Центр компетенций Национальной технологической инициативы по направлению «Новые производственные технологии» создан в 2018 году на базе Института передовых производственных технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.
Деятельность Центра направлена на развитие таких передовых производственных технологий, как цифровое проектирование и моделирование, разработка цифровых двойников объектов и процессов, создание и применение новых материалов, аддитивные технологии.
После завершения грантовой поддержки в 2018–2022 гг. Центр НТИ СПбПУ продолжает осуществлять свою деятельность в рамках Экосистемы технологического развития СПбПУ. Экосистема сфокусирована на обеспечении технологического суверенитета и глобальной конкурентоспособности продукции участников консорциума и партнеров Центра НТИ СПбПУ за счет применения передовых цифровых и производственных технологий и на сегодняшний день представлена четырьмя федеральными структурами в составе СПбПУ.
В научно-техническом направлении: за 2018–2022 годы разработаны высокотехнологичные решения для конструкции газотурбинных двигателей нового поколения, автомобилей, электромобилей, несущей системы вертолета, антарктических саней для перевозки крупногабаритных многотонных грузов, системы очистки бурового раствора, самолета-амфибии и др.
Разработаны новые сервисы для CML-Bench® – Цифровой платформы проектирования и производства глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения, проведения виртуальных испытаний и создания «цифровых двойников» изделий и процессов их производства. Цифровая платформа CML-Bench® стала лауреатом Национальной промышленной премией Российской Федерации «Индустрия» за 2017 год, победила на Международном конкурсе инновационных проектов «Евразийские цифровые платформы» в номинации «Лучшие цифровые проекты Евразийского экономического союза» (2018), получила премии «Технологический прорыв – 2021» за проект «Цифровая платформа концептуального проектирования и оптимизации изделий авиационной техники» (2021), первую Национальную премию «Импортонезависимость» (2022). Осуществлена сертификация платформы по 6 уровню доверия ФСТЭК и соответствия требованиям к ГИС 3 класса (возможность обработки коммерческой тайны и сведений ДСП, испытательная лаборатория – АО Центр «Атомзащитаинформ»). Обеспечена совместимость платформы с операционной системой Astra Linux Special Edition. Сформированы академические лицензии, зарегистрирован товарный знак платформы.
В 2021–2022 гг. Цифровая платформа развернута на мощностях ПАО «ОДК-Сатурн» (Объединенная двигателестроительная корпорация, госкорпорация «Ростех») и АО «ТВЭЛ» (госкорпорация «Росатом»).
В числе основных результатов Центра за 2018-2022 гг.:
В части формирования инфраструктуры: в 2019 году Центр выступил инициатором создания зеркальных инжиниринговых центров (ЗИЦ) с партнерами Центра. По состоянию на 2022 год реализуется 13 программ взаимодействия в этом формате: с вузами (МГУ, ТюмГУ, СурГУ и другими), институтами развития, промышленными компаниями. Формат ЗИЦ предполагает объединение команд экосистемы инноваций нашего университета и партнеров, позволяет быстро собирать проектные консорциумы с носителями ключевых компетенций, объединять ресурсы промышленности, науки, образования, бизнеса.
В 2022 году работа в формате ЗИЦ вышла на новый уровень: в СПбПУ создано Научно-технологическое образовательное пространство «ТВЭЛ – СПбПУ» Топливной компании ГК «Росатом» в целях подготовки «инженерного спецназа» для атомной отрасли и проведения совместных НИОКР.
Центр НТИ СПбПУ сформировал кейсы комплексной работы с промышленностью – в части трансфера компетенций, проведения научных исследований и выполнения реальных разработок в интересах индустриальных партнеров. Так, в рамках долгосрочных дорожных карт сотрудничества реализуются уникальные высокотехнологичные проекты с Объединенной двигателестроительной корпорацией и госкорпорацией «Росатом».
В части аналитики: созданы аналитические материалы по темам цифровой экономики, цифровой трансформации предприятий по запросам руководителей различных предприятий и ряда органов власти:
По направлению образовательной деятельности: разрабатываются и реализуются программы дополнительного профессионального образования (ДПО) в области цифровой экономики, цифровой трансформации промышленности, компьютерного инжиниринга и цифрового проектирования, передовых цифровых и производственных технологий. Обучение реализуется в различных формах: очной, очно-заочной, а также с применением электронного обучения и дистанционных образовательных технологий.
Разработка передовых образовательных программ высшего образования и их отдельных частей ведется с учетом запросов партнеров реального сектора экономики и мировых научно-технологических трендов. Программы направлены на опережающую подготовку научно-технических кадров, обладающих компетенциями мирового уровня, и основаны на интеграции образовательного процесса с исследованиями и разработками с целью обеспечения конкурентоспособности высокотехнологичных отраслей национальной экономики.
По состоянию на 2022 год консорциум Центра насчитывает 84 участника – лидеров науки, образования и промышленности, включая 5 госкорпораций (Ростех, Росатом, ОДК, ОАК, ОСК), крупнейшие высокотехнологичные компании и холдинги (Газпром нефть, Северсталь, Силовые машины, Холдинг «Вертолеты России», КАМАЗ и др.), 18 ведущих университетов (МГУ, СПбГУ, Сколтех, Московский политехнический университет, МИЭТ, МГТУ «СТАНКИН» и др.), 4 крупнейшие научные организации, и более 25 компаний-партнеров.
Базовые отрасли деятельности членов консорциума: аэрокосмическая отрасль (в т.ч. для рынка Аэронет) – двигателестроение, авиастроение, вертолетостроение, ракетостроение, космическая техника, включая все виды беспилотных летательных аппаратов; автомобилестроение; судостроение; легкая промышленность; иные высокотехнологичные направления.
Основные результаты деятельности консорциума в области создания РИД и продвижения сквозной технологии:
Основные результаты по созданию и коммерциализация РИД Центром НТИ:
Некоторые проекты Центра:
a. Детальная термодинамическая модель газотурбинного двигателя как основа для создания цифрового двойника и виртуальный испытательный полигон «Газотурбинный двигатель». Результаты были применены при разработке оптимизированной конструкции серийного газотурбинного двигателя. Применение компетенций Центра (виртуальные испытания компрессора и его модификаций, камеры сгорания и турбины во всем спектре режимов эксплуатации ГТД) позволило значительно снизить стоимость жизненного цикла ГТД. Проект реализуется в интересах Казанского моторостроительного производственного объединения (КМПО).
b. Уникальный проект «Цифровой двойник морского газотурбинного двигателя» реализован впервые в отрасли по заказу АО «ОДК» / Госкорпорации «Ростех» и Минпромторга России. Проект признан победителем премии «Технологический прорыв 2021» в номинации «Проект с наивысшим потенциалом применения (в том числе экспортным)».
c. Разработка «Цифровой платформы концептуального проектирования и оптимизации изделий авиационной техники» реализована специалистами Центра на базе Цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench™. Разработка стала лауреатом премии «Технологический прорыв 2021» в номинации «Лучшее технологическое решение по моделированию и управлению данными в цифровизации». Пример успешного применения: проект по снижению массы двигателя ТВ7-117СТ-01 на основе технологии «цифровой двойник» (заказчик: АО «ОДК-Климов»).
a. Универсальная модульная пассажирская платформа автобуса, электробуса, троллейбуса. Следующее поколение автобусов, электробусов и троллейбусов под маркой «КАМАЗ» будет создано на единой модульной платформе. Разрабатывают унифицированную базу КАМАЗу специалисты Центра НТИ СПбПУ. Универсальная пассажирская платформа (УПП) предполагает унификацию модулей экстерьера и интерьера, что позволяет сократить временные и финансовые затраты на производство, обслуживание и ремонт машин, снизить их снаряженную массу и достичь, таким образом, улучшения экологических показателей. Проект реализуется в интересах ПАО «КАМАЗ».
b. В Инжиниринговом центре «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) – ключевом подразделении Центра НТИ СПбПУ – разработан и изготовлен первый предсерийный образец электромобиля на основе технологии цифровых двойников. Электромобиль «КАМА-1» разработан «с нуля» и без ДВС-предшественника. Разработка выполнена в кратчайшие по стандартам автомобилестроения сроки – всего за 2 года, на основе технологии цифровых двойников (Digital Twins) и уникальных CML-платформенных решений. Проект «Создание «Умного» Цифрового Двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня» выполнен в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (мероприятие 1.3 Проведение прикладных научных исследований и разработок, направленных на создание продукции и технологий, уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI57818X0269). Индустриальный партнер проекта – ПАО «КАМАЗ».
c. В рамках Международного инновационного форума пассажирского транспорта SmartTRANSPORT подписано соглашение о сотрудничестве СПб ГУП «Горэлектротранс» и Центра НТИ СПбПУ в области модернизации и совершенствования городского электрического транспорта и его инфраструктуры, в частности беспилотных технологий.
a. Принципиально новая конструкция системы очистки бурового раствора («вибросито»). Ключевой показатель по максимальному виброускорению увеличен на 30%. Результаты цифрового моделирования подтверждены с первого заводского испытания и дальнейшей продолжительной опытной эксплуатацией.Проект реализуется в интересах НПО «Центротех» (АО «ТВЭЛ» / ГК «Росатом»).
b. Цифровое проектирование и моделирование компрессора низкого давления для разделительно-сублиматного комплекса. Созданные цифровые модели позволяют прогнозировать надежность и эффективность конструкционных решений. Опытный образец изготавливается на основе разработанного цифрового двойника изделия.
c. Принципиально новая конструкция антарктических саней для перевозки крупногабаритных многотонных грузов. Применение компетенций Центра (разработка цифрового двойника транспортных арктических саней и проведение виртуальных испытаний, моделирующих условия эксплуатации в Антарктиде) позволило найти решение для конструкции, перемещающей до 60 тонн вместо 16 тонн при прежних характеристиках. Проект реализуется в интересах завода им. Комсомольской правды стратегическим партнером и членом консорциума Центра НТИ СПбПУ компанией ООО «Политех-инжиниринг».
a. Концепт (аэродинамический облик, силовая схема корпуса) и элементы конструкции (винт, шасси) нового перспективного самолета-амфибии. Применение компетенций Центра позволило оптимизировать аэродинамические показатели конструкции самолета под заданные проектные цели, разработать полностью композитные корпус и крылья, увеличить дальность полета до 2200 км, обеспечить возможность взлета и посадки как с твердой поверхности (на нее), так и с воды (на нее) при ограниченной полосе разбега.
b. Расчет условий и режимов работы несущей системы вертолета. Применение компетенций Центра (создание виртуального испытательного полигона для определения полетных режимов и внутренних нагрузок проектируемой несущей системы вертолета для проверки полетных характеристик вертолета без изготовления опытного образца и выполнения дорогостоящих натурных испытаний) позволило определить нагрузки на все элементы несущей системы и выполнить расчет прочности. Проект реализуется в интересах ООО «ВР-Технологии»/холдинг «Вертолеты России»/ГК «Ростех».
a. Экспериментальные образцы сложнолегированных металлопорошковых композиций нового поколения для применения в 3D-печати. Благодаря уникальному химическому составу на основе ниобий-кремния, который невозможно получить традиционными методами, изделия из такого сплава выдерживают температуру до 1450 C°. Это делает возможным их применение для производства газотурбинных двигателей 5-го поколения в качестве замены более низкотемпературных никелевых аналогов (не более 1200 С°), чтобы значительно повысить КПД двигателя и снизить эмиссию CO2. Проект реализуется совместно с ЗАО «Балтийская Промышленная Компания».
b. Разработка цифрового двойника тепловыделяющей сборки (ТВС) ВВЭР-1000 с антидебризным фильтром и перемешивающими решетками. Результаты: за 7 месяцев спроектирована новая конструкция антидебризного фильтра ТВС, разработаны рекомендации по оптимизации конструкции ПР с целью интенсификации теплообмена и снижения неравномерности подогрева теплоносителя по сечению ТВС. За счет применения методов цифрового проектирования и аддитивного производства эффективность фильтрации повышена в 10 раз. Проект реализован в интересах АО «ТВЭЛ» (ГК «Росатом»).
В числе основных результатов Центра за 2018–2022 годы:
В Институте передовых производственных технологий (ИППТ) СПбПУ, на базе которого создан Центр, реализуется уникальная модель образовательной, исследовательской и инновационно-предпринимательской деятельности «Разработки → Исследования → Образование/Подготовка» как ключевой элемент построения финансово устойчивой структуры, представляющей собой экосистему с характеристиками самоорганизации, саморегулирования и саморазвития.
Все образовательные программы разделены на три направления:
1. Цифровое проектирование и моделирование. Задача – трансфер компетенций в области проектирования и моделирования, подготовка совместно с индустриальными партнерами инженерных кадров, понимающих принципы и парадигму нового подхода к проектированию и способных решать проблемы-вызовы, стоящие перед современной промышленностью. Основные модули: компьютерный инжиниринг и цифровое производство, вычислительная механика, нелинейная механика сплошной среды, механика контактного взаимодействия и разрушения, топологическая оптимизация и бионический дизайн, современные методы системного моделирования и управления расчетными данными, системная инженерия, цифровые двойники продуктов и процессов, цифровые платформы, верификация и валидация численных моделей и блоки дисциплин в области технологий управления данными (PLM, MES и т.д.), а также в области менеджмента (предпринимательство, трансфер технологий, SCM и т.д.).
2. Материалы и производственные технологии.Задача – разработка и реализация перспективных образовательных программ инженерного профиля с целью подготовки квалифицированных специалистов для работы с новыми промышленными технологиями, способных решать комплексные задачи создания новых производственных технологий, генерировать прорывные технологические решения как новые объекты интеллектуальной собственности. Основные образовательные программы этого направления строятся вокруг аддитивных технологий и применения новых, в том числе композиционных, материалов.
3. Фабрики Будущего. Это направление предназначено для переподготовки кадров для новой цифровой экономики. Содержание определяется необходимостью понимания парадигмы нового проектирования и создания глобально конкурентоспособной продукции в кратчайшие сроки и под заданную стоимость. Понимания всех технологий производства и управления при реализации Цифровых, «Умных» и Виртуальных Фабрик Будущего. В том числе: управление цепями поставок; процессы управления наукоемкими производствами; конструкторско-технические инновации и трансфер технологий; системный инжиниринг; дизайн-мышление; технологическое лидерство и предпринимательство.
В основу образовательной модели заложена кастомизация программ на основе передовых концепций:
Проблемы-вызовы, сформулированные промышленностью, решаются на этапе «разработки» на основе применения цифровых наукоемких мультидисциплинарных технологий и цифровых платформ. На этом же этапе формируются задания на проблемно-ориентированные (Advanced Research) и фундаментальные исследования (Basic Research, Science).
Благодаря такой образовательной модели был разработан, в частности, курс «Управление предприятием в условиях цифровой трансформации», который прошли представители предприятий НИПК Электрон, АО «Ленполиграфмаш», ООО «Ракурс-инжиниринг», АО «Центротех», Средне-Невский судостроительный завод и др. По итогам курса полученные/усовершенствованные навыки и компетенции были успешно апробированы на предприятиях.
В рамках дорожной карты сотрудничества АО «ТВЭЛ» ГК «Росатом» и СПбПУ на 2021–2023 гг., подписанной в феврале 2021 года, на базе ИППТ СПбПУ осуществляется подготовка специалистов для задач АО «ТВЭЛ» (ГК «Росатом») в рамках совместного образовательного трека магистерской программы «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство». С 1 сентября 2021 года под проекты ГК «Росатом» в программе выделено 11 мест.
В рамках ЦОД «Северсталь-Политех» (создан в 2019 году) разработан совместный с ПАО «Северсталь» образовательный трек магистерской программы «Организация и управление цифровыми наукоемкими производствами». Программа открыта 1 октября 2021 года и нацелена на подготовку специалистов, ориентированных на внедрение инноваций в металлургической отрасли. На 2022/2023 учебный год выделено 6 бюджетных мест.
В Центре реализуются основные и дополнительные образовательные программы (ДПО) по следующим направлениям: 10.05.01 «Компьютерная безопасность», 10.05.03 «Информационная безопасность автоматизированных систем», 10.05.04 «Информационно-аналитические системы безопасности», 15.04.03 «Прикладная механика», 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», 22.04.02 «Металлургия», 27.04.05 «Инноватика», 27.04.06 «Организация и управление наукоемкими производствами».
Всего Центром реализуется 5 основных образовательных программ, 4 корпоративные программы, 24 дополнительные образовательные программы повышения квалификации, 11 массовых открытых онлайн-курсов.
В числе наиболее востребованных основных образовательных программ Центра – магистерские программы «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство» (ориентирована на опережающую подготовку научно-технических и инженерных кадров, обладающих компетенциями мирового уровня в области современных компьютерных технологий создания новой техники, в рамках выполнения НИОКР по заказам предприятий высокотехнологичной промышленности) и «Организация и управление цифровыми наукоемкими производствами» (разработана совместно с крупнейшими производственными предприятиями – потенциальными работодателями и площадками стажировок, готовыми заключать со студентами трудовые договоры еще до окончания обучения: ПАО «Северсталь», Группа НЛМК, ПАО «ММК» и др.).
Образовательные форматы, реализуемые Центром:
Команда Центра насчитывает более 750 сотрудников.
Руководство Центра:
Адрес: 195251, Россия, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, лит. АФ (Научно-исследовательский корпус «Технополис Политех» СПбПУ), Дирекция: оф. А.3.08. Тел.: +7 (812) 775-05-20 (доб. 1545) E-mail: nticenter@spbstu.ru https://nticenter.spbstu.ru