Цифровые технологии в промышленности на фабриках будущего. Цифровая экономика: как специалисты понимают этот термин. Какими бывают «Фабрики будущего»

Задача - работа в области высокотехнологичной промышленности, увеличение ее экспортного потенциала с выходом на глобальные рынки.

По словам участников процесса, ожидается прорыв в сфере научно-технического развития РФ.
О том, что такое фабрика будущего, рассказал председатель комитета по промышленной политике и инновациям Санкт-Петербурга Максим Мейксин.

Цифровой двойник

- Что представляет собой новая концепция и почему на неё возлагаются такие надежды?

Существует два способа выпуска продукции: классический, когда опытный образец изготавливают по чертежу, и новый подход, при котором будущее изделие формируется в виде цифрового двойника. Процесс испытания, например, автомобиля и его сборку с учетом результатов испытаний можно имитировать в цифровой программе. Технологии производства отрабатываются на компьютерной модели. И само производство выглядит иначе, чем классическое, потому что цифровой двойник позволяет прогнозировать свойства будущего изделия, добиваться нужного качества. В какой-то момент двойник начинает «обучать» своего прототипа, реальный объект: на основе работы цифрового аналога, скажем, самолета, можно сделать прогноз его эксплуатационной надёжности. То же и с производством лекарств, цифровые двойники которых позволят рассчитать нужную молекулу не опытным многолетним путем, а гораздо более коротким математическим и просчитать воздействие на человеческий организм.

- То есть цифровой двойник станет ключевым понятием при создании нового типа промышленности?

Наша задача показать предприятиям, как нужно мыслить в новой парадигме, в формате цифровых фабрик, которые открывают широкие возможности. Чтобы не догонять промышленных лидеров, а добежать первыми в этой конкурентной гонке, срезав угол, создав цифровую промышленность, которая посредством цифровых двойников позволит реализовать самые перспективные идеи на высоком уровне. Здесь очень важна работа, которую ведет Политехнический университет. Для реализации проекта «Фабрика будущего» в Петербурге создан проектный офис под руководством губернатора.

Когда революция лучше эволюции

- Насколько готовы петербургские предприятия к такой перестройке?

На уровне Министерства промышленности и торговли создана специальная группа, занимающаяся оценкой готовности к работе в новом формате. Около 25 предприятий Петербурга заявили о такой готовности. Среди них Средне-Невский судостроительный завод, который строит цифровую верфь. Это будет хорошее конкурентное преимущество, многоуровневое, когда суда станут производиться, исходя из расчетных проектов цифровых моделей. Управление судами и контроль за ними также будет осуществляться при помощи программных продуктов. Облегчается целый ряд технологических операций, как производственных, так и управленческих, повышается производительность труда. Переход на цифровые фабрики - огромный шаг вперед.

- Получается, мы стоим на пороге новой научно-технической революции?

Точнее, четвертой промышленной. Есть два пути развития - эволюционный и революционный. До сегодняшнего дня наша промышленность развивалась эволюционным путём, серьёзно отставая в ряде отраслей, хотя в каких-то областях мы являемся безусловными лидерами. Поэтому выбор такой: либо закупать новое современное оборудование в соответствии с существующими стандартами, окупаемость которого 5-10 лет, либо переходить на цифровую платформу. Во втором случае мы можем дойти до цели быстрее конкурентов, не придётся окупать средства, вложенные в оборудование, мы в этом смысле свободны. У России есть шанс занять лидирующее место на глобальных рынках.

- Какова судьба предприятий, которые не перейдут на цифровые технологии?

Ещё недавно все знали такого мирового производителя, как «Кодак». Компания обеспечивала 80% мировой потребности в фотоплёнке и фотобумаге. Сейчас этой компании нет, плёнка мало кому нужна. Таких примеров много. Те предприятия, которые не будут переходить на новый формат работы, к сожалению, обречены. Задача правительства Санкт-Петербурга - помочь компаниям вписаться в новые условия, стать высокотехнологичными, превосходящими своих партнёров в конкурентной гонке.

А автор кто?

- Это просветительская функция?

Скорее, это роль проводника, указывающего направление. Суть в том, чтобы Центр НТИ и предприятия встретились и начали совместное движение вперёд. Мы готовы предоставить заинтересованным компаниям пакеты сформированных решений, вытекающих из опыта тех предприятий, которые уже идут этим путём. Например, из практики работы Совета по конверсии можно извлечь немало полезного. Мы сейчас упаковываем нужные предложения в некий набор рекомендаций: например, как оптимизировать затраты при переходе на выпуск конкурентного продукта.

Цифровая фабрика - это когда к работе на стадии проектирования могут привлекаться представители разных компаний, наиболее компетентных в той или иной области. Кому в таком случае будут принадлежать авторские права?

Идея в том, что в мире много профессиональных команд, умеющих решать те или иные задачи. Компиляция результатов их работы, создание общего продукта гораздо удобней, чем заказ, выполняемый в рамках одной компании. Если есть возможность привлекать разные проектные команды, то получаются более качественные решения. Проблем с авторскими правами здесь не вижу, потому что всё равно остаётся заказчик, который оплачивает работу. Всё покупается в одном пакете вместе с правами.

Какие новации, появившиеся в Петербурге, можно назвать наиболее интересными? Проектами, опережающими время?

Их много. В сентябре со стапеля Балтийского завода сошёл первый серийный атомный ледокол «Сибирь» проекта 22220 - самый большой и мощный в мире. Совокупный потенциал судостроительной и радиоэлектронной промышленности позволяет нашему городу стать одним из центров создания беспилотного морского транспорта. Крупным экспортёром инновационной продукции стал концерн «Гранит-Электрон», выпустивший уникальные системы наклонного бурения для нефтегазовой промышленности. Годовой объем его экспорта составил 2,5 миллиарда рублей. В 2017 году Петербург занял первое место в рейтинге инновационных регионов Российской Федерации. По данным Национального рейтинга «Техуспех-2017», в топ-100 российских инновационных компаний вошли 15 предприятий Петербурга, лидеров фармацевтики, машиностроения, электроники и инжиниринга.

14.08.2017, Пн, 17:22, Мск , Текст: Игорь Королев

В рамках проекта НТИ утверждена дорожная карта «Технет», посвященная внедрению ИТ-систем для управления и проектирования промышленных производств. В случае реализации мероприятий дорожной карты в России в 2025 г. появится 40 «Фабрик будущего» и 25 испытательных полигонов, а объем экспорта продукции, полученной с помощью передовых производственных технологий, достигнет 800 млрд руб.

Для чего нужен «Технет»

Совет при Президенте России по модернизации экономики и инновационному развитию одобрил дорожную карту «Технет». Документ разработан в рамках проекта Национальной технологической инициативы (НТИ), реализуемой по поручению президента России Владимира Путина .

Руководителями рабочей группы «Технет» являются замминистра промышленности и торговли Василий Осьмаков и проректор по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Алексей Боровков .

Дорожная карта «Технет» направлена на формирование в России комплекса ключевых компетенций, обеспечивающих интеграцию передовых производственных технологий (ППТ) и бизнес-моделей для их распространения в качестве «Фабрик будущего» (Factories of the future). Мероприятия, описанные в документе, рассчитаны на период до 2035 г.

Что такое «Фабрики будущего»

Под «Фабриками будущего» понимаются системы комплексных технологических решений, обеспечивающих в кратчайшие сроки проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения, которые, как правило, генерируются на основе испытательных полигонов (TestBeds).

Авторы документа отмечают, что уже сейчас Россия входит в топ-20 стран по количеству технологических заделов в области передовых производственных технологий и по количеству первых патентных заявок по ряду технологических направлений, включая 3D-печать, нанотехнологии и роботехнику.

К 2020-2030 г.г. глобальная индустрия перейдет к масштабированию использования передовых производственных технологий, которые сегодня еще относятся к неконвенциональным, прогнозируют авторы документа.

К 2035 г. цифровое и интеллектуальное производство станет массовым, произойдет изменение архитектуры рынков, цепочек поставок и переход к виртуальным распределенным производствам.

Основными трендами «Фабрик будущего» являются: комплексирование мультидисциплинарных и кросс-отраслевых передовых технологий, распространение универсальных межотраслевых платформенных решений, широкое распространение передовых производственных технологий, формирование нового неконвенционального пакета в развитых странах, радикальное удешевление и ускорение циклов разработки и производства и развитие системы распределенного производства.

В 2025 г. в России появится 40 «фабрик будущего»

Основным принципом реализации мероприятий дорожной карты «Технет» является преодоление разрыва между имеющимся заделом по производству целого ряда «best-in-class» продукции по ряду технологических комплексов ППТ и требованием к масштабируемости и серийности изготовления кастомизированных продуктов, изделий и решений. Для реализации данного принципа в документ были включены мероприятия, направленные на преодоление технологических барьеров, которые существуют на данный момент в промышленных секторах российской экономики.

Речь идет, прежде всего, об устаревших форматах организации технологических и производственных цепочек. «Фабрики будущего» станут ответом на вызов России, обещают авторы документа. Они обеспечат принципиально новые подходы к цифровому проектированию на основе полного математического моделирования и технологий оптимизации, виртуальные испытания (значительно снижают объемы дорогостоящих натурных испытаний), передовые производственные технологии и цифровое «умное» производство.

Какими бывают «Фабрики будущего»

«Фабрики будущего» бывают трех видов. Цифровая «фабрика» должна быть ориентирована на проектирование и производство продукции нового поколения: от стадии исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы изделия, до стадии создания цифрового макета продукта (Digital Mock-Up, DMU), «цифрового двойника» (DigitalTwin) и опытного образца или мелкой серии. «Цифровая фабрика» снижает затраты на 10-50%, сокращает времея производства на 20-70%, приводит к росту прибыли на 10-50%.

«Умная фабрика» должна быть ориентирована на производство продукции нового поколения от заготовки до готового изделия по цене серийного производства текущего индустриального уклада. В качестве входного продукта «Умной фабрики» используется результат работы «Цифровой фабрики».

	Наименование целевых показателей	Единица измерения	Текущее значение	2017	2018	2019	2025	2035
1	Доля России на мировых рынках «Фабрик будущего» в сегменте инжиниринга и конструирования	%	0,28%	0,3%	0,4%	0,5%	0,9%	1,5%
2	Количество компаний-поставщиков услуг по созданию «Фабрик будущего» в рейтинге топ-50 технологических газелей РФ	Ед. (накоп.)	0	0	1	3	10	20
3	Позиция России в Global Manufacturing Competitiveness Index (или сопоставимый)	Место	32	33	30	28	20	10
4	Объем экспорта продукции, полученной с использованием ППТ	Тыс. руб.	-	-	-	1 500 000	80 000 000	800 000 000
5	Число созданных «Фабрик будущего» «Технет»	Ед. (накоп.)	0	0	3	5	17	40
6	Число созданных испытательных полигонов (TestBeds) «Фабрик будущего»	Ед. (накоп.)	0	2	3	4	10	25
7	Количество экспериментально-цифровых центров (лабораторий) сертификации в России	Ед. (накоп.)	0	0	1	3	10	15
8	Число специалистов, прошедших программы подготовки и переподготовки по передовым производственным технологиям	Чел. (накоп.)	не менее 30	>200	1 000	2 000	20 000	50 000

Источник: CNews Analytics

Отсутствие зависимости цены от признака серийности обеспечивается за счет увязанных общей системой управления и логистической системой отдельных модулей, обеспечивающих реализацию всех технологических переделов без участия человека. Внедрение «умной фабрики» приводит к 2-4-кратному сокращению времени производства и росту прибыли до двух раз.

Наконец, под «виртуальной фабрикой» подразумевается объединение «цифровых» и «умных» Фабрик в единую сеть либо как части глобальных цепочек поставок, либо как распределенных производственных активов.

Продукт «виртуальной фабрики» – это виртуальная модель всех организационных, технологических, логистических процессов территориально распределённых «цифровых» и «умных» производств, представленных для пользователя как единый объект. «Виртуальная фабрика» обеспечивает 2-4-кратный рост производительности, снижение затрат на 40%, сокращение числа единиц оборудования на 7-15%.

Из чего состоят «Фабрики будущего»

Составными технологическими направлениями «Фабрик будущего» являются: цифровое проектирование и моделирование (CAD, CAE, HPC, CAO); топографическая, топологическая, технологическая подготовка производства (CAM); технологии управления данными о продукте (PDM) и технологии управлениям жизненным циклом изделий (PLM); новые материалы, в том числе передовые сплавы, передовые полимеры и т.д; аддитивные технологии, включая 3D-принтеры; CNC-технологии и гибридные технологии (включая станки и технологии оборудования с числовым программным управлением); промышленная сенсорика; информационные системы управления предприятием (ICS, MES, ERP, EAS); Big Data и индустриальный интернет.

«Фабрики будущего», по сравнению с традиционными производствами, будут обладать следующими преимуществами: сокращение затрат на производство до 50%; сокращение времени производства в 2-3 раза; цифровизация производственных процессов на уровне до 95%; возможность прототипирования, проектирования новых процессов производства, существенно снижающей время выхода на рынок готовой продукции (time-to-market); повышенная предсказуемость производственных процессов.

Кроме того, «Фабрики будущего» обеспечат ряд достижений: безлюдное интеллектуальное производство не менее 50% технологических операций; переход к виртуальному управлению цепочками поставок (с использованием Big data и предикативной аналитики); соединение больших программных пакетов в единую систему, обеспечивающую управление производством; снижение количества дефектной продукции; повышенная кастомизация производственного процесса и использование новых материалов (приводят к облегчению конструкций до 50% и более).

Рынок «Фабрик будущего»: текущее состояние и прогнозы

Рынок Фабрик будущего состоит из нескольких компонентов. Рынок конструирования и инжиниринга в мире вырастет с $773 млрд в 2015 г. до $1,396 трлн, в России за аналогичный период - с $2,2 млрд до $10,9 млрд. Рынок систем и услуг ускоренной сертификации в 2035 г. составит $33,6 млрд в мире, в России - $160 млн. Рынок образовательных услуг в данной сфере в России составит в 2035 г. $50 млн.

Глобальный рынок технологий для компонентов Фабрик будущего увеличится с $368 млрд в 2015 г до $1,757 трлн. В 2035 г. объем сегментов данного рынка будет следующим: цифровое моделирование и проектирование - $74,8 млрд, станков с ЧПУ - $281,4 млрд, аддитивных технологий - $216,4 млрд, аппаратного обеспечения - $24,3 млрд, новых материалов - $145,4 млрд, промышленных роботов - $241,6 млрд, MES и ICS-систем управления производством - $366 млрд, информационные системы управления предприятием - $92,6 млрд, Big Data - $90 млрд, промышленный интернет - $255 млрд.

К секторам наибольшей благоприятности с точки зрения условий внедрения ППТ, которые будут определять спрос на технологии «фабрики будущего», относятся: производство машин и оборудования (ожидаемый рост - 226%), производство электрооборудования (233% роста к 2035 г. согласно данным ЦМАКП), химическое производство (230%) и т. д.

Спрос на компетенции участников «Технет» прежде всего будет формироваться в секторах ускоренного импортозамещения, где потребность в создании новых производственных мощностей позволит в краткосрочной и среднесрочной перспективе реализовывать пилотные проекты дорожной карты, а в долгосрочной – масштабировать накопленные знания и приложения в части создания современных производственных цепочек. В части наращивания производственных мощностей наиболее перспективными рынками внедрения ППТ являются сектор производства автомобилей, прицепов и полуприцепов с объемом потенциального импортозамещения $13,8 млрд.

«Технет»: планы в России

Согласно заложенному в дорожную карту плану мероприятий, в рамках разворачивания сети испытательных полигонов TestBeds в 2017 г. в России должны быть запущены виртуальный испытательный полигон для автомобилестроения и испытательный полигон для экспериментально-цифрового центра сертификации, а также сформулированы для Минпромторга требования и стандарты финансирования, аудита и отчетности для TestBeds.

В 2018 г. будут созданы: национальный центр тестирования, верификации и валидации отечественного и зарубежного ПО в области компьютерного и суперкомпьютерного моделирования, национальный сетевой центр реверсивного инжиниринга и прототипирования, первая цифровая фабрика для автомобилестроения и центр трансфера передовых производственных технологий и исследований в Китае.

В 2019 г. будет запущен виртуальный испытательный полигон для судостроения, кораблестроения и судового машиностроения и будет создана ИТ-платформа (по типу marketplace) размещения и конкурса заказов для подключения большого числа разнотипных игроков рынка к развитию, коммерциализации и широкому использованию ППТ. А в 2020 г. должны быть разработаны технологии проектирования и производства оптимизированных конструкций для высокотехнологичных отраслей и рынков.

В рамках создания глобальной сети российских «фабрик будущего» в 2018 г. будут разработаны форматы и требования к протоколам взаимодействия узлов данной сети и запущена «виртуальная фабрика» с использований технологий индустриального интернета.

В 2019 г. состоится запуск полигона «умной фабрики» первой очереди, а в 2021 г. будет открыта первая полноценная российская «фабрика будушего» в одной из стран БРИКС/ШОС.

В рамках проектов развития сертификации новых материалов, адаптивных технологий и конструкций нового поколения в 2017 г. будет запущено формирование международного консорциума в области сертификации. В 2018 г. будет создан объединенный экспериментально-цифровой центр сертификации и сетевой промышленный экспериментально-цифровой центр сертификации, также будут введены в опытную эксплуатацию на производстве композиционных материалов экспериментальные технические средства определения состояния полимерных конструкционных материалов в процессе производства продукции.

В 2020 г. будет создана сеть из не менее чем трех региональных пилотных центров сертификации продукции, полученной с использованием ППТ. К 2025 г. данная сеть будет интегрирована в международную систему сертификации продукции, получаемой с использованием ППТ.

В рамках работы по совершенствованию нормативно-правовой базы к 2018 г. будет принято не менее 20 стандартов в сфере сертификации ППТ. В 2019 г. будут сформированы уточненные описания передовых производственных технологий и методик расчета их использования в России. В 2020 г. будут разработаны унифицированные межотраслевые правила по обоснованию соответствия требованиям безопасности (сертификации) изделий, произведенных на цифровых фабриках.

В 2025 г. будут сформированы законодательные требования при проведении конкурсных торгов на поставку многоэлементных высокоответственных конструкций со сроком службы более 20 лет. Также к этому моменту будет принято не менее 125 стандартов в сфере сертификации ППТ.

В 2017 г. будет разработана архитектура банка натурных и виртуальных моделей, нормативно-методическая документация в обеспечение обращения с моделями и модуль базы данных материалов для автомобилестроения.

В 2018 г. будет разработан модуль базы данных материалов для авиастроения и создан пилотный банк данных натурных и виртуальных стандартов качества для сертификации продукции, получаемой с использованием различных технологий. В 2020 г. будет создана электронная система интерактивного справочника, содержащего характеристики материалов и элементов конструкций и технологических процессов их получения.

В 2025 г. создан банк данных натурных и виртуальных стандартов качества, охватывающий широкий спектр материалов, процессов, изделий, парка изделий, получаемых с помощью передовых производственных технологий, а также разработаны модули базы данных материалов для высокотехнологических отраслей промышленности.

Кроме того, запланировано создание системы профессионального образования для подготовки кадров «Технет». В том числе будет создана инфраструктура - сеть образовательных площадок (learning factories), направленных на формирование перспективных компетенций путем реализации и масштабирования смешанных (blended) и сетевых программ. В рамках работы learning factories будет организовано сотрудничество с промышленными компаниями, обучены сотрудники данных компаний, внедрены в их деятельность передовые производственные технологии и созданы дополнительные рабочие места.

Ожидаемые результаты

Реализация заложенных в дорожную карту мероприятий позволит России к 2035 г. увеличить долю на мировых рынках «фабрик будущего» в сегменте инжиниринга и конструирования с 0,28% до 1,5%. В стране будет создано 40 «фабрик будущего», 25 испытательных полигонов для них и 15 экспериментально-цифровых центров (лабораторий). Объем экспорта продукции, полученной с использованием ППТ, составит 800 млрд руб., а 50 тыс. специалистов пройдут подготовку и переподготовку по передовым производственным технологиям.

Проект «Наставники: не рядом, а вместе!»

Лидер проекта: Александра Юрьевна Телицына, исполнительный директор MOO «Старшие Братья Старшие Сестры» .

Проект ориентирован на детей, находящихся в трудной жизненной ситуации. Адаптироваться и полноценно участвовать в жизни общества таким детям помогает индивидуальное общение с наставниками. Суть проекта - привлечение в качестве наставников успешных взрослых людей - деятелей культуры и спорта, представителей бизнеса и власти. В настоящее время в проекте принимают участие директора АСИ. Программа индивидуального наставничества дает детям возможность почувствовать уверенность в своих силах, развить лидерские компетенции, сориентироваться в выборе профессии.

АСИ окажет информационную и административную поддержку, поможет наладить коммуникацию с региональными органами власти с целью тиражирования проекта.

Проект «Этномир»

Лидер проекта: Руслан Фаталиевич Байрамов, президент Международного Фонда «Диалог Культур - Единый Мир» .

Культурно-образовательный центр «Этномир» в Калужской области за десять лет существования принял полтора миллиона гостей. Этнографический парк знакомит с жизнью, традициями и культурой народов России и мира. На аутентично воссозданных дворах размещены ремесленные мастерские, дома-гостиницы, музеи, рестораны традиционной кухни, сувенирные магазины; в Центре работают образовательные программы для детей, проходят фестивали, карнавалы, выставки, конференции, концерты, связанные с культурой разных стран и народностей.

В планах проекта - сделать «Этномир» креативным городом дружбы народов. Парк рассчитывает расширить свою территорию и увеличить посещаемость до 10 миллионов человек в год.

АСИ окажет консультационную и методологическую поддержку по созданию модельной программы дополнительного образования детей на базе культурно-образовательного центра «Этномир», а также содействие в развитии международных контактов.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab ® по материалам spbstu.ru , kremlin.ru , strf.ru , minpromtorg.gov.ru и собственной информации.

А.И. Боровков, соруководитель рабочей группы "ТехНет" Национальной технологической инициативы, проректор по перспективным проектам, научный руководитель Института передовых производственных технологий, руководитель Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;

О.И. Клявин, первый заместитель директора Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;

В.М. Марусева, специалист Отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;

Ю.А. Рябов, главный специалист Отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;

Л.А. Щербина, руководитель Отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ

Проф. А.И. Боровков - соруководитель рабочей группы "ТехНет" Национальной технологической инициативы (НТИ), проректор по перспективным проектам, научный руководитель Института передовых производственных технологий (ИППТ), руководитель Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" СПбПУ.

В рамках «дорожной карты» рабочей группы «ТехНет» (Передовые Производственные Технологии) Национальной технологической инициативы (НТИ) будет создана первая в России демонстрационная площадка (полигон, TestBed) Фабрики Будущего - Цифровая фабрика (Digital Factory) , предназначенная для:

• отработки взаимодействия всего спектра технологий цифрового проектирования и моделирования CAD / CAE / FEA / MBD / CFD / FSI / EMA / CAO / … / HPC / PDM / PLM & MBSE & (MES & ERP) разработки глобально конкурентоспособной и кастомизированной / персонализированной продукции нового поколения, в частности, “best-in-class” оптимизированных конструкций,
• обеспечения импортозамещения / экспортоориентированного импортоопережения зарубежной продукции

для высокотехнологичных отраслей промышленности и рынков Будущего, формируемых в рамках Национальной технологической инициативы.

Цифровая Фабрика будет сформирована на базе Инжинирингового центра “Центр компьютерного инжиниринга” (CompMechLab ®) и Института передовых производственных технологий (ИППТ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) , подразделения которых, обладают уникальным опытом реализации масштабных инженерных проектов по заказам ведущих российских и зарубежных высокотехнологичных компаний-лидеров на современных рынках.

Цифровая фабрика ИППТ СПбПУ создается с целью достижения качественно нового уровня процесса проектирования продуктов / конструкций и подходов к производству за счет эффективного применения всего комплекса мульти- и транс-дисциплинарных компьютерных технологий мирового уровня, которые носят принципиально кросс-отраслевой / кросс-рыночный характер:

• новая парадигма (Simulation & Optimization)-Driven Design как основа проектирования глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения, предназначенных для высокотехнологичных рынков Настоящего и Будущего;
• принципы бионического дизайна, позволяющие радикально улучшить характеристики продуктов / конструкций (вес, стоимость, оптимальные размеры и форма и др.) при сохранении всех необходимых технический требований (жесткость, прочность, устойчивость, первая собственная частота, концентрация напряжений и др.), когда получаемые оптимальные решения могут напоминать структуры, встречающиеся в живой природе;
• конвергенция и синергия цифрового моделирования и проектирования, компьютерного / суперкомпьютерного инжиниринга, компьютерных технологий оптимизации и аддитивных технологий, что позволит создавать принципиально новые и глобально конкурентоспособные «best-in-class» оптимизированные продукты / детали / изделия / конструкции.

Применение передовых компьютерных технологий CAD (Computer-Aided Design) и CAE (Computer-Aided Engineering) , включая FEA (Finite Element Analysis) , MBD (MultiBody Dynamics), CFD (Computational Fluid Dynamics), FSI (Fluid-Structure Interaction), EMA (ElectroMagnetic Analysis), CAO (Computer-Aided Optimization) позволяет значительно сократить сроки разработки и вывода на глобальный рынок сложной продукции. Применение суперкомпьютерных технологий (HPC, High-Performance Computing) предоставляет возможность ещё больше ускорить этот процесс, особенно, для сверхсложных наукоемких и ресурсоемких мульти-дисциплинарных проблем.

Внедрение PDM (Product Data Management) и особенно SPDM-систем (Simulation Process and Data Management) помогает упорядочить информационные потоки (для которых, как правило, характерно наличие больших массивов данных (BigData), которые генерируются в процессе многовариантного предсказательного моделирования, проектирования / разработки продукта), систематизирует информацию и облегчает доступ к ней. Каждая из перечисленных выше технологий сама по себе оказывает положительное влияние на оптимизацию производственных процессов, а использование их в комплексе обеспечивает мощный синергетический эффект.

Инициативы по созданию Фабрик Будущего поддержаны, в частности, в странах Европейского Союза. В рамках программы технологического развития Horizon 2020 пилотные проекты Цифровых фабрик создаются на базе таких компаний, как: Volkswagen (автомобилестроение; Германия), Siemens (электроника, Siemens Electronics Works Amberg; Германия) AgustaWestland (вертолетостроение; Англия, Италия), Consulgal (строительство; Португалия) и др. Цифровые фабрики (Digital Factory) являются, с точки зрения общей архитектуры Фабрик Будущего (Factories of the Future), основой (неотъемлемой частью) для развития «Умных» (Smart) и Виртуальных (Virtual) фабрик.

Цифровая фабрика ИППТ СПбПУ предполагает создание и отладку технологических и производственной цепочек до уровней готовности TRL6-TRL-7 / MRL6 (Technology / Manufacturing Readiness Levels) , начиная от стадий исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы конкурентоспособного продукта, и заканчивая созданием опытного прототипа изделия:

• “оцифровка” жизненного цикла продукта и приведение его в соответствие с матрицей целей (требования / ограничения: технологические, технические, экономические и т.д.) на его разработку;
• формирование базы поставщиков и требований к ним при создании “best-in-class” продуктов (для разных отраслей) - неотъемлемый элемент Виртуальной фабрики;
• проведение серии первичных расчетов с целью определения общих принципов проектирования и создания оптимальной конструкции на основе современной концепции (Simulation & Optimization)-Driven Design & Additive Manufacturing;
• конструкторские работы (CAD); компьютерный / суперкомпьютерный инжиниринг (CAE, HPC), все виды оптимизаций (CAO; многокритериальная, многопараметрическая, многодисциплинарная, топологическая, топографическая, оптимизация размеров и формы, наконец, робастная оптимизация);
• выбор технологии производства и подготовка к изготовлению прототипа (Computer-Aided Manufacturing, CAM; Computer-Aided Additive Manufacturing, CAAM );
• изготовление прототипа (аддитивное производство, многофункциональные обрабатывающие центры на базе станков с ЧПУ и др.).

Рис. 1. Модель Цифровой фабрики ИППТ СПбПУ

Кроме того, в рамках деятельности Цифровой фабрики ИППТ СПбПУ предполагается создание Национального центра тестирования, верификации / валидации (TVV*) отечественного и зарубежного программного обеспечения (ПО), виртуальных полигонов по валидации разработанных продуктов и сети испытательно-диагностических лабораторий. Данные направления, как и сама Цифровая фабрика, будут реализованы, в первую очередь, сотрудниками Инжинирингового центра “Центр компьютерного инжиниринга” (CompMechLab ®) СПбПУ (ИЦ “ЦКИ” СПбПУ) на базе Суперкомпьютерного центра “Политехнический” (СКЦ СПбПУ), пиковая производительность которого составляет ~ 1 ПетаФлопс.

Уникальные компетенции и опыт сотрудников ИЦ ЦКИ СПбПУ позволят проводить анализ конкурентоспособности и готовности к промышленной эксплуатации отечественного программного обеспечения в сравнении с передовыми зарубежными компьютерными технологиями. В условиях санкций в отношении России, курса государства на импортозамещение, и возрастающего спроса российских компаний на разработку отечественного инженерного программного обеспечения, создание независимого экспертного Центра тестирования инженерного ПО становится чрезвычайно актуальным.

Имеющиеся в ИЦ “ЦКИ” СПбПУ заделы для создания Цифровой Фабрики, созданные в процессе успешной реализации десятков проектов в интересах:

• ведущих зарубежных высокотехнологичных компаний (Airbus Group, Boeing, General Electric, General Motors, Daimler / Mercedes, BMW, Rolls-Royce, Audi, Porsche, Volkswagen, Schlumberger, Weatherford, Siemens, LG Electronics и др.);
• ведущих российских высокотехнологичных корпораций (Ростех, Газпром, Роскосмос / ОРКК, ОАК, ОДК, ОСК, Силовые машины, Северсталь и др.),

а также в рамках Проекта по разработке первой в России единой модульной платформы (ЕМП) линейки отечественных автомобилей премиум-класса для первых лиц государства, позволят уже в 2016 году запустить в тестовом режиме Цифровую фабрику в области автомобилестроения, где одним из важнейших блоков будет виртуальный полигон по валидации конструкций.

Отработанные в рамках Цифровой Фабрики ИППТ СПбПУ решения и технологии будут тиражированы и масштабированы на многие высокотехнологичные отрасли промышленности России, а в рамках Национальной технологической инициативы - будут способствовать развитию рынков Будущего и формированию Экономики Будущего - Цифровой Экономики.

Национальная технологическая инициатива (НТИ)

Ряд ключевых мероприятий в рамках конференции посвящались участию университетов в Национальной технологической инициативе (НТИ - это программа мер по формированию принципиально новых рынков и созданию условий для глобального технологического лидерства России к 2035 году). Проректор...