Технология разработки цифровых двойников изделий создана на пересечении материального и цифрового миров. Сегодня она становится драйвером устойчивого экономического развития компаний в ходе четвертой промышленной революции.
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) от 16 сентября 2021 года оставил позади эпоху турбулентности в сфере применения технологии цифровых двойников. Этим приказом утвержден ГОСТ Р 57700.37–2021 "Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения". Впервые в мире вводится нормативный документ, сфокусированный на разработке изделий с помощью технологии цифровых двойников, а не оцифровке производственной инфраструктуры и логистики. Он устанавливает единое определение цифрового двойника изделия и вводит 11 определений основных понятий, связанных с применением технологии цифровых двойников, раскрывая понятия: "цифровая модель изделия", "цифровые (виртуальные) испытания", "цифровой (виртуальный) испытательный стенд", и "цифровой (виртуальный) испытательный полигон" и т.д. Известно, что для успеха любого важного дела, важно суметь договориться о терминах на старте. И вот с 1 января 2022 года, когда новый ГОСТ начнет действовать, заказчики, разработчики, пользователи изделий, созданных по технологии цифровых двойников, будут говорить на одном языке. Разработчики стандарта называют это единым семантическим пространством.
Интересно, что элементы технологии цифровых двойников раньше стали распространяться на Западе, но именно российские ученые и инженеры первыми систематизировали свой успешный опыт в этой сфере и закрепили его в формулировках стандарта. Нигде в мире кроме России на данный момент единые стандарты цифровых двойников изделий не разработаны.
Документ касается, в первую очередь, изделий машиностроения и станет отправной точкой для разработки отраслевых стандартов, ведь разные отрасли машиностроения имеют свою специфику.
О том, как задумывался, рождался, обсуждался и утверждался стандарт цифровых двойников изделий рассказали "Стимулу" инициатор разработки стандарта и один из главных его создателей проректор по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, руководитель Центра НТИ "Новые производственные технологии" и Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab®) Алексей Боровков и другие участники процесса.
Это первый в мире нормативный документ, сфокусированный на создании изделий с помощью технологии цифровых двойников, а не оцифровки производственной инфраструктуры и логистики. Он устанавливает единое определение цифрового двойника изделия и вводит 11 определений основных понятий, связанных с применением технологии цифровых двойников
Ключевым моментом разработки является цифровая модель изделия. Вот здесь, я бы сказал, большое достижение связано с тем, что мы указали, что это система математических компьютерных моделей и любых других электронных сопровождающих документов, вплоть до Excel-таблиц и CAD-моделей.
Стандарт обеспечивает нам понимание о том, какова структура, функциональность, поведение будущего изделия на всех стадиях его жизненного цикла, начиная с идеи и заканчивая утилизацией. Мы выделили три ключевых этапа - разработка, производство, эксплуатация. Причем мы разделяем изделия на проектируемые, создаваемые "с нуля", и те, которые уже произведены и находятся на этапе эксплуатации. Ключевой момент - это применение моделей высокого уровня адекватности. Все создают математические модели, но у одних разработчиков модели довольно хорошо описывают реальные физико-механические процессы, эксплуатационные режимы и даже сами сложные конструкции, а у других - значительно хуже. Мы заложили в основу разработки цифровых двойников математические модели высокого уровня адекватности.
Мы все с вами хорошо знаем, что четвертая промышленная революция и связанная с ней цифровая трансформация промышленности так и ли иначе проходят под эгидой больших данных. Эти большие данные нам чрезвычайно интересны - причем, как генерация данных, так и, что гораздо более важно, генерация новых знаний. Новые знания формируются за счет выполнения большого числа виртуальных испытаний на виртуальных испытательных стендах и виртуальных испытательных полигонах. Их определения тоже даны в стандарте. Это чрезвычайно важно!
Когда мы ведем разработку изделия, ключевым понятием является многоуровневая матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. И мы должны всем этим требованиям удовлетворить. Мы должны сбалансировать противоречащие между собой требования, найти компромиссные решения между требованиями и целевыми показателями, которых значительно - на порядки - больше, чем требований, и ресурсными ограничениями. Ресурсные ограничения - это всегда время, деньги, производственные, технологические, нормативные, экологические и другие ограничения. Это все разъясняется в стандарте. Там приведены общие требования к разработке цифровых двойников изделий.
Мы старались быть лаконичными. Текст стандарта занимает всего 23 страницы, и в нем нельзя отразить все аспекты этой передовой технологии - технологии разработки цифровых двойников. Поэтому подробнее, чем это обычно принято в стандартах, написано введение. Оно больше напоминает стиль научной статьи, где представлена мотивировка и объяснение, для чего этот стандарт нужен, что он предназначен для всех отраслей машиностроения и для трех ключевых стадий жизненного цикла изделия - разработка, производство и эксплуатация.
"В Российской Федерации первым в мире появился национальный стандарт на цифровые двойники изделия. Впервые в мировой практике ГОСТ установил единые определения цифрового двойника, виртуальных испытаний, виртуальных испытательных стендов, виртуальных испытательных полигонов", - отметил с трибуны Десятого форума по цифровизации оборонно-промышленного комплекса России "ИТОПК-2021" руководитель Росстандарта Антон Шалаев.
«Положения стандарта предназначены в первую очередь для применения компаниями и организациями высокотехнологичных отраслей промышленности, которые поставили перед собой цель обеспечить конкурентоспособность продукции на мировом рынке, повысить скорость вывода продукции на рынок, ее качество, надежность и отказоустойчивость»
В пояснительной записке разработчиков, подготовленной к этому заседанию, отмечается, что "положения стандарта предназначены, в первую очередь, для применения компаниями и организациями высокотехнологичных отраслей промышленности, которые поставили перед собой цель обеспечить конкурентоспособность продукции на мировом рынке, повысить скорость вывода продукции на рынок, ее качество, надежность и отказоустойчивость".
Алексей Боровков также отмечает, что стандарт станет своеобразной "точкой опоры" для промышленности. "Точка опоры, потому что стандарт обычно закладывается при формировании технического задания теми или иными заказчиками. И следующие работы - НИР, НИОКР - будут во многом опираться на этот стандарт. Терминология будет единой во всей стране. Конечно, у тех, кто будет применять стандарты, ведь у нас стандарты не имеют обязательного действия. Они рекомендуются. Но те, кто будут применять, они будут говорить на одном языке - заказчики, исполнители, соисполнители и так далее. Это хорошая основа для движения вперед".
"Разработка и принятие стандарта - это некий переломный момент. Это означает, что машиностроение, научно-техническое сообщество переходит на новый уровень развития, - полагает Алексей Боровков. - Прошел период некой турбулентности, неопределенности и множества трактовок, и начинается серьезная онтологическая работа, систематизация всех знаний, приобретенного опыта в ходе выполнения тех или иных пилотных проектов для разных отраслей. И вот эти знания уже нужно стандартизировать, дать очень четкие определения и применять их в дальнейшей деятельности, причем, я еще раз подчеркну, как основу для движения вперед по трем направлениям стандартизации".
С начала деятельности Центра НТИ СПбПУ в 2018 году специалисты Центра выполнили более 250 НИОКТР-проектов с применением технологии разработки цифровых двойников.
Примерами того, как применение новых производственных технологий (цифровых двойников, виртуальных испытаний, виртуальных испытательных стендов и полигонов) позволяет значительно сократить время разработки, снизить ее себестоимость и достичь принципиально новых технических и потребительских характеристик изделия, могут служить: созданный "с нуля" за два года электромобиль "КАМА-1"; разработка несущей системы грузового автомобиля; конструктивные решения для авиационного газотурбинного двигателя; технологические решения и прототипы устройств для создания глобально конкурентоспособных газовых турбин; семейство многоцелевых высокооборотных дизельных двигателей; технологические решения для универсальной платформы проектирования электротранспорта CML-CAR™; принципиально новая конструкция системы очистки бурового раствора; принципиально новая конструкция антарктических саней
Но на самом деле все начиналось гораздо раньше - в конце 1980-х, когда молодой ученый Алексей Боровков задался вопросом, почему же советская промышленность не может сделать хороший автомобиль. Потом было участие команды политехников в проектировании кузовов ведущих мировых автомобильных марок - в интересах BMW и многих других компаний-лидеров мирового уровня.
«Мы узнали о возможностях питерского Политеха от иностранцев — в одном из их проектов участвует Porsche Engineering, — рассказал “Стимулу” глава Минпромторга РФ Денис Мантуров. — И они нам сказали: у вас уже есть чемпион, нужно максимально использовать его в проекте»
Затем в стране появилась задача создать собственный президентский автомобиль. Политехники включились в работу не с самого начала. "Мы узнали о возможностях питерского Политеха от иностранцев — в одном из их проектов участвует Porsche Engineering, — рассказал "Стимулу" глава Минпромторга РФ Денис Мантуров. – И они нам сказали: у вас уже есть чемпион, нужно максимально использовать его в проекте". Видимым всему миру итогом проекта "Кортеж" стал въезд Владимира Путина в Кремль на церемонию инаугурации 7 мая 2018 года на автомобиле Aurus - представительском лимузине, центральной модели проекта "Кортеж", который также включал в себя седан, внедорожник и минивен.
"Компетенции мы формировали постепенно, на протяжении десяти лет, в ходе выполнения различных проектов в интересах западных автопроизводителей – мировых лидеров автопрома. В проекте "Кортеж" мы впервые применили эти технологии в России. Мы рады, что проект стал флагманским", - говорит Алексей Боровков. Затем у Алексея Боровкова начался этап вовлечения коллег из разных компаний и отраслей в процесс применения новой технологии. Пару лет от проекта "Кортеж" до пандемии он практически жил в самолетах и поездах. Разговаривая с ним, почти всегда фоном собеседник слышал или стук колес, или объявления о взлетах-посадках в разных аэропортах страны. Пандемия снизила эту активность и позволила сконцентрироваться на работе в уделенном формате на основе цифровых технологий и платформенных решений, а также на аналитической деятельности. В первую очередь, на разработке национального стандарта цифровых двойников изделий.
Отвечая на вопрос "Стимула", могли стандарт появиться, если бы не "Кортеж", Алексей Боровков отметил, что "все пилотные проекты, которые выполнялись и Центром Национальной технологической инициативы "Новые производственные технологии", и коллегами, вносили свой вклад в создание стандарта".
Темы: Среда