Переход на цифру: в ЦИАМ обсудили технологии цифровых двойников

Создание наукоемкой и высокотехнологичной продукции невозможно без широкого применения математического моделирования. При этом цифровизация имеет ряд нюансов, а сам термин «цифровой двойник» трактуется по-разному. Проблемы и перспективы внедрения цифрового моделирования при разработке, производстве, доводке, испытании авиационных двигателей обсудили в Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») на расширенном заседании Президиумов НТС ЦИАМ и Ассоциации «Союз авиационного двигателестроения» (АССАД).

В мероприятии приняли участие представители администрации и специалисты ЦИАМ, АССАД, коллегии Военно-промышленной комиссии РФ, Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), руководители направлений ООО Siemens Industry Software и специалисты ведущих авиадвигателестроительных предприятий.

К гибкости в применении термина «цифровой двойник» участников обсуждения призвал во вступительном слове генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин. От также отметил, что необходимо разумно и взвешенно подходить к использованию этой технологии в двигателестроении.

– Наличие модели не отменяет необходимости проведения натурных испытаний, – подчеркнул он. 

Как отметил в своем выступлении Президент АССАД Виктор Чуйко, концепция «цифрового двойника» впервые была сформулирована в 2002 году в США для проектирования производственных цехов. Используется она и в российском авиадвигателестроении. Еще в 1983-м году известный авиационный конструктор Николай Кузнецов говорил о необходимости внедрения сложных комплексных математических моделей, позволяющих учитывать термодинамику, аэродинамику и прочность основных узлов авиадвигателя.

О том, что такое технология цифровых двойников и как извлечь из нее пользу, рассказал вице-президент ООО Siemens Industry Software Виктор Беспалов. По его словам, к 2020 году прогнозируется увеличение полетного трафика на 5%. При этом требования по контролю вредных выбросов авиационной техники постоянно ужесточаются. – Без использования новых технологий при разработке новой техники невозможно достичь соответствия этим требованиям, – подчеркнул он в своем выступлении. – В итоге, затормозится рост производства конкурентоспособной продукции.

Специалисты Siemens рассказали о разработках компании в области термомеханических и вибрационных моделей двигателя, их интеграции между собой. Смысл использования цифровых двойников уместился в емкий тезис: «проблема наполовину решена, если она определена». Был описан «умный» подход к цифровой концепции: он заключается в создании цифровых двойников процессов производства продукта и реального изделия.

Свою позицию относительно использования цифровых двойников озвучили и представители науки. Заместитель генерального директора ЦИАМ, д.т.н., проф. Оскар Гуревич отметил, что Институт всегда занимался математическим моделированием, являющимся важной базой для проведения количественных исследований. При этом акцент делался на исследовательских моделях. Сегодня для научно-технического понятия «математическая модель» маркетологи ввели в обиход рекламный термин «цифровой двойник». Институт обладает массой математических моделей в разных научных направлениях, из которых на заседании были представлены три, в том числе «Математический испытательный стенд «Газотурбинный двигатель». 
 
Начальник отдела систем автоматизированного проектирования (САПР) и математического моделирования ГТД ЦИАМ, д.т.н., проф. Юрий Темис продолжил мысль своего коллеги о том, что математическое моделирование – явление не новое. Он напомнил о развитии более 40 лет назад отраслевой программы внедрения вычислительных технологий в процесс создания двигателей САПР-Д, суть которой состояла в применении методов и моделей в процессах проектирования, автоматизации конструирования, создания аппаратных средств, автоматизации испытаний и др.

Докладчик призвал слушателей четко понимать разницу между интернетом вещей и созданием авиационных двигателей, в процессе которого роль цифровых технологий должна быть серьезно переосмыслена. Юрий Темис подчеркнул, что математические модели сопровождают весь жизненный цикл двигателя. За управление процессом инженерных расчетов всегда отвечает человеческий интеллект. Только в 1960-х в распоряжении специалиста были традиционные инструменты – логарифмическая линейка, чертежная доска, арифмометр, а сегодня – новые технологии. Эти вычислительные технологии позволили прийти к разработке методов многодисциплинарного проектирования, позволяющих получать математические модели («цифровые двойники») деталей, узлов и конструкций ГТД. Залогом успешности их применения является не только совершенство вычислительной техники и программ, но и квалификация кадров. 

Начальник сектора ЦИАМ Леонид Бендерский рассказал о применяемой в Институте технологии суперкомпьютерного моделирования на базе расчетных исследований и глубокого анализа их результатов в системе виртуальной реальности. В основе технологии лежит программный код, разработанный специалистами ЦИАМ под руководством д.ф.-м.н. Дмитрия Любимого. Леонид Бендерский показал работоспособность этого инструмента на примере задачи по оптимизации дозвукового воздухозаборного устройства. Технология позволила сократить срок разработки дозвукового воздухозаборного устройства в 3 раза с обеспечением запаса по заданным требованиям. Стоит отметить, что в области компьютерного моделирования с помощью вихреразрешающих методов ученые ЦИАМ в 2016 году завоевали золотую медаль и заняли первое место на конкурсе имени профессора Н.Е. Жуковского.

В заключительной части заседания член-корреспондент РАН, управляющий директор - генеральный конструктор АО «ОДК-Авиадвигатель» Александр Иноземцев представил свое видение цифровых двойников на опыте создания двигателя ПД-14. 

– Цифровой двойник – это звонкий маркетинговый термин, придуманный продавцами «софта». Исследователи, конструкторы, технологи, производственники, управленцы предприятий газотурбинного двигателестроения используют цифровые технологии, но их влияние на наш труд вполне конкретно и не беспредельно, – заявил он. – Мы применяем математическое моделирование объектов и процессов. Главное, чем могут помочь нам производители «софта», – это колоссально повысить производительность труда в переработке массивов информации, которая необходима для принятия решения. 

Говоря об описании с помощью математического моделирования физических процессов, происходящих в узлах двигателя, Александр Иноземцев отметил, что ни одна модель не может служить основанием для принятия окончательного решения. Оно должно приниматься только при условии проведения верификации на основании испытаний и, главное, – опыта. 

– Результат обеспечен на 70% опытом и на 30% – новейшими технологиями проектирования, – подчеркнул он.

Итоги заседания подвел Михаил Гордин. Он поддержал своего коллегу в том, что максимальную практическую пользу производители IT-решений могут принести в области интеграции данных математического моделирования всех систем двигателя и призвал не рассматривать цифровые двойники «в качестве панацеи при разработке наукоемкой продукции».

– Применять любые инструменты необходимо с учетом принципов разумности и экономической целесообразности, – резюмировал глава ЦИАМ.