Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Новые производственные технологии» 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.
Технологии, разрабатываемые Центром, имеют кросс-отраслевой и кросс-рыночный характер, т.е. применимы на большинстве рынков НТИ и в самых разных высокотехнологичных отраслях промышленности.
Для развития инженерного образования и обеспечения трансфера компетенций в области новых производственных технологий Центр НТИ СПбПУ реализует программу по созданию и развитию зеркальных инжиниринговых центров (ЗИЦ), создаваемых на базе российских промышленных корпораций, образовательных организаций и региональных операторов по решению технологических и инженерных задач промышленности.
Зеркальный инжиниринговый центр – способ организации партнерского взаимодействия, обеспечивающий трансфер компетенций в процессе выполнения проектов для высокотехнологичных отраслей промышленности и позволяющий тиражировать полученный успешный опыт.
Сотрудничество в формате ЗИЦ позволяет быстро собирать проектные консорциумы и выстраивать взаимодействие с носителями ключевых компетенций, которые зачастую территориально распределены, объединяя интеллектуальный потенциал и ресурсы промышленности, науки и образования.
Преодоление технологических барьеров
Существенным вкладом в преодоление обозначенного в Программе Центра на 2020 год барьера «Длительный и дорогостоящий процесс разработки с целью соответствия заданным требованиям и ограничениям элементов различных конструкций, производимых с применением аддитивных технологий» стало масштабирование лучших практик по организации процесса разработки с использованием новых производственных (в том числе аддитивных) технологий при создании продукции отечественной высокотехнологичной промышленности посредством создания сети зеркальных инжиниринговых центров (ЗИЦ).
К настоящему моменту в рамках работы по созданию сети ЗИЦ ведется взаимодействие со следующими вузами и организациями:
Значимые результаты научно-исследовательской деятельности
Результаты по направлению развития инфраструктуры, развития компетенций в области новых производственных технологий
Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра
За период работы Центра коммерциализировано результатов деятельности на 2 372 млн рублей.
Объем коммерциализации в 2020 году составил 942 млн рублей, из них по направлениям:
Создание и лицензирование РИДов
В научно-техническом направлении: с 2018 по 2020 годы специалисты Центра совместно с партнерами и участниками Консорциума выполнили более 250 НИОКТР по направлениям сквозной технологии Центра в интересах более 100 высокотехнологичных предприятий. Кроме того, было создано 175 результатов интеллектуальной деятельности и заключено 105 соглашений на их использование.Центр организует и развивает крупнейший в России Консорциум в области новых производственных технологий, основной организационный механизм трансфера и развития ППТ, разрабатываемых Центром НТИ СПбПУ. Консорциум органично объединяет лидеров науки, образования и промышленности.
На момент формирования Центра НТИ СПбПУ (декабрь 2017 года) консорциум объединял 33 организации. По состоянию на январь 2021 года консорциум Центра насчитывает 81 участника, включая 5 госкорпораций, 18 ведущих университетов, 4 крупнейшие научные организации и др.
По итогам электронного анкетирования региональных вузов, инновационных предприятий и промышленных корпораций, проведенного Центром НТИ СПбПУ в 2019 году, партнерская сеть Центра НТИ СПбПУ включает:
Научные и образовательные учреждения
Партнеры из индустрии
Иные организации
С 2018 по 2020 годы специалисты Центра совместно с партнерами и участниками Консорциума выполнили более 250 НИОКТР по направлениям сквозной технологии Центра в интересах более 100 высокотехнологичных предприятий.
Некоторые проекты Центра:
a. Первый российский электрический смарт-кроссовер «КАМА-1», разработанный «с нуля» без ДВС-предшественника на основе технологии цифровых двойников (Digital Twins) и уникальных CML-платформенных решений. Разработка выполнена в кратчайшие по стандартам автомобилестроения сроки – за 2 года. Проект «Создание "Умного" Цифрового Двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня» реализован 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». Проект стал победителем конкурса «Технологический прорыв – 2020» по решению представителей Платформы НТИ совместно с Правительством РФ.
b. Универсальная модульная пассажирская платформа для нового модельного ряда автобусов, электробусов, троллейбусов средней, большой и особо большой вместимости. 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».
с. Оптимизированные конструкции кузова внедорожного автомобиля. Применение компетенций Центра (разработка цифрового двойника автомобиля и применение топологической многовариантной оптимизации) позволило за короткое время (10 недель) добиться целевых потребительских свойств конструкции. Проект выполнен в интересах иностранного партнера Консорциума СПбПУ – компании CATARC (Китай).
d. CML-CAR™ – платформа-демонстратор кросс-рыночных и кросс-отраслевых «сквозных» цифровых и передовых производственных технологий. Применение компетенций Центра (цифровое проектирование и моделирование, формирование многоуровневой матрицы целевых показателей и ресурсных ограничений, разработка «умных» моделей, выполнение виртуальных испытаний, создание цифровых двойников при помощи Цифровой платформы CML-Bench™) позволило спроектировать конструкцию электромобиля, превосходящую конкурентные конструкции по массе, аэродинамическим характеристикам и некоторым другим параметрам. Проект реализуется совместно со стратегическим партнером Центра – группой компаний CompMechLab®.
a. Двигатель ТВ-7-117-СТ01. С применением компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга снижена масса двигателя ТВ-7-117-СТ01. Работы выполнены в интересах АО «ОДК-Климов».
b. Детальная термодинамическая модель газотурбинного двигателя (ГТД) как основа для создания виртуального испытательного полигона «Газотурбинный двигатель» и цифрового двойника ГТД. Результаты применены при разработке оптимизированной конструкции серийного изделия. 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).
c. Разработка нового семейства многоцелевых высокооборотных дизельных двигателей на основе технологии цифровых двойников. Планируется применение двигателей на железнодорожном транспорте, в большегрузных автомобилях и в судостроении. Проект реализуется в интересах Уральского дизель-моторного завода (УДМЗ).
d. Разработка технических решений и прототипов устройств – камера сгорания, компрессор низкого давления – для создания конкурентоспособных газовых турбин мощностью 25 МВт для газоперекачивающих агрегатов на основе цифровых двойников разрабатываемых устройств. Индустриальный партнер: ОКБ им. А. Люльки (ПАО «ОДК-УМПО»).
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» (предприятие 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».
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 реализован в интересах ООО «ВР-Технологии» (холдинг «Вертолеты России»/ГК «Ростех»).
a. Создание математической прогнозной модели распространения COVID-19. Имея огромный опыт математического моделирования в различных научных областях и отраслях высокотехнологичной промышленности, сотрудники Центра НТИ СПбПУ по просьбе заместителя министра здравоохранения Российской Федерации В.В. Уйбы (сейчас занимает пост Главы Республики Коми) с февраля 2020 года вошли в сформированный по инициативе и под руководством А.И. Боровкова проектный консорциум совместно со специалистами Института биомедицинских систем и биотехнологий СПбПУ и Научно-исследовательского института гриппа имени А.А. Смородинцева. Разработанная модель способствовала планированию и принятию важнейших административных решений в различных регионах России в период пандемии COVID-19. За разработку А.И. Боровков получил благодарность от имени Первого Заместителя Председателя Правительства РФ А.Р. Белоусова за существенный вклад в развитие отечественного технологического бизнеса.
b. Мегапроект «Северный морской транзитный коридор» (СМТК) по созданию комплексной транспортно-логистической системы для международных транзитных морских грузоперевозок на маршруте Азия – Европа через Северный морской путь (СМП). Центр НТИ СПбПУ участвует в проекте в качестве эксперта в области цифрового моделирования и проектирования, разработки цифровых двойников. Проект СМТК был инициирован Госкорпорацией «Росатом» в 2019 году с целью создания нового предложения на международном рынке логистического сервиса по доставке грузов между Северо-Западной Европой и Восточной Азией через СМП. Отраслевым логистическим оператором выступает предприятие ГК «Росатом» – ООО «Русатом Карго», на базе которого ведутся организация и развитие международных транзитных морских грузоперевозок по формируемой транспортной магистрали на базе СМП.
c. Федеральный проект «Цифровой Обь-Иртышский бассейн» по созданию основанной на больших данных системы комплексного управления водными ресурсами крупнейшего в России и третьего по величине в мире – Обь-Иртышского речного бассейна. Проект был инициирован губернатором Кузбасса С.Е. Цивилёвым в марте 2019 года, в его реализацию вовлечены 12 регионов Западной Сибири и Урала. Цифровое моделирование экосистемы главных сибирских рек позволит выявить основные факторы, критически влияющие на уровень техногенной нагрузки, определить пути решения проблем, связанных с накопленным экологическим ущербом, и перейти к системной реализации мер по оздоровлению водных объектов. Задача проекта, аналогов которому в мире пока нет: с применением технологии цифровых двойников (Digital Twins) и больших данных (Big Data) создать комплексную систему управления водными ресурсами, которая станет инструментом поддержки принятия решений для федеральных и региональных органов власти, а также промышленных предприятий – водопользователей. Центр НТИ СПбПУ выступает в качестве технологического координатора и исполнителя проекта.
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 АО «Балтийская Промышленная Компания».
b. Опытные образцы материала, изготовленные методом селективного лазерного плавления (СЛП) атомизированных порошков сплавов с эффектом памяти формы системы Ti-Ni и по своим физико-механическим и функциональным свойствам лишь незначительно уступающих материалам, полученным классической термомеханической обработкой.
с. Создание инновационных металлизационных покрытий из перспективных материалов для эксплуатации в экстремальных природных условиях. Применяются технологии холодного газодинамического напыления порошковых материалов, сверхзвукового газопламенного напыления и электрохимического осаждения на основе дисперсий железо-хромовых сплавов и углеродных материалов (графен, модифицированные сажи, наночастицы). Данные покрытия являются инновационными как по составу, так и по методам нанесения и разрабатываются с целью повышения эксплуатационной надежности оборудования и материалов, работающих в экстремальных природных условиях нефтегазовых месторождений, Арктических регионов, зон вечной мерзлоты. Полученные уникальные покрытия на основе композиции Ni (никеля) и Со (кобальта) по значениям коррозионной стойкости более чем в 6 раз превосходят соответствующие значения применяемых сегодня материалов (13Cr). Разработка Научно-технологического комплекса (НТК) «Новые технологии и материалы» в рамках научно-технологического сотрудничества с ПАО «Северсталь».
d. Разработка научно-технологических основ цифрового производства крупногабаритных элементов изделий из алюминиевых сплавов аддитивным электродуговым выращиванием и последующим их соединением методом сварки трением с перемешиванием. Проект объединяет преимущества двух современных ресурсосберегающих технологий создания материалов и конструкций нового поколения для авиационной и космической отраслей промышленности, судостроения и энергетики. Аддитивное электродуговое выращивание (WAAM) и сварка трением с перемешиванием (FSW) с использованием средств цифровой обработки позволяют наладить производство крупногабаритных элементов изделий из алюминиевых сплавов в различных отраслях. Разработка ведется лабораторией «Синтез новых материалов и конструкций», индустриальный партнер – АО «Балтийская промышленная компания».
e. Отечественная технология получения однонаправленных лент из углеродных волокон и термопластичных полимеров. Новые термопластичные полимерные композиционные материалы имеют ряд преимуществ по сравнению со всеми известными композиционными материалами на основе реактопластов: широкий интервал температур эксплуатации (от –195 до +230 °С), высокую скорость переработки, повышенные демпфирующие свойства, высокую устойчивость к ударным нагрузкам и др. В разных отраслях промышленности композиционные материалы заменяют дорогостоящий алюминий – с преимуществом в весе и кратным снижением трудоемкости производства. Исполнитель проекта – Лаборатория «Моделирование технологических процессов и проектирование энергетического оборудования», соисполнитель – Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, УЗИЦ «Эльбрус».
За 2018-2020 гг. в Центре было подготовлено 15 067 специалистов, из которых 353 – по основным образовательным программам бакалавриата, специалитета и магистратуры.
Специалистами Центра разработано и запущено 4 магистерские программы, 1 из которых является сетевой, 52 дополнительные программы повышения квалификации, а также 2 программы переподготовки. Специалистами Центра разработано 9 массовых открытых онлайн-курсов на различных платформах: Национальном портале «Открытое образование», Coursera, Moodle, Stepik; онлайн-курсы прошли свыше 40 000 человек.
В 2020 году Центр реализует 22 дополнительные профессиональные образовательные программы, в числе которых программа переподготовки руководителей – лидеров команд цифровой трансформации организаций еМВА (Executive Master of Business Administration) «Лидеры цифровой трансформации», президентская программа подготовки управленческих кадров для организаций и предприятий РФ. В 2020 году Высшая школа технологического предпринимательства (ВШТП) Института передовых производственных технологий (ИППТ) Центра запустила Открытый отбор – новый способ отбора абитуриентов на привилегированные места по международной образовательной программе «Технологическое лидерство и предпринимательство». Уникальная программа реализуется совместно с Агентством стратегических инициатив (АСИ) на платформе Leader-ID. Также в ВШТП сформирован экспертный совет для организации проекта «стартап как диплом», первый выпуск по проекту будет в 2021 году.
В ИППТ СПбПУ, на базе которого создан Центр, реализуется уникальная модель образовательной, исследовательской и инновационно-предпринимательской деятельности «Разработки → Исследования → Образование» как ключевой элемент построения финансово устойчивой структуры, представляющей собой экосистему с характеристиками самоорганизации, саморегулирования и саморазвития.
1. Цифровое проектирование и моделирование.
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, 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.). Также планируется запуск проектной магистратуры «Автомобиль за два года», включающий в себя блоки основных дисциплин (дизайн автомобиля, автомобильные системы, пассивная и активная безопасность, электроника, методы системной интеграции и т.д.) и технических элективных курсов (материалы и производство транспортного средства, производительность ТС, передовые силовые установки).
2. Материалы и производственные технологии.
Основные образовательные программы этого направления строятся вокруг аддитивных технологий и применения новых, в том числе композиционных, материалов.
3. Фабрики Будущего.
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 числе основных компетенций: управление цепями поставок; процессы управления наукоемкими производствами; конструкторско-технические инновации и трансфер технологий; системный инжиниринг; дизайн-мышление; технологическое лидерство и предпринимательство.
01.04.03 «Механика и математическое моделирование»
08.03.01 «Строительство»
09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»
10.04.01 «Информационная безопасность»
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»
15.04.06 «Мехатроника и робототехника»
22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов»
22.04.02 «Металлургия»
27.04.05 «Инноватика»
27.04.06 «Организация и управление наукоемкими производствами»
38.00.00 «Экономика и управление»
В том числе в ИППТ реализуются следующие направления:
15.04.03_07 «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство»;
27.04.06 «Организация и управление наукоемкими производствами»
