Жизнь в цифре
Техника становится всё сложнее и совершеннее, а сроки её создания должны сокращаться. «Быстрее, качественнее, дешевле», — слышит от клиентов производитель любой современной техники. От аэрокосмического сектора требуется ещё больше: к привычным требованиям прибавим «надёжнее» и «безопаснее».
Производителю и эксплуатанту приходится управлять растущим количеством данных. Не секрет, что на протяжении десятилетий создатели авиатехники были на переднем крае технологических инноваций, и сегодня, чтобы выйти в лидеры рынка или стать новыми игроками, им необходимо сделать качественный рывок вперёд в области цифровизации на всех этапах жизненного цикла продукта. Это касается не только производителей летательных аппаратов, но и других участников кооперации. Среди технологических трендов на первом месте стоит создание единой цифровой среды для каждого из этапов формирования добавленной стоимости — от проектирования до управления цепочкой поставщиков, производства и послепродажных сервисов.
БЫТЬ В ТРЕНДЕ
Ещё в 2019 году более 80% руководителей мировой аэрокосмической отрасли признавали, что конкурентоспособность компаний напрямую зависит от того, насколько быстро и эффективно они внедрят новые цифровые инструменты, позволяющие в реальном времени управлять жизненным циклом изделия по всей цепочке создания добавленной стоимости, но только четверть из них уже использовали такие продукты.
Можно ли игнорировать очевидные тренды? И где, как не в университете совместно с индустрией, искать лучшие решения? Так, один из ключевых проектов, реализуемых Московским авиационным институтом в соответствии с моделью своего развития в рамках программы «Приоритет-2030», направлен на формирование новой цифровой среды разработки, сертификации, производства и эксплуатации авиационной и ракетно-космической техники на протяжении всего жизненного цикла.Перед специалистами МАИ были поставлены амбициозные задачи: сокращение сроков реализации программ в два раза, а стоимости разработки и сертификации авиационной техники — в полтора раза за счёт повышения качества продукта и уменьшения времени на испытания.
Важно отметить, что комплексный проект МАИ не претендует на замену существующего IT-ландшафта в компании. Он направлен исключительно на интеграцию IT-решений в общую среду и сфокусирован на разработке и внедрении недостающих математических моделей, которые бы обеспечивали предприятиям эффективное решение задач по созданию новых изделий.
В 2022–2023 годах в рамках проекта специалисты МАИ сосредоточились на ключевых технологических направлениях, отражающих потребности индустрии. Это совершенствование процесса разработки и производства, математическое моделирование для сокращения и оптимизации программ испытаний, расширение применения математического моделирования для сертификации авиационной техники, оптимизация эксплуатации композиционных конструкций и программ обслуживания техники.
В 2022 году МАИ участвовал в реализации всех крупнейших программ авиастроительной отрасли. В настоящее время в разработке находятся проекты:
- цифровая платформа весового проектирования;
- комплексная расчётно-экспериментальная прочность;
- цифровое дело изделия;
- развитие системы автоматизированной регистрации параметров технологических процессов на базе технологии цифрового двойника и цифрового паспорта;
- электромагнитная совместимость;
- расчётно-экспериментальное сопровождение эксплуатации и другие.
НОВАЯ РЕАЛЬНОСТЬ: ИСПЫТАНИЯ ЗА ТРИ ГОДА ДО ПОЯВЛЕНИЯ САМОЛЁТА?
Чтобы методы математического моделирования давали такие же достоверные результаты, как и натурные испытания, чтобы было возможным сочетание более подробных моделей и более сложных методов оптимизации, необходимы новые подходы.
— Для подтверждения эксплуатационных характеристик современной техники, сложность которой постоянно растёт, необходимо проводить всё больше натурных экспериментальных работ, — говорит и. о. директора дирекции института № 1 «Авиационная техника», начальник НИО-101 МАИ Дмитрий Стрелец. — Если двигаться по такому пути, то через какое-то время нам не будет хватать ни времени, ни денег. В связи с этим активно ищутся новые пути для того, чтобы сократить количество испытаний, сроки и стоимость разработки, обработки и хранения информации.
Одним из актуальных направлений является развитие применения математического моделирования, но в отличном от традиционного виде.
— Сегодня мы говорим о том, что возможно начать испытания за три года до появления натурного образца. Использование математического моделирования сокращает сроки и стоимость, позволяет оптимизировать программы испытаний и повышает конкурентоспособность создаваемой техники, — отмечает Дмитрий Стрелец.
ЦИФРОВАЯ ПЛАТФОРМА ВЕСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Целью проекта является разработка и внедрение на предприятиях высокотехнологичных отраслей промышленности программно-информационной среды решения задач проектирования, анализа и контроля веса изделия для повышения качества и сокращения сроков и стоимости проектирования, производства и сертификации авиационной техники.
— Разработанный комплекс позволяет выявлять отклонения массы изделия и управлять ими, сокращать сроки расчёта распределения массово-инерционных характеристик, формирует пакет статистических данных для анализа весового совершенствования разрабатываемого летательного аппарата, —отмечает Дмитрий Стрелец.
В 2022 году первая лицензия была поставлена в ПАО «ОАК», началось тестовое внедрение на других предприятиях авиационной промышленности (ПАО «Ил», КнААЗ им. Ю.А. Гагарина и др.), прорабатываются соглашения с предприятиями космической отрасли (АО «ЦНИИмаш», АО «РЕШЕТНЁВ»).
— Данный проект актуален для всех предприятий, производящих высокотехнологичные изделия, где массово-инерционные характеристики являются одним из ключевых критериев, определяющих совершенство готового продукта. Поэтому, помимо авиационной промышленности, интерес к этому проекту проявляют космическая отрасль, судостроение и другие, — говорит эксперт.
КОМПЛЕКСНАЯ РАСЧЁТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ
В рамках проекта «Комплексная расчётно-экспериментальная прочность» МАИ сотрудничает с предприятиями ПАО «ОАК». В ходе работы впервые была решена задача, объединяющая несколько дисциплин: аэродинамику, прочность и вопросы, связанные с оптимизацией параметров системы управления.
— Обычно все эти задачи решаются отдельно. Это приводит к завышению внешних нагрузок, которые определяются на начальном этапе расчётным путём, занижению скорости наступления флаттера, завышению порогового значения энергии необнаруживаемого ударного повреждения, — рассказывает Дмитрий Стрелец. — Всё это даёт низкую весовую эффективность, крыло получается «перетяжелённым».
Разработанное решение позволило снизить аэродинамические нагрузки на 10–12%: расчётный вес консоли крыла уменьшился более чем на тонну, что для самолёта является достаточно важным критерием.
В то же время, как отмечает Дмитрий Стрелец, подход универсален: его можно использовать не только в гражданской авиации, но и в других областях, где значимую роль играет вопрос снижения аэродинамических нагрузок.
ЦИФРОВОЕ ДЕЛО ИЗДЕЛИЯ
Целью проекта «Цифровое дело изделия» является разработка и внедрение на предприятиях информационной системы, позволяющей накапливать, хранить и управлять технологическими данными, возникающими на этапе производства, для обеспечения контроля качества, снижения трудоёмкости и временных затрат на обработку данных (доступ к данным 24/7).
Актуальность проекта связана с разнообразным IT-ландшафтом предприятия. Та информация, которая необходима для формирования электронного формуляра изделия, может храниться на предприятии в разных системах. Проект позволяет собрать информацию из разных систем и сформировать электронный формуляр на каждый конкретный борт, где будут отражены его особенности, комплектация, техпроцессы. В него также вносятся изменения, которые происходят в процессе эксплуатации. Плюс проект решает вопросы информационной безопасности путём работы с цифровой подписью.
— На предприятиях вся информация может находиться в разных системах, а где-то вообще в бумажном виде. Поэтому организация среды, агрегирующей информацию из разных систем, сегодня очень актуальна, — отмечает Дмитрий Стрелец.
Планируется внедрение продукта на ведущих предприятиях авиационно-космической отрасли.
РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ РЕГИСТРАЦИИ
Работа по проекту «Развитие системы автоматизированной регистрации параметров технологических процессов на базе технологии цифрового двойника и цифрового паспорта» выполнялась в интересах АО «НПО Энергомаш». Для реализации технологии был выбран один из наиболее сложных процессов — гальваническое производство.
Результатом стало повышение качества продукции за счёт обеспечения соответствия фактических параметров требованиям рабочей документации, обеспечение автоматизации сбора и контроля параметров техпроцессов, обеспечение системы управления качеством.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Актуальность проекта «Электромагнитная совместимость» заключается в том, что вся современная электроника стремится к микронизации и глубокой интеграции, что приводит к уменьшению токов и напряжений. А из-за роста объёма и скорости обмена информацией увеличиваются ширина спектра рабочих частот токов и доля неметаллических материалов в конструкции. Большая плотность размещения мощных источников и потребителей энергии не позволяет устраивать защиту в виде электромагнитных экранов или специальных защитных устройств, поэтому методы моделирования электромагнитной совместимости, вопросы молниезащиты требуют особого внимания и развития.
РАСЧЁТНО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Проект «Расчётно-экспериментальное сопровождение эксплуатации» актуален на этапе, когда самолёт уже передан в эксплуатацию в авиакомпанию. С целью снижения уровня авиационных происшествий требуется оперативное регулирование со стороны разработчиков касательно, например, грубой посадки, выкатывания за пределы взлётно-посадочной полосы, наезда на препятствие, посадки с боковой перегрузкой и так далее. Эксплуатанту нужно знать, что будет дальше с самолётом в случае превышения показателей, прописанных в техдокументации.
Для этого разработчику нужно иметь инструментарий, который позволял бы ему достаточно оперативно аккумулировать все эти вопросы и выдавать соответствующие рекомендации.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ
Помимо всего перечисленного, необходимо совершенствовать нормативную базу, разрешающую применение результатов математического моделирования в качестве доказательства характеристик летательного аппарата наряду с экспериментом.
— Здесь есть три аспекта, — уточняет Дмитрий Стрелец.— Первый, методический, касается внесения изменений в существующую нормативную базу с целью расширения применения методов математического моделирования для сертификационных испытаний. Второй, организационно-технический, подразумевает, что все изменения должны быть погружены в единую информационную среду для обеспечения сквозного процесса разработки, производства, испытаний и эксплуатации авиационной техники. И третий — коммерческий аспект. Более широкое применение методов математического моделирования позволит существенно сократить сроки и стоимость проводимых испытаний, что в итоге обеспечит конкурентоспособность создаваемого продукта.
НОВАЯ СРЕДА — НОВЫЕ ПРОФЕССИОНАЛЫ
Совершенно очевидно, что широкомасштабное внедрение новых цифровых инструментов приведёт к изменению кадрового ландшафта в индустрии, повышая спрос не только на IT-специалистов, но и на представителей инженерных и других специальностей, умеющих анализировать данные в новой цифровой среде. Эти изменения — вызов для авиационной индустрии. Она вступает в конкуренцию за кадры с IT-лидерами. Если в IT-компаниях порядка 62% сотрудников обладают необходимыми в современных условиях цифровыми навыками, то в мировой аэрокосмической индустрии этот показатель составляет лишь 30%.
МАИ понимает стоящие перед отраслью задачи и наряду с новыми техническими решениями в области создания единой цифровой среды предлагает образовательные программы, позволяющие готовить молодых специалистов и осуществлять переподготовку уже работающих в отрасли людей.
Совместно с ИСП РАН реализуется магистерская программа «Технологии суперкомпьютерного моделирования и оптимизации сложных технических систем».
— Уникальность программы состоит в том, что на входе мы имеем специалистов с двумя базовыми образованиями: IT и инженерия. В процессе обучения среда, которая образуется, позволяет им обогащать друг друга. В результате на выходе мы получаем комплексных специалистов, — отмечает Дмитрий Стрелец.
С целью подготовки кадрового резерва для программы CR929, выполняемой ПАО «ОАК» и китайской авиастроительной корпорацией COMAC, совместно с Шанхайским университетом Цзяо Тун реализуется комплекс программ бакалавриата и магистратуры, на которых в настоящее время обучаются 49 студентов из РФ и более 120 из КНР.
При участии специалистов по полимерным композиционным материалам в 2022 году на базе института № 14 «Передовая инженерная школа» МАИ была открыта магистратура «Комплексное проектирование и сертификация композитных конструкций».
В 2022 году в рамках проекта «цифровая кафедра» была сформирована программа профессиональной переподготовки «Цифровое моделирование и суперкомпьютерные технологии», первыми слушателями которой стали более 500 студентов. На её базе разработаны и реализованы программы дополнительного профессионального образования: «Искусственный интеллект: основы, методы машинного обучения, формирование выборки данных», «Численные методы и алгоритмы решения прикладных задач».
Также МАИ проводит для студентов весеннюю школу «Математическое моделирование», в которой участвуют компании со своими задачами.
— В МАИ всё нацелено на то, чтобы готовить тех специалистов, которые живут в рамках философии будущего и способны быть лидерами изменений, — говорит Дмитрий Стрелец.
Понятно, что в современном мире, где новые технологии ежечасно меняют ландшафт нашей жизни, мы не можем позволить себе останавливаться на достигнутом. Облик Аэрокосмической индустрии 4.0 подразумевает внедрение таких технологий, как аддитивное производство, искусственный интеллект, блокчейн, анализ данных, математическое моделирование, AR и VR и интернет вещей. МАИ ведёт работу по всем этим направлениям, решая задачу комплексно: параллельно создавая самые передовые цифровые решения для отрасли и адаптируя образовательные программы под существующие и перспективные задачи.
Анна Солдатова, Ольга Каюкова
