цифровой инжиниринг это что такое
Цифровая инженерия — катализатор развития промышленности
Объединяя цифровые, физические и виртуальные сферы, цифровая инженерия и передовые технологии способствуют переосмыслению методов разработки и производства продуктов. Продвигаясь в этом направлении, цифровая инженерия приводит нас к созданию интеллектуальных продуктов, услуг и технологических подходов следующего поколения, которые повышают ее ценность для конечного пользователя.
Ни у кого нет сомнения в том, что технологии влияют на нашу жизнь, меняя не только ее стиль, но и наш образ поведения. В сфере промышленности преобразование на основе цифровых технологий называют четвертой промышленной революцией, или «Индустрией 4.0» (Industry 4.0), которая, согласно определению, представляет собой прогнозируемое событие — массовое внедрение киберфизических систем в производство и повседневность.
Однако ускоренное внедрение в жизнь и бизнес только того, что просматривается на текущий момент развития цифровизации, — это всего лишь верхушка айсберга. Еще никогда в истории человечества жизнь и ее качество, причем не только в самых развитых странах, не менялись так быстро. Каждый день появляются все новые и новые научные и инженерно-технические разработки и, соответственно, новые области их применения. Большинство этих новых приложений возникает благодаря растущей вычислительной мощности, быстрым каналам подключения, дешевому хранилищу данных и высокопроизводительным датчикам. По данным Gartner, в 2020 г. во всем мире, с высокой степенью вероятности, будет использоваться 20,4 млрд подключенных устройств. Причем это касается всех без исключения отраслей, включая автомобилестроение, производство промышленной продукции, высокие технологии, энергетику, коммунальные услуги и многое другое.
Цифровизация позволяет выполнять индивидуальные настройки производственного процесса и удовлетворять конкретные потребности клиентов, предлагая им более чем одно решение. Среди преимуществ для конечных пользователей — простота реализации и использования, а также интерактивность. С таким подходом клиенты сразу видят основные предлагаемые продукты и быстрее разграничивают их характеристики.
Цифровая инженерия, безусловно, играет важную роль при правильной реализации цифровизации и служит путем для улучшения и трансформации традиционных процессов, а также ускорения изменения технологического ландшафта. Помимо того, что цифровая инженерия позволяет собирать данные для совершенствования бизнеса, она также служит мостом, который объединяет процессы, происходящие в реальном времени, с цифровым сегментом управления производственными и технологическими процессами в индустрии.
Что такое цифровая инженерия
Цифровую инженерию можно рассматривать как общую технологическую концепцию, которая позволяет развивать интеллектуальную подключенную экосистему, направленную на повышение качества обслуживания и оптимизацию функций предприятия. Благодаря комбинированию цифровых, физических и виртуальных сфер [2] становятся доступны новые способы разработки и производства продуктов для конечных потребителей.
С ростом числа научных исследований и конструкторских разработок, а также, соответственно, их инженерных реализаций цифровая инженерия способствует созданию интеллектуальных продуктов и услуг следующего поколения (рис.).
Рисунок. Путь к цифровой инженерии.
Изображение предоставлено компанией L&T Technology Services Ltd.
Сфера применения цифровой инженерии охватывает весь жизненный цикл продукта, включая этап концептуального планирования, проектирование и производство продуктов, а также мониторинг (включая встроенную инфраструктуру) в течение жизненного цикла услуги.
По словам экспертов, поставщики из разных секторов ИТ-сферы стремятся оптимизировать платформы и хотят, чтобы они поддерживали все возможные функции, а вот пользователю нужен уникальный набор функций, которые могут адаптироваться к меняющимся потребностям. Соответственно, оцифровка данных и их перевод в сервис становятся все более важными, а получение больших объемов данных (так называемых больших данных с соответствующей аналитикой) из различных источников стало необходимым для создания ощутимой коммерческой ценности. Это стремление создать ценность для бизнеса и способствовать экспоненциальной цифровой трансформации вызывает интерес у лидеров инженерных исследований и разработок во всем мире.
Исчезновение границ
За последние три десятилетия ИТ-инфраструктура значительно улучшилась, и это цифровое преобразование оказало значительное влияние на все без исключения организации и предприятия. Однако быстро, буквально на глазах, меняющееся будущее требует трансформации нового вида, охватывающей не только ИТ, но и инжиниринг, который позволит персонализировать и оптимизировать взаимодействие с пользователями за счет цифровых и других прорывных технологий.
Традиционный разрыв между «верхним этажом» и цехом, то есть между управленцами и производственным персоналом, стирается из-за новых компонентов систем управления и оборудования, подключенных к «Интернету вещей» (Internet of Things, IoT). Это подключение может мгновенно обеспечить самую глубокую видимость любого процесса с любого места не только предприятия, а даже всего мира. Внедрение «умных технологий» в цеха производственных предприятий повышает эффективность производства и сокращает общие затраты. Это и есть одна из главных составляющих успеха цифровой инженерии.
Помимо систем управления производственными процессами (Manufacturing Execution System, MES), основу для интеллектуальных фабрик обеспечивают службы управления производственными активами. Под этими активами сейчас понимается совокупность машин, оборудования, зданий и сооружений, а также персонала, то есть всего того, что участвует в производстве продукта и создании добавленной стоимости. Такие системы контролируют инфраструктуру, которая снабжает заводы энергией и обеспечивает бесперебойную работу производственных линий. Только в последние несколько лет технологические и коммерческие причины вынудили компании работать через операционные технологии (OT) и обеспечили их конвергенцию, или, говоря простым языком, слияние с ИТ [1]. Интеграция OT и ИT привлекательна тем, что помогает избежать разделения технологических областей и области менеджмента и ответственности. Объединение процесса и информационного потока открывает множество возможностей, особенно в том случае, когда к «Интернету вещей» подключается все больше устройств.
Цифровизация: проблемы и возможности
На пути цифровизации, как и в любом другом начинании, существуют определенные трудности. Поскольку цифровая инженерия находится на ранней стадии развития, многие предприятия пытаются масштабировать уже имеющуюся инженерию до желаемого уровня и тем самым оказать положительное влияние на бизнес, повысив прибыль производства (что и является конечной целью любого предприятия). Изменения в управлении следует соотносить с усилиями по цифровому проектированию, поскольку это может привести к модификациям на уровне организации.
При оценке финансовых возможностей цифровой инженерии необходимо увязать изменения структуры управления с конкретной утвержденной бизнес-целью, чтобы гарантировать успех проекта. Учитываемые параметры могут включать выпуск продукта, достижение заданного уровня качества и обеспечение устойчивости производства, обусловливаемые каким-либо рычагом — людьми, процессами или технологиями. Меры, предпринимаемые цифровыми инженерами, по-прежнему ориентированы на человека. Искусственный интеллект, алгоритмы машинного обучения, IIoT и все остальные футуристические технологии должны затрагивать жизнь и способствовать созданию устойчивого и инклюзивного общества. Соответственно, успех трансформации методом цифровой инженерии следует измерять по возврату стоимости, а не только по возврату инвестиций.
Наконец, поскольку организации концентрируются на данных, долгосрочные преимущества цифрового инжиниринга должны выходить за рамки бизнес-аналитики и способствовать достижению показателей, лучше поддающихся количественному определению, например, таким как снижение затрат на проведение инвентаризации.
Долой однообразие
Цифровая инженерия разрушает границы между физическим и цифровым мирами. Эти технологические концепции могут выступать в роли катализатора и рулевого колеса, помогать устранять однообразные и повторяющиеся процедуры и таким образом максимизировать рентабельность и повышать эффективность. Хотя это направление еще находится на ранней стадии развития, все технологические гиганты уже осознали ту большую роль, которую цифровая инженерия сыграет для будущего клиентов и бизнеса. Революция цифровой инженерии уже на пороге и в ближайшие годы будет только набирать обороты.
Цифровой инжиниринг
Цифровой инжиниринг — это комплекс услуг цифрового организационно-технологического дизайна и оптимизации производственно-логистических процессов и режимов работы оборудования.
Основа цифрового инжиниринга — глубокое понимание взаимосвязей физических процессов, происходящих в изделии или продукте на всех этапах жизненного цикла и умение рассчитать их взаимное влияние на измеряемые характеристики.
Применение цифровой информационной модели в качестве инструмента сопровождения проекта на всех стадиях жизненного цикла позволяет:
Возможность контроля процесса реализации проекта в режиме «on-line» с помощью цифровых моделей дает возможность упростить работу проектной команды на всех этапах экспертизы и сопровождения проекта, повысить безопасность инвестиций и эффективность мониторинга инвестиционной фазы.
Содержание
[править] Типы цифровых двойников
Цифровой двойник изделия (DT1) — аналог физического объекта в цифровой среде, созданный на основе взаимосвязанных математических моделей физических процессов, протекающих в объекте, на основе выполнения десятков тысяч виртуальных испытаний в специальном образом организованном процессе [2]
Цифровой двойник производства (DT2) — учет технологических особенностей производственных процессов в цифровом двойнике изделия в рамках единой цифровой модели
«Умный» цифровой двойник первого уровня (SDT1) — объединение цифрового двойника объекта/продукта (DT1) и цифрового двойника производства (DT2) в рамках единой цифровой модели
«Умный» цифровой двойник второго уровня (SDT2) — объединение «умного» цифрового двойника объекта/продукта (SDT1) и данными о фактических условиях эксплуатации(SDS) в рамках единой цифровой модели
«Умная» цифровая тень (SDS) изделия/продукта формируется на основе «умной» модели, которая адекватно описывает поведение реального объекта/продукта на всех режимах эксплуатации (пуски и остановы, нормальные условия работы и отклонения от нормальных условий, аварийные ситуации и пр.).
[править] Мировой рынок цифрового инжиниринга
Технология «цифровых двойников», совмещающая в себе промышленный Интернет вещей и цифровое моделирование, во многих странах (США, Япония, Германия, Франция) активно внедряется на всех стадиях жизненного цикла продукции — от разработки до эксплуатации. По прогнозу консалтинговой компании Gartner, к 2021 г. примерно половина крупных промышленных компаний в мире будет использовать данную технологию. Внедрение «цифровых двойников» для моделирования и оценки различных сценариев позволит сократить количество отказов оборудования в среднем на 30 %, считают эксперты компании PTC.
В большинстве развитых стран действуют национальные стратегии и программы цифровизации экономики и общества. Их цели и задачи в целом схожи, но несколько отличаются подходы к реализации стратегий. Часть инициатив встроена в более широкую наднациональную научно-технологическую и инновационную повестку. Так, стратегии цифрового развития Германии (Digital Strategy 2025) и других стран ЕС согласуются с общеевропейской цифровой повесткой (OECD, 2017).
[править] Рынок цифрового инжиниринга в России
Сегодня этому в значительной способствует запуск Российской программы «Цифровая экономика Российской Федерации», внимание государства к ускоренному внедрению цифровых технологий и включение этой тематики в число приоритетных направлений развития до 2024 г. согласно Указу № 204.
В качестве примера использования цифрового инжиниринга можно привести опыт АО «Вертолеты России». В рамках реализации концепции цифровой трансформации АО «Вертолеты России» внедряют комплекс цифровых технологий в конструкторско-технологическую подготовку (системы трехмерного проектирования). Важное место отводится имитационному моделированию процессов производства. [5] [нет источника]
Компания [неопределённость] активно использует в своей работе PLM-систему. В частности для разработки вертолетной техники используются решения NX и Teamcenter компании Siemens. Благодаря использованию технологии ошибки исправляются на ранних стадиях проектирования и во время испытаний не происходят поломки. Кроме того, удалось повысить качество создаваемых 3D-моделей, сократить сроки электронного согласования конструкторской документации и снизить количество конструкторских ошибок. При этом компания стала меньше тратить средств на доработку своей техники для серийного производства.Шаблон:Насколько [нет источника]
ПАО «УАЗ» реализует трансформацию производственной деятельности на основе концепции «Цифровая платформа УАЗ», в рамках которой осуществляется разработка принципиально новой платформы внедорожника 2020. Компания запустила проект по внедрению технологий цифровой фабрики для проектирования и производства продукции с целью поддержки стратегии нишевого производителя для глобальных рынков. Основными цифровыми решениями являются система управления жизненным циклом продукции (PLM), цифровое проектирование продуктов и технологических процессов (CAD/CAM/CAE), системы управления производственными процессами (MES) и Интернет вещей. При реализации цифровой трансформации приоритетом является обеспечение кибербезопасности систем и развитие информационной инфраструктуры в целом (Источник: концепция «Цифровая платформа УАЗ» [7] ).
В России одним лидером в области цифровых технологий является госкорпорация «Росатом». Правительство России наделило ее статусом центра компетенции в рамках федеральной программы «Цифровая экономика Российской Федерации».
В Росатоме принята единая цифровая стратегия сроком до 2030 года. В соответствии с ней госкорпорация будет создавать собственные цифровые продукты, добиваться эффектов от реализации своих цифровых проектов и заниматься разработками в области квантовых вычислений.
Активно цифровые технологии развивает топливная компания Росатома «ТВЭЛ». Компания до 2022 г. Намерена вложить 350 миллионов рублей в научные исследования по созданию новой продукции с помощью инструментов цифрового инжиниринга. Реализуются цифровые проекты в области оперативного контроля и управления производством тепловыделяющих сборок (ТВС) для энергетических реакторов и их комплектующих на Новосибирском заводе химконцентратов. Выполняются цифровые проекты в области закупочной деятельности, планирования и учета ремонтов на предприятиях дивизиона, в области кибербезопасности.
Одним из ярких примеров применения цифровых технологий является создание топливной компанией системы очистки буровых растворов с использованием цифрового двойника изделия. Были разработаны и проанализированы более 100 вариантов конструкции изделия. Созданный образец по своим показателям превзошел зарубежные аналоги. Такой параметр вибросита как ускорение достиг 9g вместо целевого значения в 7g. Кроме того, был спроектирован вариант изделия с пиковым ускорением в 10g и мобильный вариант конструкции с возможностью транспортировки (источник: портал «ГИС-Профи» [8] ).
АО «ЦПТИ» (г. Москва) первым в атомной отрасли создал цифрового двойника ядерно- и радиационно-опасного объекта (ЯРОО) с использованием цифровых технологий на площадке радиохимического завода АО «СХК» (г. Северск, Томская область) в рамках проекта по выводу ЯРОО из эксплуатации. В ходе работы была получена актуальная информация об объекте и воссоздан путем применения инструментов 3D-моделирования цифровый двойник ЯРОО. Также была проведена работа по интегрированию данных радиационного обследования зданий и оборудования в цифровую модель, что в дальнейшем позволит точно оценить объемы РАО. Созданная цифровая модель радиохимического завода по своей сложности, содержанию и масштабу является первым в атомной отрасли опытом реализации проекта по выводу с использованием цифровых технологий и может составить конкуренцию лучшим мировым практикам. [нет источника]
Вебинар Цифровой инжиниринг и цифровой инженер – расшифровка
НИЯУ МИФИ
ИНЖЕНЕРЫ БУДУЩЕГО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ЭКОНОМИКИ
Вебинар состоялся 20 февраля 2020 года
Гости: заместитель директора ВИШ МИФИ Михаил Георгиевич Жабицкий и заместитель начальника управления АО «Атомтехэнерго» Валерий Евгеньевич Мельников.
Ведущая: Ольга Бойко
Техническое сопровождение: Владислав Баранов, лаборатория мультимедийных технологий НИЯУ МИФИ.
Ведущий: Добрый день. Сегодня мы начинаем цикл вебинаров от Высшей инжиниринговой школы НИЯУ МИФИ. Наши вебинары будут посвящены цифровым компетенциям современного инженера, инновационным технологиям и направлениям их развития.
Появление новых технологий и текущая цифровая трансформация сервисов и инфраструктур повлекли за собой возникновение новой терминологии. Мы уже знаем такие слова как «цифровые платформы», «цифровые двойники», есть еще такие непонятные, как «цифровые нити», более известен «интернет вещей», «нейронные сети» и «искусственный интеллект», BIM и PLM системы. Есть еще много интересных слов – «порождающее проектирование» – их можно услышать на современных инновационных предприятиях. Со временем эти термины станут такими же привычными, как полвека назад людей перестало удивлять слово «кибернетика».
На сегодняшнем вебинаре мы поговорим о том, что такое цифровой инжиниринг, что такое сложный инженерный объект и его жизненный цикл, кто такой цифровой инженер, чем он занимается на своём рабочем месте, как этому научиться и где.
У нас в гостях заместитель директора Вышей инжиниринговой школы НИЯУ МИФИ и преподаватель Михаил Георгиевич Жабицкий, и заместитель начальника управления «Атомтехэнерго» Валерий Евгеньевич Мельников.
Давайте сразу начнём. Как можно объяснить «цифровой инжиниринг», что такое «инжиниринг» вообще, и почему он цифровой?
Жабицкий М.Г.: Давайте я начну. Постараюсь не слишком заумно и академично. Идея в том, что у нас есть треугольник, состоящий из научной деятельности, второе базовое понятие – непосредственно производство, и, соответственно, у этого треугольника есть объединяющий угол, который собственно и организует взаимодействие науки с производством и использование самых передовых и продвинутых инструментов в производстве, приходящих из науки. Организацию всей деятельности на стыке науки и производства, базирующуюся на новых инновационных прорывных технологиях, можно упрощённо назвать инжинирингом. Вы, наверное, слышали термин «Четвертая промышленная революция». Вот современный цифровой инжиниринг – это деятельность, базирующаяся не просто на каких-то расчетах и формулах, а именно на цифровой среде, рожденной в последние десятилетия или даже годы в сфере цифровой трансформации, цифрового преобразования всей нашей жизни, от больших производственных систем, включая коммунальное хозяйство, транспорт, и так далее, и заканчивая индивидуальными включениями каждого из нас через компьютер, смартфон, цифровой телевизор и прочие гаджеты.
Сфера деятельности, сфера охвата, направления и фокуса цифрового инжиниринга – цифровая трансформация технологии и экономики.
Мельников В.Е.: Исторически сложилось, что атомная энергетика – одна из наиболее передовых и продвинутых отраслей нашего народного хозяйства и включает в себя достаточно много интересных объектов, которые в дальнейшем мы будет называть сложными инженерными объектами, участвующими в производстве изначально электрической энергии, работающими с делящимися материалами. Объектами, включающими в себя различные аспекты такой интересной деятельности, как прикладная физика, радиоактивность, химия, сопротивление металлов… На данном этапе современное развитие – четвертая промышленная революция – вывело нас на новые уровни, а именно: применение различных возникших цифровых инструментов. Речь идет не только о самих компьютерах и аппаратно-программном комплексе, который приобретает новые формы.
Развитием этого будет следующий шаг, к которому которые мы идём – искусственный интеллект. Ну и как часть этого развития, вот этот вот инжиниринг – понимание процессов, происходящих на таких объектах, их сути, и увязывание этого понимания в комплексное всеобъемлющее решение, включающее в себя все аспекты жизнедеятельности объекта. Это уже больше относится к системной инженерии. Понимание процессов и непосредственное участие в организации этих процессов будет самым интересным в вашей жизни.
Ведущий: Давайте я немного попробую упростить. Вот обычный инженер, с гаечным ключом, как на картинках из детских книжек, подходит к объекту, пусть даже это сложный объект, и он знает, как он устроен – из деталей, механизмов, скажем так, внешних материальных объектов. А цифровой инжиниринг – это то, как устроен сложный инженерный объект на уровне данных. Можно так сказать?
Жабицкий М.Г.: Да, это, наверное, основная характеристика. Мы опосредуем наше взаимодействие, нашу работу с соответствующей инженерной системой, через данные, через среду передачи данных. То есть мы, во-первых, знаем, что там происходит, а, во-вторых, управляем тем, что там происходит.
Ведущий: Мы подобрали изображения сложных инженерных объектов. На слайде вы видите истребитель, буровую платформу, современное судно, космическую ракету…
Жабицкий М.Г.: Собственно, если говорить про определение, то «сложный инженерный объект» – это техническая система, включающая в себя много подсистем и объединяющих функций для выполнения единой целевой основной функции. Самолёт летает, ракета выводит полезную нагрузку в космос, на буровой платформе производится высокотехнологичное подводное бурение, и так далее.
Ведущий: На втором слайде у нас город, трактор, компьютер и … духи. Валерий Евгеньевич, я слушала ваши лекции, где вы рассматривали духи тоже как сложный объект.
Мельников В.Е.: Нужно внести небольшие коррективы. Сложный инженерный объект включает в себя не только материальные ценности и их связи внутри себя, а еще участие человека, как снаружи, так и внутри этого объекта. Духи, конечно, никакой не сложный объект. Но это результат деятельности именно сложного инженерного объекта – фабрики по производству этого продукта. А вот уже считать ли продукт жизнедеятельности сложного объекта «сложным объектом» – это конечно, следующий вопрос. Наверное, нет. Но вот именно технология производства духов, и все вопросы, с ним связанные, очень интересны для инженера. Вот представьте себе – вы не сможете до конца спрогнозировать те свойства, которые вы закладываете, когда придумываете запах. А как он будет себя вести дальше? А как мы сможем выразить цифрами качества духов? Это интересные вопросы, которые ставятся жизнью, и которые толкают на то, чтобы посмотреть, как это делать. Я думаю, что курсы, которые мы пытаемся читать, основы, которые закладываются, позволят каким-то образом приходить и к этим вопросам.
Ведущий: Где начинается понятие «сложный инженерный объект»? Сколько должно быть процессов, данных? Какого он должен быть размера? Наверное, нет такого определения…
Мельников В.Е.: На самом деле системная инженерия дает некие определения, но устоявшегося, окончательно принятого понимания – нет. Допустим, микропроцессоры и микропроцессорная техника – это сложный инженерный объект? Конечно сложный. И сколько там всего применяется, и для чего, и чтобы это всё работало… Размер маленький, а по составу – огромный. В тоже время мы берём буровую установку. Сложный инженерный объект? Конечно, сложный. Тут больше пока интуитивное понимание. Есть аспекты, которые четко прописывают связь с внешней средой, с внутренней средой, более подробно эти вещи рассматривается при прочтении курсов, достаточно глубоко надо погружаться. Я думаю, практически любой предмет, окружающий нас, кроме разве что этого стола, можно оценивать, как сложный инженерный объект.
Ведущий: Давайте поговорим о людях. Есть такое понятие – «цифровой инженер». Является ли оно просто популярным или отражает какие-то функции человека? Что этот инженер делает на своем рабочем месте, на сложном инженерном объекте?
Жабицкий М.Г.: Инженер может работать не только на сложном инженерном объекте. Он может выполнять обработку каких-то вполне простых инженерных объектов, но деятельность его – именно системна. Деятельность классического инженера тоже вполне системна и встроена в жизненный цикл обслуживаемых, изготовляемых, конструируемых, проектируемых объектов. Но тем более неотвратима вот эта системность в том, что мы называем деятельностью цифрового инженера. Базовые знания, базовые законы физики, химии, математики – они работают, и ими владеет и современный инженер, и владел инженер XIX века. Конечно, в меньшей степени, далеко не всё было тогда известно. А вот способ, которым оперирует цифровой инженер с реальностью, с производством, с обслуживанием, с ремонтом и в конце концов с утилизацией – он вполне инновационный. Такой способ появился в последние десятилетия, а в такой концентрированной сущности – в последние годы, и это – работа через данные.
Мельников В.Е.: Есть такое интересное понятие, которое носит, наверное, несколько философский характер – дата-центричность, к которому происходит переход от документо-центричности. Люди чуть постарше помнят, кто работал 20 лет назад, и даже 10 лет назад, и до сих пор многие работают на основании документов, которые выражены в каких-то там актах, чертежах и всем остальном. Новый подход, подход цифрового инжиниринга – это уход от бумажного носителя, переход именно к data, к цифре. Когда вы убираете промежуточную составляющую и переходите к реализации, без воплощения на бумаге. Это и есть цифровизация, которая позволяет сократить многие процессы проектирования. Как философский вопрос, это изменение –осознание того слоя инженеров, которые пока привыкли работать так. Новое поколение студентов – у них уже совершенно другое мировоззрение. Им для понимания процессов и для реализации этих процессов уже не нужны бумаги, они сразу работают в цифре. Но это, мне кажется, больше философское изменение подходов к трудовой деятельности.
Ведущий: Вот на этом слайде у нас тоже сложный инженерный объект, Воронежская атомная станция Мы видим, что она состоит из множества совершенно разных по характеру, по назначению, по внешнему виду сооружений. Построена достаточно давно…
Жабицкий М.Г.: Это как раз вторая, замещающая, была построена только что.
Ведущий: Значит, как раз над ее созданием в том числе работали и так называемые цифровые инженеры, или инженеры данных. Они разрабатывали концепцию внутренней системы, не деталей, а связей…
Жабицкий М.Г.: Давайте мы расскажем, потому что это наша непосредственная любимая тема – проектирование и вообще жизненный цикл инженерного объекта. Атомная станция – замечательный пример для обсуждения этой концепции. Сначала мы определяем, что мы хотим получить. Мы имеем атомную станцию определенной мощности, которую от нас требует экономика, с определёнными свойствами безопасности, которую от нас требует всё что угодно, начиная от законодательства, учитывая в том числе радиофобию населения и просто здравый смысл. Нам же на ней тоже бывать и работать, она у нас в каком-то смысле рядом с домом, какие-то четыре сотни километров от Москвы… Дальше мы формируем требования – достаточно большие сложные таблицы, связывающие параметры разных протекающих технологических процессов, определяющие её связи и с внешней средой, и связи внутренние. Затем мы приступаем к проектированию, которое проходит в несколько этапов. Сейчас никто, как десятилетия назад, не рисует карандашом на бумаге, всё делается в специальных программных комплексах. Тех самых цифровых. Эта технология называется BIM-проектирование, то есть Building Information Model, единая информационная модель для всего объекта, включающего несколько десятков различных зданий – реакторную установку, турбинный цех, здания обращения с входящим и отработанным ядерным топливом, резервирования, системы безопасности и так далее. Всё это огромное хозяйство разбивается на технологические системы и всё равно включается в единую информационную модель. Один человек, какими бы серьёзными знаниями и огромной памятью он не обладал, не способен в голове удержать единую модель атомной станции. Раньше приходилось разбивать её на уровни, каждый уровень или блок отчерчивать по отдельности. А цифровая среда дала возможность объединить всё это в единую проектную систему, и работать с ней из разных мест коллективно, удалённо, на разных стадиях жизненного цикла, который после проектирования продолжается возведением, строительством, сооружением, пуском в эксплуатацию. Дальше, многие десятилетия – по нормативам сейчас 60 лет – станция работает и вырабатывает электроэнергию. Ну и наконец – мы же говорили про безопасность – по завершению работы энергоблоков нужно провести утилизацию, безопасным для населения и персонала образом. На всех этих стадиях начальная информационная модель сопровождает наш сложный объект. Это действительно сложный объект. Отдаленно сравниться по сложности может только, наверное, атомный авианосец или подводная лодка. Даже нефтеперегонные заводы, такие же большие по площади, всё-таки попроще. И наши студенты вот этой деятельности и учатся – работать с цифровыми моделями на всех этапах жизненного цикла самых сложных инженерных объектов. АЭС – это предел сложности, но технология применима к чему угодно, начиная от системы городского хозяйства, транспорта, производственных предприятий разной сложности, от небольшой лесопилки до предприятия по выпуску духов.
Ведущий: Вот приходит молодой специалист, только что закончивший вуз, на свое рабочее место, на сложный инженерный объект. В чем все-таки состоит его работа? Как выглядит его рабочее место? Что это – провода, компьютер, данные – как это происходит?
Мельников В.Е.: Это будет зависеть от того, до какой степени цифровизации дошло предприятие, на которое он пришёл, как оно себя позиционирует. Если это обычное предприятие, понятно, что нормальный человек возьмёт и гаечный ключ, изначально будет учиться работать гаечным ключом… Потом, по мере понимания, будет выходить на следующие уровни управления производством, не смысле управления персоналом, а управления технологическим процессом. Потом придёт уже и к управлению персоналом. Если ваше предприятие уже достигло определенного уровня цифровизации, тогда вы столкнетесь с другим набором. Да, вы работаете за компьютером, но вопрос в том, с чем вы работаете в компьютере… Если мы говорим о сложных инженерных объектах, то мы рано или поздно коснемся понятия «цифрового двойника». Цифровой двойник – это тот конечный продукт, который ставится целью процесса цифровизации, когда вы, помимо рабочего процесса, будете иметь «слепок», который максимально соответствует реальной действительности. Это будет цифровой двойник, на котором вы будете сначала просто отслеживать всё, что происходит в вашем производстве, а затем моделировать процессы, которые могут происходить на вашем производстве. И задача цифрового инженера – сравнение этих вещей. Потом мы придём и к предсказательной аналитике: сможем ли мы выполнять те или иные процессы и функции на нашем производстве. Наверное, в итоге это всё поднимет и безопасность, и понимание сути технологического процесса. Цифровой двойник рано или поздно приведёт к тому, что вы сможете одним взглядом смотреть на все ваше производство. Грубо говоря, берем мы атомный блок, самый простой. Понимание и воплощение цифрового двойника блока позволяет не сходя с места видеть все аспекты состояния вашего производства. Не только измерять температуру в одном месте, давление, расходы и все остальное, а глубже понимать, что происходит с вашим оборудованием. Если это завод, который производит продукт, вы сможете ежечасно, ежесекундно видеть, как происходит создание вашего продукта, будь то самолёт, машина, велосипед…
Ведущий: Чем отличается 3D-модель от цифрового двойника? Или симуляция от цифрового двойника?
Мельников В.Е.: Цифровой двойник – это динамическое отражение какого-либо объекта. Динамическое – потому что у вас есть обратная связь. Вы получаете информацию от реального объекта и можете ее рассматривать, ею управлять… В то же время у вас происходит накапливание данных, и тут можно прийти к понятию big data. Цифровой двойник (в идеале) позволяет полностью воспроизводить процессы, происходящие на вашем производстве. 3D, по большому счёту это …
Жабицкий М.Г.: Геометрическая модель…
Мельников В.Е.: И она не дает полного понимания процессов, происходящих в модели. Нет динамики.
Ведущий: Вы уже несколько раз сказали BIM-модель. Расскажите подробнее, что это?
Жабицкий М.Г.: Как я уже сказал, у нас всё здание, или блок зданий, или целый город «влезает» в одну модель. Причем это не просто взгляд сверху, как план города, снятый с вертолёта. Нет, вы можете по шагам «проваливаться». Что называется, по уровням раскрывать состав отдельных зданий, смотреть расположение оборудования, конструкции на разных его этажах, осматривать его с разных точек зрения. Ваши соответствующие программные средства автоматически выявляют то, что называется «коллизиями», несоответствиями в проекте. Например, идёт у вас труба с горячей водой, и вдруг она по ошибке проектировщика пересекается с колонной, на которой стоит потолок. Это и называется несоответствием. Когда разные люди делают разные системы, зачастую эти несоответствия выявляются на стадии строительства, и приходится принимать какие-то решения по обходу, и так далее. В BIM-проекте анализ работы разных групп специалистов, проектирующих строительные конструкции, трубопроводы, воздуховоды, разводку электрическую, силовую или слаботочную – все это сводится в единую модель. Производится автоматизированный анализ на коллизии – где и какие пересечения, где отсутствуют критические устройства. Понятно, что на трубопроводе концы должны быть закрыты заглушками, что не может быть каких-то систем электрических, не присоединённых к источнику питания, и так далее. Вот система BIM-проектирования и позволяет сводить работу разных групп специалистов воедино и проводить анализ. Зачем – ответ очень простой: повышение производительности труда и уменьшение количества ошибок, которые потом повлияют на качество работы. Именно поэтому во всём мире ведущие производственные компании применяют эту технологию. Сейчас соответствующие программные средства делаются на высоком технологическом уровне, просто потому, что это выгодно и полезно для потребителя.
Мельников В.Е.: Обратите внимание на слово «информационная модель». Это и есть главное – вы работаете с информацией. Мы создаем с вами информационную модель, включающую в себя максимальное количество информации, которое вы используете при проектировании. Сейчас идёт такая тенденция, что BIM-моделирование претендует на участие в жизненном цикле созданного продукта. Именно этап проектирования является началом формирование цифрового двойника. На этапе проектирования зданий и сооружений вы создаёте информационную модель, в которую будет входить уже и 3D модель. Хотя по большому счету BIM-модель может обойтись без 3D картинки.
Ведущий: То есть стоит человек перед пока еще зеленой лужайкой, на которой планируется строительство какого-то сложного инженерного объекта, предположим, завода. И целое сообщество людей разных специальностей, работающих разными инструментами, строят информационную модель. Вот была зеленая лужайка, вот происходит проектирование, закладка, вот завод, он функционирует, может, выбрасывает какие-то вещества, которые нужно утилизировать, все процессы занимают какое-то время. И вот через десятилетия завод заканчивает работать, утилизируется, и на этом месте снова возникает зеленая лужайка. Мы говорим, что цифровой двойник – это такая динамическая модель от идеи до утилизации?
Мельников В.Е.: Тут определяющее слово – двойник, а не модель. Вот модель – мы можем её с какими-то допусками делать, а двойник должен отвечать максимально тому, что происходит на его прототипе.
Жабицкий М.Г.: Ну вот Ольга Владимировна, собственно, применение BIM- проектирования описала вполне четко и понятно. И даже ещё раз описала понятие жизненного цикла сложного инженерного объекта. Но смотрите: мы с увлечением с вами разговаривали сейчас про технические и технологические особенности современной цифровой инженерии, а я предлагаю перейти всё-таки к тому, где мы этому можем научить и как мы можем помочь молодым людям стать цифровыми инженерами, про которых вы нас расспрашивали. Это сейчас одно из самых перспективных направлений деятельности, выбрав которую, вы будете иметь работу, интересную, помимо этого ещё и высокооплачиваемую, в высокотехнологичных сферах на предприятиях в России, а может быть и во всём мире.
Ведущий: Это как раз был следующий вопрос Какие предметы, курсы, дисциплины должны знать будущие инженеры данных и будущие проектировщики.
Ведущий: На следующем слайде мы видим расписание первого курса, второй семестр. Предметов меньше, чем на первом, больше времени посвящено практической работе. Предметы становятся более сложными – появляется интеллектуальный анализ данных, машинное обучение… Я знаю, что сегодня было второе занятие по интернету вещей. Какие ещё новые и современные дисциплины слушают студенты?
Жабицкий М.Г.: По этим направлениям – это разные виды работы с информацией, начиная от классического программирования и продолжая инструментами более высокого уровня. То, что можно назвать инфраструктурными знаниями – то есть архитектура, способы и принципы построения информационных систем. Это искусственный интеллект, когнитивные вычисления, облачные технологии, цифровое проектирование и конструирование как инструмент деятельности инженера, кроме этого – системный анализ и его использования в построении инженерных и информационных систем, облачные вычисления. То, что сейчас находится на самом острие технологических решений в мире. Я думаю, что такую концентрацию дисциплин, связанных с происходящей на наших глазах цифровой революцией, можно найти буквально в единицах университетов в мире. Не говоря уже про Россию.
Ведущий: Все эти новые дисциплины, как мне кажется, невозможно изучить теоретически – их нужно сразу проверять на практике, смотреть, как они работают.
Жабицкий М.Г.: Да и здесь интересно еще и наше взаимодействие с индустриальными партнерами. МИФИ – вуз, ориентирующийся в первую очередь на Росатом, но не только, соответственно, у нас в ВИШ МИФИ студенты с первого дня обучения (а учатся они у нас два года) выходят еженедельно на предприятие-партнер, АО ИК «АСЭ» (Атомстройэкспорт), который по всему миру строит атомные электростанции, входит в тройку мировых лидеров и уверенно борется за первые места в ней. Подход к обучению как раз основан на том, что лекции обязательно перемежаются не просто семинарами с листом бумаги и доской (таких занятий меньшинство), а с практическими работами над сложными информационными системами, которые называются цифровые лабораторные работы. А на предприятии, кроме доступа к их реальным информационным системам, наши студенты сразу же начинает работать над проектами, востребованными этим предприятием.
Ведущий: Примерно так это выглядит?
Жабицкий М.Г.: Это внешняя картинка. Больше интересно, что мы делаем проектные группы по направлениям, из студентов, работающих над задачами. Как правило, 4-6 человек работают над комплексной задачей. Не узкой задачей из учебника, а практической задачей, требуемой в ходе конструкторской деятельности, программирования, построения информационных систем и так далее. Ребята работают над этим в одном классе, возможна также распределённая работа над одним проектом, мы помогаем им, консультируем. И преподаватели МИФИ, и руководители, и консультанты со стороны индустриального партнера. И приходя потом на рабочее место, наш выпускник готов прямо сразу продолжать работу по тематикам, которые он освоил в ходе обучения. Это приводит и к повышению зарплаты, и к ускорению служебного роста, к более успешной карьере.
Ведущий: Вот у этих ребят – у них тоже BIM-модель?
Жабицкий М.Г.: Это как раз она, только она здесь неполная, только с точки зрения одного из инженеров, который проектирует трубную обвязку реакторного отделения энергоблока, его базовые модели. Это иллюстрация, выведенная в специализированной программной среде. Вы видите, что здесь есть только трубопроводы, не установлено оборудование, потому что оборудование устанавливает в это время параллельно с ним его коллега. А потом модель соберётся целиком. Много еще коллег, которые работают на этих моделях, потому что такой большое и сложное здание.
Ведущий: Современные модели можно переводить в виртуальную реальность…
Жабицкий М.Г.: Виртуальная реальность – это способ визуализировать объект. Человек лучше всего воспринимает информацию не через текст или таблицы, а через зрительные образы. У нас достаточно четко работает зрительное восприятие, и мы легко и просто можем с ним оперировать. Поэтому если у нас есть в инженерной, CAD-овской системе сделанный проект, мы можем его развернуть так, чтобы можно было на него смотреть с разных сторон, на специальных экранах и оборудовании, или надеть шлемы виртуальной реальности и ходить по нему при помощи виртуальных средств, и видеть коллизии (несоответствия требованиям), о которых я упоминал. Они могут быть не только в виде пересечений, а, например, может быть заложенный проход. Это очень удобно, эффективно и производительно обрабатывать в режиме виртуализации, когда вы в шлеме виртуальной реальности реально находитесь на производственном объекте.
Мельников В.Е.: Хотелось бы добавить. По тем контрактам, которые на данный момент заключались «Атомстройэкспортом» по сооружению атомных станций за рубежом – требования зарубежного партнера однозначны в представлении BIM-модели. То, чему мы обучаем наших студентов – теперь это законодательно (сначала должна быть поставлена модель), это звучит уже примерно с конца 20 века. Почти все основные страны ввели понятие BIM-модели в свою национальную законодательную базу. Мы не только хотим – мы обязаны это делать. Учить наших студентов и специалистов умением обращаться с BIM-моделями, BIM-проектированием. Ну и как развитие – AR, VR.
Ведущий: На последнем слайде как раз изображены те специальности и направления, которые востребованы в современных высокотехнологичных областях. Это инженерия данных и системная инженерия сложных технических систем и объектов. Мы сегодня чуть-чуть коснулись понятия цифрового двойника, немного поговорили о том, что такое BIM-модели, затронули виртуальную реальность… Пока еще совершенно не трогали дополненную реальность, которая находит всё больше и больше практическое применение, мы не затронули интернет вещей, разве что терминологически, искусственный интеллект только обозначили… Вот обо всех этих направлениях мы поговорим на наших следующих вебинарах. Сейчас у нас уже заканчивается время, и если у кого-то из наших зрителей появились вопросы – есть одна минута, чтобы их задать. Если у вас вопросы появиться после просмотра этого видео, вы можете писать комментарии, мы постараемся на них ответить. Ну, пожелайте что-нибудь будущим инженерам данных, системным инженерам, всем специалистам, работающим в условиях цифровизации.
Жабицкий М.Г.: Я вам желаю интересной жизни. Более того, я это делаю, совершенно уверенный в том, что именно её вы и получите. А первый шаг – приходите к нам учиться, и мы сделаем шаг в это ваше интересное и успешное будущее.
Мельников В.Е.: Я надеюсь, этот шаг мы будем делать вместе. У нас много интересного впереди. Пятая промышленная революция…