Центр компетенций НТИ по направлению «Новые производственные технологии»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Новые производственные технологии» на базе Института передовых производственных технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

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.

Цели и задачи

Стратегические цели реализации программы Центра:

В научно-техническом направлении: разработка решений для создания высокотехнологичных изделий мирового уровня (двигателей, автомобилей, самолетов, вертолетов и пр.) с применением новых производственных технологий и опорой на кросс-отраслевые и мультидисциплинарные компетенции инженеров и ученых СПбПУ и более 80 участников консорциума.
По направлению образовательной деятельности: подготовка специалистов и развитие компетенций сотрудников и руководителей высокотехнологических предприятий в области новых производственных технологий.
В части формирования инфраструктуры: формирование совместно с партнерами и участниками консорциума единой среды (экосистемы) развития новых производственных технологий за счет согласованных действий по ключевым направлениям – от разработки до продвижения, в рамках единой программы развития сквозной технологии и реализации дорожной карты «Технет» (передовые производственные технологии) НТИ.

Для достижения этих целей Центр применяет и развивает следующие технологии:

Цифровое проектирование и моделирование (CAD-CAE-HPTC-CAO-CAM-CAAM), цифровые двойники (Digital Twins), бионический дизайн ((Simulation & Optimization)-Driven Bionic / Generative Design), «умные» цифровые двойники (Smart Digital Twins), (CAD, CAE, CAO, CAM, CAAM, Simulation & Optimization)-Driven Bionic Design, PDM, PLM&Advanced Manufacturing;
Новые материалы (композиционные материалы, наноматериалы, метаматериалы, металлопорошки для аддитивного производства);
Аддитивные технологии и аддитивное производство, включая 3D-принтеры, технологии, подходы и способы работ с исходными материалами, разработка и производство металлопорошков и набор услуг по 3D-печати;
Smart-Manufacturing-технологии и гибридные производственные технологии.

Результаты деятельности

В научно-техническом направлении: за 2018–2021 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™ победила на Международном конкурсе инновационных проектов «Евразийские цифровые платформы» в номинации «Лучшие цифровые проекты Евразийского экономического союза» и стала лауреатом Национальной промышленной премией Российской Федерации «Индустрия» за 2017 год.

В числе основных результатов Центра за 2018-2021 гг.:

заключенных лицензионных соглашений с индустриальными партнерами (шт.) – 423 (план – 375);
НИОКР-выручка (млн руб.) – 3 918,09 (план – 2 925,00);
софинансирование деятельности Центра за счет внебюджетных источников (млн руб.) – 1 900,11 (план – 1 544,00).

В части формирования инфраструктуры: в 2019 году Центр выступил инициатором создания зеркальных инжиниринговых центров (ЗИЦ) с партнерами Центра. По состоянию на февраль 2022 года реализуется уже 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. Объем коммерциализации в 2020 году составил 942 млн рублей, из них по направлениям:

В 2022 году работа в формате ЗИЦ выходит на новый уровень: в СПбПУ создается Центр «СПбПУ-ТВЭЛ» 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:

разработана дорожная карта (ДК) по направлению развития сквозной цифровой технологии «Новые производственные технологии» (включена в Федеральный проект «Цифровые технологии» Национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»);
разработан Прогноз реализации приоритета научно-технологического развития, определенного п. 20а СНТР РФ;
разработаны ДК «Технет» НТИ 1.0–4.0. Результаты реализации дорожной карты «Технет»: более 150 поддержанных проектов; 6 «Фабрик Будущего»: на базе Центра НТИ СПбПУ (CML-EV, CML-Bench™), ПАО «ОДК-Сатурн», АО «Диаконт», АО СНСЗ, ООО «УДМЗ»; более 250 организаций в сообществе «Технет»; созданы Инфраструктурный центр и Ассоциация «Технет», а также Центр НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии»; ведутся работы в рамках 2 отдельных корпоративных дорожных карт «Технет – ОДК» и «Технет – ТВЭЛ»;
разработана региональная ДК «Технет-Сибирь»;
разработан и издан экспертно-аналитический доклад «Перспективы развития рынка электротранспорта и зарядной инфраструктуры в России» (ISBN: 978-5-7422-7238-0 Экспертно-аналитический доклад / Д.В. Санатов [и др.]: под ред. А.И. Боровкова, В.Н. Княгинина – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. – 44 с.);
впервые в мире разработан системообразующий для промышленности нормативный документ, сфокусированный на создании изделий с помощью технологии цифровых двойников: ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения». Стандарт является полностью отечественной разработкой. Документ разработан специалистами Центра совместно со специалистами ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ») в рамках деятельности технического комитета 700 «Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии» (ТК 700). Национальный стандарт вступил в силу с 1 января 2022 года.

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.

Результаты за за 2018–2021 годы:

подготовленные специалисты (МП, ДПО) (чел.) – 22 267 (план – 20 000), в том числе сотрудники предприятий – участников консорциума Центра НТИ СПбПУ: Росатом / ТВЭЛ / Центротех, Газпром нефть, Северсталь, Средне-Невский судостроительный завод, ОАК, Плаза Лотос Групп и др.
в СПбПУ создана базовая кафедра «Процессы управления наукоемкими производствами» Холдинга «Ленполиграфмаш», функционируют зеркальные лаборатории «Цифровые технологии в промышленности» в МГУ и «Экономика цифровой промышленности» в Центре НТИ СПбПУ;
реализуется 13 программ взаимодействия в формате университетских, региональных и корпоративных зеркальных инжиниринговых центров (УЗИЦ / КЗИЦ / РЗИЦ).

Консорциум

Проекты

Некоторые проекты Центра:

1. Развитие подходов цифрового проектирования и моделирования в двигателестроении

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» реализуется впервые в отрасли по заказу АО «ОДК» / Госкорпорации «Ростех» и Минпромторга России. Завершены 1 и 2 этапы разработки, окончание проекта намечено на 2023 год. 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»).

2. Развитие подходов цифрового проектирования и моделирования в автомобилестроении

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 компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Новые производственные технологии» на базе Санкт-Петербургского политехнического университета (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.

3. Развитие подходов цифрового проектирования и моделирования в машиностроении

a. Принципиально новая конструкция системы очистки бурового раствора («вибросито»). Применение компетенций Центра (создание цифрового двойника и виртуальных испытательных стендов изделия) позволило существенно превзойти показатели изделия по сравнению с конкурентами. Проект реализуется в интересах НПО «Центротех» (АО «ТВЭЛ» / ГК «Росатом»).

b. 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».

c. 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. Проект реализован в интересах АО «ТВЭЛ» (ГК «Росатом»).

4. Развитие подходов цифрового проектирования и моделирования в авиастроении

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».

5. Разработка передовых производственных технологий аддитивного производства и новых материалов

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».

Образовательная деятельность

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:

STEAM* (Science (включая Mathematics) & Technology & Engineering & Art & Manufacturing);
CDIO** (Conceive – Design – Implement – Operate; Планирование – Проектирование – Производство – Применение);
Learning-by-Doing;
Life-Long Learning, а также новых образовательных технологий и инструментов генерации, капитализации и трансфера знаний.

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 первую «атомную» группу вошли бакалавры из числа победителей профильных олимпиад и лучшие студенты ведущих технических вузов.

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.).

Самой востребованной программой ДПО стала программа повышения квалификации «Инновационные и цифровые технологии в образовании», целями которой являются формирование новых профессиональных и общепрофессиональных компетенций в области инновационных цифровых образовательных технологий, совершенствование имеющихся профессиональных компетенций, а также повышение профессионального уровня в области цифровых технологий и цифровой трансформации. За 2021 год курс успешно окончили более 3500 слушателей.

Команда

Команда Центра насчитывает более 750 сотрудников.

Руководство Центра:

Рудской Андрей Иванович, ректор СПбПУ,
rector@spbstu.ru
Боровков Алексей Иванович, проректор по перспективным проектам СПбПУ, руководитель Центра,
borovkov@compmechlab.com
Рождественский Олег Игоревич, руководитель дирекции Центра,
orozhdestvenskiy@compmechlab.com
Салкуцан Сергей Владимирович, заместитель руководителя дирекции Центра по образованию,
salkutsan@spbstu.ru
Альхименко Алексей Александрович, руководитель Научно-исследовательского и образовательного центра «Везерфорд-Политехник»,
a.alkhimenko@spbstu.ru
Зегжда Дмитрий Петрович, руководитель Научно-образовательного центра «LG-Политехник»,
zegzhda_dp@spbstu.ru
Попович Анатолий Анатольевич, научный руководитель Лаборатории «Синтез новых материалов и конструкций»,
popovich_aa@spbstu.ru
Ядыкин Владимир Константинович, заведующий лабораторией «Моделирование технологических процессов и проектирование энергетического оборудования»,
v.yadikin@onti.spbstu.ru;
Одноблюдов Максим Анатольевич, заведующий лабораторией «Лазерные и плазменные технологии»,
maxim.odnoblyudov@spbstu.ru;
Болсуновская Марина Владимировна, заведующий лабораторией «Промышленные системы потоковой обработки данных»,
marina.bolsunovskaia@spbpu.com
Кривцов Антон-Иржи Мирославович, заведующий лабораторией «Моделирование производственных технологий и процессов»,
anton.krivtsov@spbstu.ru