяющей интегрировать «лучшие в классе» (best-in-class) технологии мирового уровня и наилучшие доступные технологии, за счет которых ведется разработка основных компонентов цифровых двойников высокотехнологичных промышленных изделий.

«Для проведения цифровых (виртуальных) испытаний цифровая платформа CML-Bench^® имеет возможность подключения различных высокопроизводительных вычислительных ресурсов (кластеров и суперкомпьютеров), а также широкого спектра специального инженерного программного обеспечения для выполнения инженерных и расчетных работ на различных стадиях подготовки и проведения компьютерного моделирования, цифровых (виртуальных) испытаний и обработки результатов вычислений (CAD/CAE/CAO/CAx/PDM/PLM), – рассказал Алексей Боровков.
На цифровой платформе генерируются большие объемы содержательных данных (Smart Big Data) — массивы данных, генерируемых в процессе мультидисциплинарного компьютерного /суперкомпьютерного моделирования и применения компьютерных технологий оптимизации, содержащие множество различных характеристик, которые позволяют описать поведение объекта моделирования в различных ситуациях, включая нарушения нормальных условий эксплуатации и аварийные ситуации. Все цифровые и проектные решения инженеров, полученные в ходе выполнения сотен проектов для десятков отраслей, хранятся на цифровой платформе и формируют Digital Brainware, насчитывающий сегодня более 310 тысяч цифровых и проектных  решений».

В статье подробно раскрывается возможность осуществления на базе цифровой платформы  CML-Bench^® «цифровой сертификации» — специализированного бизнес-процесса, основанного на сотнях / тысячах / десятках тысяч цифровых (виртуальных) испытаний на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах, целью которого является прохождение с первого раза всего комплекса натурных, сертификационных и прочих испытаний.
Кроме того, как подчеркивают авторы, применение цифровой платформы CML-Bench^® предоставляет возможность разрабатывать сразу несколько вариантов возможных решений, которые отвечают требованиям заказчика, установленным в техническом задании, а также осуществлять мониторинг всех изменений конструкторских решений, эволюцию и модификацию всех расчетных моделей и вариантов.

«Функциональность цифровой платформы CML-Bench^® непрерывно расширяется. Платформа внедрена на высокотехнологичных предприятиях отечественной промышленности, что потребовало разработки специализированных отраслевых программных модулей («кастомизация» цифровой платформы). Расширение спектра применяемых CAx- и PLM-решений отечественных разработчиков путем интеграции на цифровой платформе, безусловно, ускорит процесс внедрения цифровой платформы CML-Bench^® на отечественные предприятия, а возможность обработки защищенной информации снимет ограничения при работе с оборонно-промышленным комплексом»,
– отметил Вадим Бураков.

Цифровая платформа CML-Bench^® неоднократно была отмечена как прорывная технологическая разработка:

• В 2017 году цифровая платформа CML-Bench^® признана лучшим высокотехнологичным проектом для промышленного производства, основной разработчик – ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (CompMechLab^®) – был награжден Национальной промышленной премией Российской Федерации «Индустрия» (премия «Промышленный Оскар»);
• В 2018 году цифровая платформа CML-Bench^® признана «Лучшим цифровым проектом ЕАЭС» в международном Конкурсе инновационных проектов «Евразийские цифровые платформы»; 
• В 2021 году цифровая платформа CML-Bench^® получила премию «Технологический прорыв — 2021» в номинации «Лучшее технологическое решения по моделированию и управлению данными в цифровизации»; 
• В 2022 году цифровая платформа CML-Bench^® удостоена Первой Национальной премии «Импортонезависимость», а также Национальной премии в области промышленных и цифровых передовых технологий «Приоритет-2022» в номинации «Импортозамещение».

Полный текст статьи размещен в электронной версии выпуска №8 журнала «САПР и графика».

Расширенный список публикаций сотрудников ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии», Центра НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ, Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ представлен по ссылке.