Отечественные цифровые технологии помогут России выйти в лидеры.
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого вошел в первую группу вузов - получателей грантов программы «Приоритет-2030». Задачу по обеспечению технологического лидерства России коллектив СПбПУ будет решать, фокусируясь на трех ключевых научно-технологических направлениях. О них, а также о создании уникальных технологий для страны и подготовке «инженерного спецназа» «Поиску» рассказал проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей БОРОВКОВ (на снимке).
– Алексей Иванович, тема технологического лидерства сегодня является одной из ключевых национальных задач. Ваш университет взялся внести существенный вклад в ее решение. Каким образом это будет реализовано?
– Давайте начнем с терминологии. В 2023 году под руководством первого вице-премьера Андрея Белоусова была разработана и затем Правительством РФ утверждена Концепция технологического развития, где представлено определение: технологическое лидерство - это превосходство технологий и/или продукции по основным параметрам (функциональным, техническим, стоимостным) над зарубежными аналогами.
Для трансформации своей деятельности все ведущие университеты с целью обеспечения технологического лидерства разработали и утвердили два основополагающих документа: стратегию и программу развития вуза до 2030 года и в перспективе до 2036-го.
В процессе разработки мы провели глубокий анализ результатов деятельности в 2018-2024 годах и выявили направления-лидеры с точки зрения объемов внебюджетных НИОКР, научно-технических услуг и коммерциализации РИД.
Именно эти три показателя легли в основу нового ключевого показателя результативности программы «Приоритет-2030» - индекса технологического лидерства (ИТЛ), который позволяет измерять наш вклад в достижение национальных целей.
– Каким образом?
– Внебюджетные НИОКР отражают уровень компетенций, необходимых для решения фронтирных инженерных задач по заказам индустриальных партнеров (ИП), связанных с проведением исследований и разработок, направленных на генерацию новых знаний, разработку технологий и опытных образцов изделий. В прошлом году объем таких НИОКР в СПбПУ превысил 1 миллиард рублей.
Научно-технические услуги (НТУ) - это применение современных знаний и технологий для решения конкретных задач ИП. Объем НТУ в СПбПУ составил 1,275 миллиарда рублей в год.
Коммерциализация результатов интеллектуальной деятельности (патенты, компьютерные программы, базы данных) показывает, насколько они востребованы промышленностью и какой доход они приносят университету.
– Я правильно понимаю, что программа развития ведущего университета должна отвечать на вопрос, а в чем вы лучшие в стране?
– Да, правильно! На основе детального анализа ИТЛ-деятель-ности мы составили рейтинг научных групп и руководителей по объему и значимости выполненных в 2018-2024 годах работ и сформировали перечень приоритетных отраслей, корпораций и компаний, с которыми мы наиболее эффективно сотрудничаем.
В итоге мы сформировали три ключевых научно-технологических направления (КНТН) развития СПбПУ как ведущего инженерного университета, фокусировка на которых позволит нам вносить достойный вклад в обеспечение технологического лидерства страны.
КНТН-1 - системный цифровой инжиниринг: разработка технологий цифровых двойников и цифровой сертификации, а также продукции, превосходящей зарубежные аналоги для различных отраслей промышленности, на основе платформенных решений CML-Bench®. Базовой отраслью является машиностроение, включая авиастроение и беспилотные авиационные системы (БАС), двигателестроение и энергомашиностроение, атомное и нефтегазовое машиностроение, а также другие наукоемкие высокотехнологичные отрасли.
КНТН-2 - новые материалы, технологии, производство: разработка и применение передовых материалов и производственных технологий (аддитивных, сварочных и др.) как в рамках мелкосерийного производства на базе университета, так и на крупных производствах.
КНТН-3 - искусственный интеллект (ИИ) для решения кросс-отраслевых задач в промышленности, электроэнергетике, строительстве и нефтегазовой отрасли.
Пространство «ТВЭЛ». Фото предоставлено Управлением по связям с общественностью СПбПУ.
По этим обоснованно выбранным КНТН наш университет на протяжении многих лет сформировал значительный научно-технологический задел. Такой широкий охват позволяет нам своевременно реагировать на появление новых актуальных направлений, например, новое индустриальное ПО, БАС, экзопротезирование и др., развитие которых продиктовано текущей ситуацией. В итоге мы планируем активно участвовать в реализации шести национальных проектов технологического лидерства, где у нас уже есть серьезные научно-технологические заделы и достижения.
– Не могли бы вы объяснить, в чем, например, суть системного цифрового инжиниринга и чем он отличается от более привычного понятия «компьютерное моделирование»?
– Компьютерное и суперкомпьютерное моделирование - это важнейшая сквозная технология, эффективно применяемая в научных исследованиях и во всех высокотехнологичных отраслях промышленности. Компьютерное моделирование используется на стадии разработки и проектирования новых изделий и технических систем, а также на стадиях их производства и эксплуатации. В высокотехнологичных отраслях, таких как автомобилестроение, авиастроение, атомное машиностроение, роль компьютерного моделирования чрезвычайно велика. Но при этом мы не должны терять суть инжиниринга - проектирование и создание конструкторской документации, изготовление опытных образцов и проведение испытаний.
Существуют более ста типов инжиниринга, связанных с конкретными отраслями: автомобильный, аэрокосмический, нефтегазовый и др. Цель Политехнического университета - иметь необходимые компетенции, чтобы работать с высокотехнологичными отраслями на основе сформированных десятилетиями научно-технологических заделов.
На современном этапе развития мы говорим о цифровом инжиниринге, так как сегодня любая разработка немыслима без применения широкого спектра цифровых технологий. А добавление слова «системный» связано с тем, что мы фокусируемся на работе со сложными изделиями, сложными техническими/киберфизическими системами.
Таким образом, системный цифровой инжиниринг ориентирован на различные отрасли, использует передовые цифровые технологии (в первую очередь цифровые двойники) в качестве основного инструмента для решения сложных наукоемких мультидисциплинарных задач.
– Как системный цифровой инжиниринг и технологии цифровых двойников помогают создавать продукцию, превосходящую зарубежные аналоги?
– На этапе разработки к создаваемому изделию предъявляется множество противоречащих друг другу требований. И, конечно, на этапе разработки необходимо учитывать все режимы эксплуатации будущего изделия - не только нормальные, но и нарушения нормальных режимов работы, наконец, что чрезвычайно важно, аварийные ситуации. Именно здесь ключевую роль играет передовая технология цифровых двойников. Чем больше мы сделаем цифровых испытаний на этапе разработки, тем лучше будет конечный результат и тем меньше будет себестоимость разработки, изготовления опытных образцов, их испытаний, наконец, мы сможем обойтись минимальным объемом необходимых испытаний, как правило, дорогостоящих и зачастую длительных.
Технология цифровых двойников позволяет эффективно управлять требованиями и изменениями в процессе проектирования, находить рациональные компромиссные решения между противоречащими друг другу требованиями и целевыми показателями. Мы вносим изменения в цифровую модель и сразу видим, как это влияет на функциональные, технические и стоимостные характеристики будущего изделия. Мы можем моделировать технологические процессы изготовления (литье, штамповку, сварку, сборку) и анализировать влияние производственных отклонений на эксплуатационные характеристики. Таким образом, еще до изготовления опытного образца мы имеем практически полное представление о будущем изделии, более того, оно в цифровом виде уже прошло все необходимые стендовые и полигонные испытания.
– Приведите примеры продуктов, созданных в Политехе, которые уже сейчас опережают западные аналоги.
– Могу назвать установку для нефтегазовой промышленности - оборудование для системы очистки бурового раствора - ключевым элементом которой является вибросито, которое производится топливным дивизионом «ТВЭЛ» госкорпорации «Росатом».
У мировых лидеров, чье оборудование ранее закупала наша нефтегазовая отрасль, основная характеристика вибросита - уровень средних максимальных виброускорений - достигала 7 g (g - ускорение свободного падения). Перед нами была поставлена задача спроектировать российскую установку, которая по всем характеристикам будет превосходить зарубежные аналоги.
Мы применили технологию цифровых двойников и на цифровой платформе CML-Bench® за 70 дней разработали и проанализировали около 700 вариантов конструкции и сгенерировали семейство оптимальных конструкций, удовлетворявших всем требованиям. Выбранная конструкция с первого раза прошла все межведомственные испытания, достигла уровня 8,25 g и значительно превысила мировой уровень.
– Расскажите подробнее о платформе CML-Bench®, о которой вы упоминали.
– Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® сыграла фундаментальную и решающую роль в этом и во многих других проектах, так как позволяет принципиально по-другому выполнять работу в рамках новой парадигмы проектирования на основе цифровых двойников. Все изменения в изделии, которые вносятся в процессе разработки, сохраняются на платформе. Инженер может открыть проект, выполнявшийся ранее другими специалистами, и увидеть всю историю разработки («цифровой след проекта»), все предпринятые шаги, в том числе и отвергнутые в тот момент решения, которые могут быть полезны в других проектах. Это обеспечивает капитализацию решений и знаний, прозрачность и прослеживаемость всех процессов и этапов работы. Фактически это новая система управления знаниями, компетенциями, требованиями, изменениями, конфигурациями, цифровыми испытаниями и цифровой сертификацией проектируемых конкурентоспособных изделий в процессе разработки изделий, когда обосновываются все функциональные, технические и стоимостные характеристики будущих изделий.
В настоящее время на цифровой платформе CML-Bench® представлены более 350 тысяч цифровых и проектных решений, сотни реализованных проектов для высокотехнологичных отраслей промышленности России.
– Какие барьеры сейчас мешают массовому внедрению российских цифровых инжиниринговых решений и как их преодолеть?
– Основной барьер - уход зарубежных компаний, которые поставляли индустриальное и инженерное ПО на российские предприятия. Однако это послужило мощным толчком для запуска процессов импортозамещения ПО во многих отраслях.
Второй важный момент - сложность задачи технологического лидерства, ведь это не просто импортозамещение, когда мы создаем что-то похожее на зарубежные аналоги, а превосходство технологий и продукции.
Разработка и внедрение инновационных решений в промышленности требуют специально подготовленных специалистов-разработчиков, имеющих фундаментальное математическое и физико-механическое образование, владеющих передовыми цифровыми и производственными технологиями и способных успешно реализовать наукоемкие проекты. Этим должны заниматься в первую очередь те преподаватели, научные работники и инженеры, кто непосредственно участвует в реализации инновационных проектов по заказам промышленности. Именно для решения этой задачи был создан и реализуется федеральный проект «Передовые инженерные школы» (ПИШ).
– Какие уникальные методики используются в вашем университете, в частности в рамках передовых инженерных школ, для подготовки специалистов в области цифрового инжиниринга?
– Этот федеральный проект изначально задумывался как тесное взаимодействие университетов с высокотехнологичными компаниями в процессе подготовки новых инженеров в рамках выполнения на регулярной основе актуальных НИОКР.
Одним из ключевых элементов формирования ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» является создание новых специализированных магистерских программ и научно-образовательных пространств совместно с ИП, например, Росатомом, Ростехом, «Газпром нефтью» и др.
У нас реализована уникальная модель наставничества. У каждого магистранта обычно два руководителя: один - со стороны университета, а второй - от ИП, он курирует инженерную деятельность, связанную с конкретным проектом. Важно, что представители ИП входят в учебно-методические советы и участвуют в формировании учебных планов специализированных магистратур.
В процессе реализации проекта, за два с половиной года, ПИШ СПбПУ получила грант на создание и развитие 1,2 миллиарда рублей и заработала более 1,8 миллиарда внебюджетных средств от ИП.
– Что такое «инженерный спецназ», который вы готовите?
– Этот термин впервые прозвучал в июне 2014 года на заседании Совета по науке и образованию с участием Президента РФ Владимира Путина. Наш ректор Андрей Рудской предложил таким образом назвать специалистов, которые необходимы для прорывного развития инженерного дела, технологий, промышленности, - это высококвалифицированные специалисты мирового уровня, которые владеют передовыми цифровыми и производственными технологиями и способны решать сложные мультидисциплинарные задачи, включая те, с которыми они ранее не сталкивались. Как и настоящий спецназ, эти инженеры должны быть готовы ответить на любой профессиональный вызов.
Фактически это специалисты, которые работают в области системного цифрового инжиниринга со сложными техническими/киберфизическими системами на всех стадиях жизненного цикла с использованием передовых цифровых технологий, платформенных решений и цифровых двойников.
– Какие прорывные технологии и результаты вы ожидаете увидеть в области цифрового инжиниринга в ближайшие 5-10 лет?
– Анализируя мировые рынки и прогнозы развития технологий до 2028-2035 годов, я бы выделил несколько ключевых тенденций.
Основой для эффективного системного цифрового инжиниринга является рынок специализированных мультидисциплинарных цифровых платформ (SPDM-систем) по разработке и применению цифровых двойников и выполнению цифровой сертификации объемом около 2 миллиардов долларов в год. Наиболее динамично развивающимся в мире рынком является рынок технологий цифровых двойников - его ежегодный прирост (CAGR) составляет рекордные более 60% в год, в 2028-м годовой объем рынка превысит 110 миллиардов долларов, а 2037-м - 1,1 триллиона. Такие темпы развития значительно выше темпов роста традиционных рынков. Далее необходимо отметить рынок технологий ИИ, который растет около 30% в год и к 2030 году превысит 1,3 триллиона долларов. Наконец, рынок инжиниринга и инжиниринговых услуг в промышленности является самым большим - около 10 триллионов долларов в год. Таковы глобальные технологические тренды, технологические фронтиры и темпы развития. На мой взгляд, основные прорывы и в российском, и в мировом высокотехнологичном инжиниринге будут связаны именно с этими направлениями.
Беседовала Светлана БЕЛЯЕВА
Фото предоставлены Управлением по связям с общественностью СПбПУ
