Центр компетенций НТИ по направлению «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества»

Создание методик (сценариев) проведения сквозного проектирования, моделирования, производства и валидации комплекса «материал-конструкция» для нужд быстрорастущих рынков; создание инфраструктуры и методов, обеспечивающих проведение верификации свойств пилотных партий разработанных новых изделий, а также технологий их серийного производства; увеличение скорости разработки материалов и изделий, обеспечение возможности оперативного изменения свойств материалов под требования проектируемых конструкций, с учетом требований эффективности.

При этом указанные решения будут ориентированы на создание цифровой «экосреды» для решения вопросов материаловедения и обеспечения «быстрого» вовлечения решений малого и среднего бизнеса, а также научных и научно-образовательных учреждений в работу крупных предприятий и предприятий, входящих в состав государственных корпораций.

Соответственно основными задачами в научно-исследовательском направлении будут: исследования в области создания, структуры и свойств новых конструкционных и функциональных материалов с рекордными и прогнозируемыми свойствами; разработка интеллектуальных программно-аппаратных комплексов цифрового материаловедения для создания конструкционных и функциональных материалов нового поколения, цифровых двойников, материалов и конструкций на их основе; разработка научных основ, технологий и роботизированных комплексов для изготовления новых материалов и веществ; создание и наполнение цифровой базы данных по свойствам материалов и веществ; исследования в области аддитивных материалов и технологий их получения.

Основными задачами в образовательной деятельности будут: формирование новой профессиональной направленности студентов путем дополнения их теоретических знаний профессиональными навыками, которые позволят им стать более востребованными на рынке труда; обеспечение высокопрофессионального кадрового состава, для нужд цифровой экономики будущих рынков Национальной Технологической Инициативы, готового к решению высокотехнологических задач, воспринимающего и умеющего эффективно управлять инновациями и современными технологическими и бизнес-процессами.

Основными задачами в инфраструктурном направлении работы будут: создание специализированных лабораторий, имеющих необходимое оборудование; общей информационной системы консорциума; научно-образовательного подразделения Центра как для подготовки новых специалистов для реального бизнеса, так и переподготовки существующих сотрудников. Реализация поставленных целей и задач при работе Центра должна привести к существенным изменениям в результате появления новых видов продукции и/или услуг, основанных главным образом на применении технологических решений, разработанных Центром в следующих отраслях и секторах экономики: в отрасли атомной 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.

При этом необходимо отметить, что большая часть проектов Центра не привязана к одной существующей отрасли, а ориентирована на развитие и применение в большинстве отраслей сразу. Например, разработки в области селективного лазерного плавления, разработки бумагоподобных композитов, создание биоразлагаемых полимеров и самовосстнавливающихся материалов.

Консорциум Центра создан как сбалансированное сообщество, объединяющие как научные и научно-образовательные организации, предприятия, входящие в государственные корпорации, промышленные и инновационные предприятия малого и среднего бизнеса. Указанная комбинация позволяет создать эффективную и быструю цепочку от разработки новых решений в материаловедении до их практического внедрения с применением цифровых технологий.

Организационная структура консорциума будет привязана непосредственно к структуре управления Центра в части операционного управления, которое осуществляет директор Центра. Каждый из участников получит преимущества от участия в работе консорциума, а именно: научные организации: «быстрое» практическое внедрение новых разработок и получение обратной связи о применении новых решений. Образовательные организации: активное внедрение в образовательный процесс результатов деятельности Центра, переход на цифровые и виртуальные формы обучения и подготовки специалистов. Коммерческие компании: «переложение» фундаментальных научных результатов и идей через прикладные исследования и разработки в конкретные технологии в интересах коммерческих компаний. Предприятия и компании, входящие в государственные корпорации: возможность перехода к созданию технологического акселератора, ускоряющего разработку новых материалов и веществ под потребности государственных компаний в рамках разрабатываемых цифровых платформ. Предприятия малого и среднего бизнеса получают возможность «быстрой» интеграции своих решений в государственные корпорации.

Состав консорциума:

• Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
• Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский Федеральный Ядерный Центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина»
• Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
• Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук
• Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук
• Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»
• Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
• Общество с ограниченной ответственностью «Межотраслевой инжиниринговый центр МГТУ им. Н.Э. Баумана»
• Общество с ограниченной ответственностью «СК-СХД»

Партнёры из индустрии:

• Общество с ограниченной ответственностью «СЕВЕРМАШ»
• Общество с ограниченной ответственностью «Научно-технический центр «АПМ»
• Общество с ограниченной ответственностью «Гален»

В рамках работы Центра планируется выполнить 17ть ключевых проектов. Все проекты можно сгруппировать в четыре функциональные группы, исходя из отраслевых признаков и в соответствии с уровнем готовности технологии:

1. Пять проектов, которые реализуются для предприятия ГК «Росатом» в соответствии с их дорожной картой по развитию новых материалов и веществ (Шифры проектов «Новые 2D3D ПКМ на основе графена», «Аддитивные технологии для костных имплантов», «Цифровая система оценки качество сварки сталей», «Материалы селективного лазерного плавления», «Лазерный ультразвук»).

2. Три проекта, которые реализуются совместно с индустриальными партнерами и которые связаны с разработкой новых материалов для прикладного применения с точки зрения производства конечной продукции (Шифры проектов «Греющий кабель», «Новые покрытия», «Арматура»).

3. Три проекта, которые направлены на разработку новых материалов, которые могут применяться в различных отраслях и имеют большие перспективы для внедрения ввиду отсутствия близких аналогов (Шифры проектов «СВЕТ», «Биоразлагаемые материалы», «Бумагоподобные композиты»).

4. Шесть цифровых платформ по проектированию и инженерному применению отдельных материалов и изделий (Шифры проектов «Цифровая платформа поддержки инженерных решений», «Термопласт», «Сложный композит», «МКЭ-композит», «Пропитка», «Адгезионные взаимодействия ПКМ»).

   
   

Проекты:

• «Цифровая система оценки качества сварки сталей» - целевым результатом реализации проекта станет интерактивная система предиктивного цифрового двойника моделирования и прогноза показателей качества свариваемости сталей, прежде всего типа 15Х2НМФА и 10ГН2МФА, 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 (далее - SLM) на базе специализированного программно – аппаратного комплекса, обеспечивающего сбор, хранение, обработку, включая внешние и\или слабоструктурированные, данные, 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 композитных материалов с участием графено-подобных материалов (оксид графена, восстановленный оксид графена, многослойные графены или тонкослойные графитовые нанопластинки). В качестве второго компонента композита будут выступать либо полимеры, либо оксиды переходных металлов. В некоторых случаях для оптимизации некоторых потребительских свойств возможно использование третьего компонента.
  
  
• «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 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 за счет автоматизированного учета получаемых сведений с системы автоматики, оптимизация производственного процесса в разрезе возможности контроля в режиме «одного окна».
  
  
• «Сложный композит» - основные ожидаемые результаты: разработана технология создания нового типа преформ на основе нетканой трехмерной структуры, позволяющей повысить физико-механические свойства композита, разработано оборудование для создания нетканых структур преформ с пространственным армированием, разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать свойства композитов, созданных на основе преформ такого типа.
  
  
• «Пропитка» - проект 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» - целевым результатом реализации проекта будет создание программного комплекса, позволяющего проведение расчетов методом численного моделирования цифровых двойников реальных изделий из анизотропных (преимущественно, композиционных) материалов. Предполагается решение широкого круга задач механики (статики, динамики), термомеханики, связанных задач, оптимизации структуры композита.
  
  
• «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 - Настоящее изобретение относится к отверждаемой пленкообразующей композиции, содержащей: а) полимерное связующее, содержащее сложный полиэфир, имеющий гидроксильные функциональные группы; б) отверждающий агент, содержащий полиизоцианат, имеющий по меньшей мере три изоцианатные функциональные группы. В некоторых вариантах осуществления после нанесения на подложку в качестве покрытия и после отверждения, пленкообразующие композиции настоящего изобретения обнаруживают микротвердость Фишера по меньшей мере 120 при температуре окружающей среды от 15 до 25 ° С и температуру размягчения большую или равную 35°С. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения после нанесения на субстрат в качестве покрытия и после отверждения композиции проявляют восстановление блеска (отражающей способности) под углом 20° по меньшей мере на 75% при воздействии метода сухого истирания на абразивный износ.
  
  
• «Греющий кабель» - целевым результатом реализации проекта будет 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 будет внедрение современных цифровых технологий в образовательный процесс: создание цифровых лабораторий, позволяющих с помощью методов взаимодействия с VR\AR визуализировать технологические процессы в разных временных метриках, для комплексного понимания их логики и возможности группового обучения в виртуальном пространстве. Образовательная деятельность Центра будет включать:

1. разработку 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;
   
   
2. проведение семинаров, вебинаров и конференций, проведение тематических школ, в том числе выездных, дополнительного образования в области цифрового материаловедения, материалов и веществ нового поколения, передовых цифровых технологий и искусственного интеллекта;

Направления подготовки, в рамках которых планируется образовательная работа:

• цифровые технологии создания композиционных материалов нового поколения и цифровые методы проектирования готовых изделий из них (80 выпускников ежегодно);
• технологии и роботизированные программно-цифровые методы автоматизированного неразрушающего контроля деталей и конструкций из различных видов материалов (30 выпускников ежегодно);
• цифровые системы управления качеством и экономическими показателями при производстве изделий из новых материалов (50 выпускников ежегодно);
• цифровые облачные платформы по сбору, хранению и подтверждению свойств материалов (45 выпускников ежегодно);
• системы автоматизированного принятия решений по оптимальному выбору материала под заданные условия (30 выпускников ежегодно);
• экология и цифровое моделирование жизненного цикла новых материалов (35 выпускников ежегодно).

Общая кадровая численность Центра будет составлять 50 человек, из которых 14 человек будут сотрудниками, совмещающими работу на предприятиях консорциума. Общее управление деятельностью Центра будет осуществлять Директор, у которого будет три заместителя по направлениям деятельности:

• заместитель, отвечающий за реализацию проектов и взаимодействие с участниками консорциума;
• заместитель, отвечающий за коммерциализацию результатов проектов и расширения деятельности Центра;
• заместитель, отвечающий за образовательный блок и PR политику центра.

Всего в составе Центра будет девять профильных лабораторий и подразделений, отвечающих за реализацию проектов со средней численностью каждого подразделения до 7 человек.

Ключевые сотрудники:

1. Нелюб Владимир Александрович – директор,
   mail@emtc.ru 
2. Бородулин Алексей Сергеевич – заместитель директора,
   asb@emtc.ru
3. Калинников Александр Николаевич – заместитель директора,
   alexandr.kalinnikov@emtc.ru
4. Стоянова Маргарита Васильевна – заместитель директора,
   MStoyanova@emtc.ru
5. Полежаев Александр Владимирович – ведущий научный сотрудник,
   avp@emtc.ru