22 марта 2021

В Санкт-Петербурге будут готовить цифровых инженеров для атомной отрасли

Страна Росатом

В Санкт-Петербургском политехническом университете будут готовить цифровых инженеров для ТВЭЛ. В новом учебном году в рамках магистерской программы «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство» наберут первую «атомную» группу. Во время обучения студенты будут решать реальные производственные задачи под руководством специалистов «Центротеха» и проходить практику на предприятии. Мы узнали, чем цифровой инженер отличается от обычного и сколько их понадобится в ближайшем будущем топливной компании.

В феврале президент ТВЭЛ Наталья Никипелова и ректор СПбПУ Андрей Рудской договорились о совместной реализации ряда научно-технологических и образовательных проектов до 2023 года. Один из них — ​подготовка для ТВЭЛ специалистов в сфере цифрового инжиниринга. Этим займутся «Центротех» и Институт передовых производственных технологий (ИППТ) СПбПУ. В вузе при участии атомщиков организуют научно-образовательную лабораторию для будущих цифровых инженеров.

Президенту ТВЭЛ Наталье Никипеловой демонстрируют умные машины в научно-образовательных лабораториях

Магистерская программа «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство» существует в университете несколько лет. Ежегодно набирают одну-две группы студентов. Среди дисциплин — ​теория пластичности и ползучести, механика контактного взаимодействия, механика разрушения, волны в деформируемых средах и аддитивное производство.

«Магистранты осваивают цифровое проектирование на основе математического моделирования, проводят виртуальные испытания элементов конструкций, изделий и продукции для высокотехнологичной промышленности, — ​рассказывает директор ИППТ СПбПУ ­Валерий Левенцов. — ​Мы учим их создавать фабрики будущего — ​цифровые, умные, виртуальные бизнес-модели. А также разрабатывать для них продукты нового поколения с применением передовых сквозных цифровых и производственных технологий, строить автоматизированные и роботизированные безлюдные производства, распределять логистические цепочки, охватывающие процесс от поставки сырья до реализации продукции потребителю. Все это перспектива ближайшего будущего во всем мире».

В новом учебном году в рамках программы «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство» сформируют группу по подготовке кадров для «Центротеха» и других предприятий ТВЭЛ. В нее войдут бакалавры из числа победителей профильных олимпиад и лучшие студенты ведущих технических вузов страны. Магистранты будут не только изучать теорию, но и вести научно-исследовательскую работу по решению задач атомщиков. Авторы программы уверены, что практико-ориентированное образование эффективнее не с выдуманными проектами, а с реальными НИОКР. Руководить проектной работой будут ведущие инженеры «Центротеха». Производственную и преддипломную практику студенты также будут проходить на предприятии.

«Через два года мы выпустим специалистов, владеющих необходимыми компетенциями, причем не образца 2021 года, когда мы их набрали, а теми, что будут востребованы и актуальны в 2023-м», — ​говорит Валерий Левенцов.

«До 2030 года нам хотелось бы получить более 100 выпускников этого и смежных направлений. Они станут ядром компании в будущем, — ​говорит заместитель гендиректора «Центротеха» Алексей Глазунов. — ​В цифровую эру новые профессии вытесняют традиционные. Сейчас ключевая специализация на наукоемком производстве — ​инженер-конструктор, но скоро главными будут инженеры-расчетчики и системные инженеры. Сегодня схема такая: пять конструкторов разрабатывают и перерабатывают чертежи, стараясь придумать оптимальный вариант, их обслуживает один расчетчик, составляя на основе чертежа расчетную модель детали или узла. Через пять лет пропорция будет другая — ​пять специалистов в области компьютерного инжиниринга и один конструктор для оформления чертежа оптимизированной конструкции. Причем эскиз чертежа будет подготовлен на базе цифровой модели изделия, прошедшей многократные виртуальные испытания во всех режимах ­эксплуатации».

«Центротех» и СПбПУ, в частности вузовский Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Новые производственные технологии», сотрудничают уже несколько лет. Реализовали несколько проектов, связанных с оптимизацией сложных конструкций на основе технологии цифровых двойников. О том, что нужно готовить для себя молодых специалистов, в первую очередь по прикладной механике и цифровому инжинирингу, в «Центротехе» задумались, как только появилась первая версия единой цифровой стратегии «Росатома».

«Специализация, которая представляет для нас наибольший интерес, — ​компьютерное моделирование поведения конструкций с учетом всех физических процессов на всех этапах жизненного цикла изделия, — ​отмечает Алексей Глазунов. — ​У нас дефицит таких кадров. Можно брать сторонние компании на подряд, но есть чувствительные тематики, в которых необходимо иметь собственных специалистов. Очень сложно представить и понять, что происходит с конструкцией при комплексном воздействии разных факторов. Как правило, в таких случаях традиционно применяется метод проб и ошибок. Проводим расчетные оценки, изготавливаем опытный образец, а он работает не так, как нужно, или не работает вообще. Делаем шаг назад, находим предполагаемую ошибку и изготавливаем новый образец. Для сложных конструкций таких попыток может быть много, что ведет к увеличению сроков и стоимости разработки. Раньше по-другому было невозможно, сегодня снизить стоимость ошибки конструктора помогают компьютерные расчетные методики моделирования физико-механических процессов на единой цифровой платформе ­управления».

Среди студентов магистратуры по цифровому инжинирингу много участников всероссийской олимпиады «Я — профессионал»

Технологию создания взаимосвязанных расчетных методик в Центре компетенций НТИ отрабатывают на реальных проектах. Один из знаковых — ​проект «Кортеж» по созданию автомобилей представительского класса для первых лиц страны. По требованию заказчика это не должны были быть копии иностранных моделей, но качество должно было соответствовать продукции лидеров мирового рынка.

Традиционное производство автомобилей проходит в несколько этапов: сначала конструкторы разрабатывают модель, технологи — ​технологию производства, затем изготавливается опытный образец, который испытывают на полигоне, чтобы выявить проблемные зоны. Исходя из результатов краш-теста конструктор дорабатывает конструкцию, технолог вносит изменения в процесс производства автомобиля — ​и таких операций может быть десятки, даже сотни. Чем больше, тем выше себестоимость разработки и опытного производства, что отразится на итоговой цене автомобиля. Специалисты Центра компетенций НТИ практически все натурные испытания перенесли в виртуальную среду. Они создали цифровую платформу разработки и применения цифровых двойников CML-Bench. Ее первая версия в 2017 году была отмечена национальной промышленной премией «Индустрия».

«Для испытаний на виртуальных стендах и полигонах создают цифровые модели изделий или их деталей и технических узлов, — ​говорит проректор по перспективным проектам СПбПУ, руководитель Центра компетенций НТИ Алексей Боровков. — ​Разработка строится на основе матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, которых может быть несколько сотен или десятков тысяч. Требования и целевые показатели часто конфликтуют между собой. Нужно построить множество траекторий проектирования, чтобы исключить конфликты. Мы применяем технологии оптимизации: многопараметрические, многодисциплинарные, многокритериальные, топологические, топографические. Финальные решения лежат за гранью интуиции и опыта генерального конструктора. Результаты виртуальных испытаний не должны отличаться от результатов реальных испытаний больше чем на 5 %. Цифровой инжиниринг экономит время, снижает себестоимость разработки и позволяет обосновать получение высоких, ранее недостижимых технических и потребительских характеристик».

Технология цифровых двойников универсальна, она годится для высокотехнологичного производства в любой сфере, начиная с автомобилестроения и заканчивая нефтегазовым сектором. Инженеры Центра компетенций НТИ выполнили несколько заказов и для предприятий «Росатома»: разработали цифровые двойники оборудования для системы очистки бурового раствора, ТВС для реакторов ВВЭР‑1000 с антидебризным фильтром и перемешивающими решетками. Сейчас создают цифровой двойник испытательного реакторного стенда. Все эти наработки помогут в обучении студентов магистерской ­программы.

В «Центротехе» много разных производств: от фильтров и газовых центрифуг ​до 3D-принтеров и установок по производству металлических порошков. Инструменты цифрового инжиниринга, и в первую очередь технология цифровых двойников, постепенно будут внедряться по всем направлениям работы «Центротеха» и других предприятий ТВЭЛ.

«В самых продвинутых наших продуктовых направлениях появились первые цифровые двойники узлов и изделий. И наши аппетиты в этом плане только растут. Основное направление развития — ​внедрение цифровых технологий для автоматизации управления полным жизненным циклом изделий. У нас много интересных продуктовых вариантов, молодым и амбициозным инженерам готовы предложить фактически безграничную самореализацию», — ​резюмирует Алексей Глазунов.