Ключевой целью работы распределенного Центра является создание нового, цифрового подхода к «быстрому» и «сквозному» проектированию, разработке, испытанию и применению новых материалов и веществ.
В научно-исследовательском направлении: создание конструкционных и функциональных материалов нового поколения, цифровых двойников, материалов и конструкций на их основе, разработка технологий получения новых материалов и веществ, создание и наполнение цифровой базы данных по свойствам материалов и веществ.
В образовательной деятельности формируется высокопрофессиональный кадровый резерв для нужд цифровой экономики, оптимизирующий ключевые и особо ответственные этапы технологических процессов, улучшающий показатели эффективности и результативности не только отдельных подразделений, но и предприятий в целом.
В инфраструктурном направлении работы Центра НТИ будут созданы специализированные лаборатории, научно-образовательные подразделения Центра как для подготовки новых специалистов для реального бизнеса, так и переподготовки существующих сотрудников.
Реализация поставленных целей и задач приведет к созданию новых видов продукции и/или услуг, основанных главным образом на применении технологических решений, разработанных Центром НТИ в следующих отраслях и секторах экономики: в отрасли энергетики (НТИ «Энерджинет); в биомедицине (НТИ «Хелснет»); в аэрокосмической отрасли (НТИ «Аэронет»); в отрасли судо- и автомобилестроения (НТИ «Маринет» и «Автонет»); в области цифрового проектирования (НТИ «Технет»); в строительной отрасли и т.д.
Большая часть проектов Центра не привязана к одной существующей отрасли, а ориентирована на развитие и применение в нескольких отраслях сразу, например, разработки в области термопластичных полимеров и изделий на их основе.
Основная задача Центра НТИ это разработка подходов к цифровому материаловедению - программно-аппаратного комплекса (ПАК), обеспечивающего хранение данных о материалах и технологиях их получения, синтеза, переработки, компьютерное моделирование материалов и их испытаний, а также системы прогнозирования свойств новых материалов. Все проекты Центра учитываются как составные элементы данного ПАК.
Разработаны новые термопластичные связующие и препреги на их основе, а также цифровые методы проектирования готовых изделий. Ключевыми преимуществами разработанной технологии стали: ориентация на отечественное и сырьё и оборудование, математическое сопровождение всех стадий разработки, создание качественных композиционных материалов на основе новых суперконструкционных термопластов, из относительно доступных исходных соединений. Проект завершен в 2022 году.
Разработаны оборудование и технология создания объемных нетканых преформ на основе углеродных волокон с использованием аддитивного технологического процесса.
Спроектирован и изготовлен автоматизированный комплекс создания объемно-армированных преформ изделий из ПКМ с нетканой структурой и разработана технология изготовления композитов с применением нового оборудования, позволяющая достичь повышенные физико-механические свойства и технико-экономические показатели при производстве по сравнению с существующими способами. Проект завершен в 2022 году.
Разработка цифровой модели течения связующего при формовании изделий из ПКМ методами пропитки. Данное решение заменит традиционные технологии в существующих и вновь создаваемых процессах производства, упрощая разработку преформ изделий сложной геометрии и/или сложных схем армирования и повышая скорость освоения технологии изготовления новых изделий, качество (стабильность и предсказуемость) процесса пропитки, точность проектных расчетов физико-механических свойств изделий. Проект завершен в 2022 году.
Разработана система прочностных расчетов анизотропных материалов. Создан программный модуль “Цифровой двойник” материалов, позволяющий проводить расчеты методом численного моделирования цифровых двойников реальных изделий из анизотропных (преимущественно, композиционных) материалов, что позволит решать широкий круг задач механики (статики, динамики), термомеханики, связанных задач, оптимизации структуры композита. Применение модуля «цифровой двойник» материалов сможет обеспечивать снижение временных, финансовых, материальных, иных ресурсных затрат на порядок и более, что обеспечит поставку продукции с конкурентными характеристиками в кратчайшие сроки в зависимости от возникающей конъюнктуры на глобальном высокотехнологичном рынке. Проект завершен в 2022 году.
Разработана цифровая технология автоматизированного подбора состава и прогнозирования свойств полупроводящих матриц, обеспечивающих возможность саморегуляции электросопротивления, для систем обогрева различного назначения. Данная технология позволит сократить стоимость разработки, как следствие сокращения количества изготавливаемых опытных образцов и их испытаний, сократить время на разработку новой и\или модификацию существующей рецептуры для изготовления полимерной полупроводящей матрицы для однородных систем электрообогрева широкого круга бытового назначения. Все это сократит время с начала разработок до серийного выпуска, адаптивность продукции к требованиям рынка, снизит себестоимости выпускаемой продукции за счет оптимизации компонентного состава используемых материалов.
Проект завершен в 2022 году.
Создание важных объектов инфраструктуры
В 2021 году по направлению развития информационной инфраструктуры, а также инфраструктуры научной, научно-технической и инновационной деятельности для обеспечения реализации планов мероприятий («дорожных карт») НТИ было создано 11 объектов инфраструктуры:
В 2022 году Центр был дооснащен тремя учебно-демонстрационными стендами для получения изделий из ПКМ методом вакуумной инфузии. Стенды используются для практических занятий по разработанным Центром НТИ программам ДПО. Данное оборудование позволило собрать обширную базу данных для отработки алгоритмов цифровой модели течения связующего при формовании изделий из ПКМ.
Создание и лицензирование РИД
За последние два года (2021 - 2022) было заключено 26 лицензионных соглашений на передачу права использования и (или) отчуждения права на результаты интеллектуальной деятельности (далее – РИД), созданных Центром НТИ и (или) находящихся под управлением Центра НТИ.
Консорциум Центра создан как сбалансированное сообщество, объединяющие как научные и научно-образовательные организации, так и предприятия, входящие в государственные корпорации, промышленные и инновационные предприятия малого и среднего бизнеса. За 2022 год консорциум вырос на 6,7% и сейчас состоит из 6 ВУЗов и научных организаций, 9 коммерческих организаций и одной некоммерческой организации.
Ряд членов консорциума:
В рамках работы Центра планируется выполнить 17 ключевых проектов. Из них 5 завершено в 2022 году, 6 будут завершены досрочно в 2023 году. Все проекты можно сгруппировать в четыре функциональные группы, исходя из отраслевых признаков и в соответствии с уровнем готовности технологии:
«Цифровая система оценки качества сварки сталей» - целевым результатом реализации проекта станет интерактивная система предиктивного цифрового двойника моделирования и прогноза показателей качества свариваемости сталей, применяемых при сварке крупногабаритных изделий при производстве ответственных изделий, в том числе энергетического и атомного машиностроения.
«Материалы селективного лазерного плавления» - целевым результатом реализации проекта будет создание интеллектуальной базы данных свойств материалов, полученных по технологии селективного лазерного плавления (SLM) на базе специализированного программно – аппаратного комплекса, обеспечивающего сбор, хранение, обработку данных, в том числе, с помощью алгоритмов искусственного интеллекта и позволяющей прогнозировать свойства полученного материала в зависимости от состава исходных компонентов и технологических режимов.
«Новые 2D3D ПКМ на основе графена» - в настоящем проекте предполагается решить несколько задач в области создания композиционных материалов с участием графено-подобных материалов (оксид графена, восстановленный оксид графена, многослойные графены или тонкослойные графитовые нанопластинки). Одним из примеров продукта будет композитный сорбент на основе оксида графена – супергидрофобный аэрогель для очистки воды и воздуха от органических загрязнений.
«Аддитивная технологии для костных имплантов» - предлагаемый комплекс мер включает разработку методов получения всех компонентов, необходимых для создания изделия (сополимер гидроксикислот, наноразмерный минеральный наполнитель, биологически-активное покрытие) в виде лабораторных регламентов, а также технологии получения остеоиндуктивного композитного материала, технологии 3D-печати с использованием этого материала и технологии нанесения двух видов покрытий – предотвращающего образование биопленок и керамического с активными фармсубстанциями.
«Лазерный ультразвук» - целевым результатом реализации проекта будет являться разработка метода автоматизированного ультразвукового неразрушающего контроля (НК) деталей и элементов конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ), полученных с помощью аддитивных технологий. Инновационная технология ультразвукового контроля будет реализована с использованием автономного сканера-дефектоскопа, способного перемещаться в различных пространственных положениях по плоским немагнитным поверхностям и проводить неразрушающий ультразвуковой контроль монолитных изделий из ПКМ.
«Термопласт» - проект был завершен в 2022 году и направлен на разработку нескольких новых неразрывно связанных технологий в таких высокотехнологичных отраслях промышленности как синтез новых теплостойких (температура эксплуатации 200-250°C) конструкционных полимеров, создание волокнонаполненных (тканевых) композиционных материалов и производство композиционных изделий по прогрессивной технологии с применением термопластичных препрегов.
«Арматура» - основными задачами проекта являются: минимизация расходов на технологическую отработку измененной технологии, рецептуры, отдельных технологических параметров за счет предварительного прогнозирования результатов при помощи создания предварительных цифровых моделей продукта, виртуальных испытаний и т.д., исключение человеческого фактора в контроле технологических параметров процесса выпуска продукции, оптимизация производственного процесса в разрезе возможности контроля в режиме «одного окна».
«Сложный композит» - проект был завершен в 2022 году. Это новый тип преформ на основе нетканой трехмерной структуры, позволяющей повысить физико-механические свойства композита. Проект включает разработку оборудования для создания нетканых структур преформ с пространственным армированием и математические модели, позволяющие прогнозировать свойства композитов, созданных на основе преформ такого типа.
«Пропитка» - проект был завершен в 2022 году и направлен на внедрение инновационной технологии пропитки и анализа прочности композитных изделий. Целевым результатом реализации проекта будет являться разработка цифровой модели течения связующего при формовании изделий из ПКМ методами пропитки. Предлагаемое решение заменяет традиционные технологии в существующих и вновь создаваемых процессах производства, упрощая разработку преформ изделий сложной геометрии и/или сложных схем армирования и повышения скорости освоения технологии изготовления новых изделий, качество (стабильность и предсказуемость) процесса пропитки, точность проектных расчетов физико-механических свойств изделий.
«Биоразлагаемые материалы» - основной задачей, на решение которой направлен проект, является углубленное изучение закономерностей процесса деградации полимерных композиций на основе полиолефинов с добавлением природных полимеров и/или биоразлагаемых полимеров различными методами, в том числе ранее не использовавшихся для исследования данных объектов.
«Адгезионные взаимодействия ПКМ» - целью проекта будет создание цифровой модели полимерных композиционных материалов, в которой учитывается комплекс адгезионных взаимодействий в системах «волокно-специальное покрытие» и «волокно с покрытием – полимерная матрица». Разработка цифровой модели позволит повысить точность прочностных расчётов композитных конструкций на основе волокон, а также сформировать базу знаний по расчетным свойствам композитов на разных масштабных уровнях, что в свою очередь существенным образом облегчит предварительное проектирование новых композитных материалов.
«МКЭ-композит» - проект был завершен в 2022 году. Целевым результатом реализации проекта стало создание программного комплекса, позволяющего проведение расчетов методом численного моделирования цифровых двойников реальных изделий из анизотропных (преимущественно, композиционных) материалов.
«Цифровая платформа поддержки инженерных решений» - целевым результатом реализации проекта будет создание программного комплекса, обеспечивающего получение композиционных материалов с прогнозируемыми свойствами с использованием методов оптимизации параметров составного композита на базе анализа физико-механических характеристик, его составляющих, и с учетом технологических процессов их получения.
«Свет» - проект направлен на создание самовосстанавливающейся защитной пленки из термопластичного полимера, которая «заживляет» 95% повреждений при нагревании.
«Греющий кабель» - целевым результатом реализации проекта, завершенного в 2022 году, стало создание информационно-вычислительного комплекса (цифровой технологии) автоматизированного подбора состава (рецептуры) и прогнозирования свойств полупроводящих матриц, обеспечивающих возможность саморегуляции электросопротивления, для систем обогрева различного назначения.
«Новые покрытия» - целевым результатом реализации проекта будет создание нового материала и технологии нанесения защитного полимерного покрытия на основе уретанового форполимера для повышения эрозионной и коррозионной стойкости трубопроводной запорной арматуры при работе в экстремальных условиях эксплуатации с применением цифрового проектирования (разработки и сопровождения цифровых двойников (Digital Twin, DT), моделирования и применения многоуровневой матрицы целевых показателей и ресурсных ограничений.
«Бумагоподобные композиты» - реализация проектов направлена на разработку пакета технологических решений, оснащенных элементами цифрового сопровождения и моделирования, как основы для создания первого и единственного в России предприятия по выпуску сепарационных и фильтровальных материалов (далее по тексту, бумагоподобные композиты) для очистки воздуха и жидких сред двойного и стратегического назначения.
Особенностью Центра является разработка и реализацию образовательных программ подготовки и профессиональной переподготовки (повышения квалификации) и дополнительного образования в области цифрового материаловедения, материалов и веществ нового поколения, передовых цифровых технологий и искусственного интеллекта с использованием современных образовательных технологий и программ, например VR.
За 2021 и 2022 годы была разработана 81 программа дополнительного образования, по которым прошли обучение 781 человек.
Самой востребованной программой ДПО стала подготовка специалистов по программе "Использование Big Data в материаловедении: имитационное моделирование композиционных материалов". Количество обучающихся в 2022 году – 150 студентов.
Данные онлайн курсы прошло 173 человека. Сейчас курсы размещены на портале Moodle и доступны к прохождению с любого устройства, подключенного к сети Интернет.
Общая кадровая численность Центра на конец 2022 года составляет более 135 человек, из них 73% - научно-технический персонал.
Ключевые сотрудники:
Адрес: 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1 Тел.: +7 (499) 263-63-91 bauman@bmstu.ru Сайт: https://nti.emtc.ru/ Телеграм: https://t.me/ruscomposites Для прессы: akrasovskaya@emtc.ru - Анастасия Красовская, пресс-секретарь Центра