Научный подход к «цифре»

Активную разработку цифровых технологий для промышленных предприятий ведет Уральский межрегиональный научно-образовательный центр (НОЦ). Область их применения распространяется на такие сферы, как машиностроение, энергетика, транспорт, медицина, космос.

Уральский межрегиональный НОЦ мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы» был создан при участии правительств Свердловской, Челябинской и Курганской областей в 2019 году. Центр образован на основе сотрудничества между Уральским федеральным университетом (УрФУ), Южно-Уральским госуниверситетом (Челябинск) и Курганским госуниверситетом. Сейчас в него входит 66 организаций — девять вузов, 10 научных организаций и 47 индустриальных партнеров. Основная задача НОЦ — проведение на Урале прикладных научных исследований мирового уровня, создание конкурентоспособных технологий и продуктов для реализации на рынке. «В 2020 году участники НОЦ разработали 623 технологии, которые будут внедрены на промышленных предприятиях»,— рассказал ректор УрФУ Виктор Кокшаров. Среди них проекты комплексной цифровой трансформации промышленных предприятий.

В рамках работы НОЦ в партнерстве с ООО «Адванс Инжиниринг» был создан инжиниринговый центр цифровых технологий машиностроения (ИЦЦТМ) УрФУ. Его цель — обеспечить доступность технологий цифрового инжиниринга и передовых инженерных знаний для промышленных предприятий. Применяемые в центре технологии сквозного цифрового проектирования (Цифровое конструкторское бюро) позволяют испытывать разрабатываемые изделия еще до их появления в «железе» за счет комплексных компьютерных расчетных моделей и организации работы на базе современных информационных промышленных систем. Благодаря этому существенно снижаются ошибки при проектировании, значительно сокращается время на разработку изделий и количество дорогостоящих доводочных испытаний опытных образцов.

Ключевая технология Цифрового КБ — виртуальный полигон, который помогает анализировать различные сценарии эксплуатации изделия. Внедрение Цифрового КБ на предприятии возможно как локально, так и с применением облачных технологий, позволяющих экономить на дорогостоящем оборудовании и лицензиях программного обеспечения.

Фото: Марина Молдавская, Коммерсантъ

ИЦЦТМ и центр инновационного развития холдинга «Синара — Транспортные машины» (СТМ, входит в группу «Синара») сейчас разрабатывают виртуальный полигон и систему управления локомотивами. Система позволит проводить испытания поездов в виртуальной среде. Холдинг планирует встроить технологии в производство тепловозов и электровозов. «Базовой внедряемой технологией является технология виртуальных испытаний, реализованная на специализированной платформе на основе взаимосвязанных математических моделей в одномерной и трехмерной постановках»,— пояснил гендиректор ИЦЦТМ Максим Сапогов.

Он добавил, что одним из преимуществ технологии станет возможность спрогнозировать состояние локомотивов в зависимости от условий эксплуатации. Виртуальный полигон будут использовать для маневровых тепловозов и магистральных локомотивов. Он позволит задавать требования к системе управления на всех этапах жизненного цикла. Проект также предусматривает запуск апробированных с помощью платформы систем управления локомотивами в производство.

«Внедрив данный подход, мы закроем все этапы реализации цифрового двойника локомотива, который будет аккумулировать в себе данные с момента проектирования до его утилизации»,— добавил главный конструктор — руководитель центра компетенций по разработке локомотивов СТМ Александр Сачков.

Специалисты ИЦЦТМ будут принимать участие в проекте «Прорыв» госкорпорации «Росатом», который призван решить проблему переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). «ИЦЦТМ УрФУ совместно с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН займется формированием исходных данных для предварительной оценки технико-экономических показателей технологий пирохимической переработки отработавшего ядерного топлива реакторов на быстрых нейтронах. На основе 3D-моделей будут разработаны объемно-планировочные решения по размещению технологического оборудования в радиационно-защитных камерах»,— рассказал Максим Сапогов. По его словам, технология будет способствовать решению экологических проблем, связанных с утилизацией ОЯТ. Основной целью работ является создание базовых технологий и экспериментального оборудования для переработки ОЯТ и обращения с радиоактивными отходами для модулей переработки опытно-демонстрационного энергетического комплекса.

Челябинские ученые в рамках Уральского НОЦ будут создавать «цифровые двойники» для виртуального моделирования работы ядерных реакторов. Для этого будет использован суперкомпьютер ЮУрГУ. Кроме того, планируется создать роботизированные комплексы для отбора проб отработанного топлива.

Еще один экологический проект из портфеля НОЦ — прототип оптического сепаратора для автоматической сортировки твердых коммунальных отходов. Созданная учеными УрФУ и специалистами компании «Аксалит» система сепарации умеет распознавать бумагу, пластик, древесину, строительный и органический мусор. В отличие от зарубежных аналогов, уральская разработка позволяет увеличить процент отсортированного мусора. Оптические сепараторы устанавливаются в качестве каскадного оборудования и автоматизируют весь сортировочный процесс. Это программно-аппаратный комплекс, состоящий из конвейерной ленты с пневматическими клапанами и специальными оптическими сенсорами. Сепаратор производит автоматическую сортировку мусора размером 10–300 мм со скоростью свыше 1 м/с (около 8 тонн в час).

Фото: Евгения Яблонская, Коммерсантъ

На площадях Курганского госуниверситета в рамках уральского НОЦ реализуется проект «Цифровые технологии при проектировании, производстве и эксплуатации монолитного лезвийного режущего, абразивного и алмазного шлифовального инструмента». Его цель — повышение эффективности операций металлообработки за счет совершенствования их режимно-инструментального оснащения. «Мы занимаемся разработкой программного обеспечения по управлению номенклатурой инструмента и его оптимизацией, проводим испытания инструментов, которые к нам поступают с различных предприятий»,— рассказала изданию «Деловой квартал» директор политехнического института КГУ Марина Давыдова. Основные технологические партнеры проекта — инжиниринговые, научно-производственные компании и промышленные предприятия. КГУ — основной исполнитель конструкторско-технологических, научно-исследовательских работ.

Директор инженерной школы новой индустрии УрФУ Олег Ребрин отмечает, что продукты цифровизации используются и в образовательном процессе, когда студенты учатся создавать «цифровых двойников» и испытывают на них воздействие различных нагрузок. В перспективе они смогут подключиться к выполнению заказов таких предприятий, как КамАЗ и СТМ.

Читайте другие материалы проекта