Российское двигателестроение на пути цифровых инноваций
Объединенная двигателестроительная корпорация, реализующая сегодня ряд проектов, которые во многом определят будущее российской гражданской и военной авиации (программы ПД-14, ПД-35, двигатель второго этапа для истребителя пятого поколения и другие) связывает будущее отрасли и конкурентоспособность отечественных силовых установок в первую очередь со всесторонним внедрением инноваций в разработку и производство, в структуру корпоративного управления. Среди основных направлений инновационного развития холдинга можно выделить: цифровизацию, трансформацию производственной системы в соответствии с концепцией «Фабрики будущего», внедрение передовых производственных технологий. Ведется активное взаимодействие с системными интеграторами и стартапами, институтами развития и фондами. Подобная работа проводится как на площадках федерального уровня (крупнейший стартап-акселератор России GenerationS), так и на уровне регионов — конкурс-акселератор «Большая разведка».
В «цифровой» сфере ОДК внедряет передовые решения в проектировании, производстве, послепродажном обслуживании своей продукции. Сформированная единая информационная платформа, единые стандарты обмена цифровыми данными в разработке продуктов уже сегодня позволяют двигателестроительным предприятиям корпорации эффективно взаимодействовать по таким проектам как ПД-14, ВК-2500 и т.д. Большое значение имеет внедрение технологий «цифровых двойников» в двигателестроении, которые не только сокращают сроки изготовления, но и снижают стоимость жизненного цикла изделия, способствуют расширению возможностей в повышении тактико-технических и эксплуатационных характеристиках создаваемых продуктов.
Прекрасную возможность ознакомиться с ходом инновационного развития Объединенной двигателестроительной корпорации предоставляют как выставки МАКС и HeliRussia, так и проводимый раз в два года в Москве Международный Форум Двигателестроения (МФД) и ежегодный рыбинский Международный технологический форум «Инновации. Технологии. Производство». Ключевой площадкой для регулярной работы с научным сообществом, включая отраслевые научно-исследовательские институты и институты РАН, ОДК определен новосибирский форум «ТЕХНОПРОМ».
«Цифровые двойники»
ОДК следует в русле общемировой тенденции внедрения так называемых «цифровых двойников». Это должно позволить предприятиям холдинга войти в число мировых лидеров двигателестроительной отрасли в области внедрения передовых технологий проектирования. «Цифровой двойник» — обучаемая система, состоящая из комплекса математических моделей разного уровня сложности, уточняемая по результатам натурных экспериментов, и позволяющая получить первый натурный образец изделия, соответствующий требованиям технического задания, а также предсказывающая его поведение на всем жизненном цикле. В результате применения данной технологии работа по разработке и освоению в производстве газотурбинного двигателя серьезно сокращается. В частности, технология позволит добиться прохождения сертификационных и государственных испытаний проектируемого газотурбинного двигателя с первого раза, сократить время цикла разработки изделий на 15-20%, увеличить точность численного моделирования и снизить затраты на проектирование разрабатываемых изделий.
В сентябре 2019 года ОДК подписала основополагающее соглашение о сотрудничестве в области создания «цифровых двойников» с Центральным институтом авиационного моторостроения имени П.И. Баранова. Соглашение было подписано заместителем генерального директора — генеральным конструктором АО «ОДК» Юрием Шмотиным и генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым в рамках новосибирского VII международного форума технологического развития «ТЕХНОПРОМ-2019». Ключевыми направлениями сотрудничества сторон являются: формирование, совершенствование и практическое использование отраслевой базы знаний для валидации результатов виртуальных испытаний; валидация математических моделей и методик численного моделирования, применяемых для создания «цифровых двойников» ГТД; использование вычислительных ресурсов и сервисов ЦИАМ для решения задач ОДК; организации обучения работников ОДК и формирование компетентностного профиля специалистов, задействованных в решении задач численного моделирования и создании «цифровых двойников» ГТД.
В рамках новосибирского VII международного форума технологического развития «ТЕХНОПРОМ-2019» было подписано соглашение о сотрудничестве в области создания «цифровых двойников». Соглашение подписали заместитель генерального директора — генеральный конструктор АО «ОДК» Юрий Шмотин и генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин
«Современные вызовы требуют от нас, чтобы конкурентоспособные двигатели создавались и выводились на рынок не за 10-15 лет как раньше, а быстрее. Заключенное сегодня соглашение — это важный, стратегический этап на пути расширения сотрудничества ОДК и ЦИАМ», -заявил в ходе церемонии подписания соглашения заместитель генерального директора — генеральный конструктор АО «ОДК» Юрий Шмотин.
«Наше сотрудничество в области использования цифровых, компьютерных технологий, открывающих новые возможности, должно привести к совершенствованию методов создания двигателей и достижению результатов, ожидаемых заказчиками от ОДК в отношении сроков и финансовых средств», - отметил, со своей стороны, генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин.
Другим этапным событием в стратегической работе ОДК по направлению «цифровых двойников» стало подписание соглашения на VI Ежегодной национальной выставке «ВУЗПРОМЭКСПО-2019» с Московским авиационным институтом (национальным исследовательским университетом). МАИ будет заниматься подготовкой кадров и решением задач численного моделирования в рамках проектов по созданию «цифровых двойников» газотурбинных двигателей в интересах предприятий ОДК.
В рамках соглашения планируется внедрение рабочих проектов ОДК в образовательные программы МАИ, открытие новых программ для сотрудников корпорации, совместные научно-исследовательские работы, практика студентов на предприятиях. Обучение будет строиться на реальных задачах, поступающих от ОДК: представители МАИ будут производить расчеты и математические модели, необходимые для создания «цифровых двойников» газотурбинных двигателей.
Завершаются работы по первому этапу внедрения «цифровых двойников» на московском Производственном комплексе «Салют» АО «ОДК». Ожидается, что технология позволит добиться прохождения сертификационных и государственных испытаний проектируемого газотурбинного двигателя с первого раза, сократить время цикла разработки изделий на 15-20%, увеличить точность численного моделирования и снизить затраты на проектирование разрабатываемых в ОКБ АО «ОДК» изделий
Работы по внедрению технологий «цифровых двойников» активно ведутся во всем контуре Объединенной двигателестроительной корпорации. Так, в марте этого года холдинг сообщил, что первый этап внедрения технологии завершается в московском Производственном комплексе «Салют» АО «ОДК». Специалистами были подготовлены и интегрированы с цифровой платформой используемые в ОКБ методики математического моделирования, каждая из которых соответствует определенным этапам проектирования двигателя.
В декабре в ОДК рассказали, что специалистами Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» по заказу санкт-петербургского АО «ОДК-Климов» завершен первый этап проекта по разработке «цифрового двойника» турбовинтового двигателя ТВ7-117СТ-01 (предназначен для регионального авиалайнера Ил-114-300), в рамках которого разработаны виртуальные испытательные стенды и полигон двигателя, интегрированные в экспертную систему. В будущем это позволит снизить массу отдельных деталей до 50%.Техническая часть была направлена на решение задачи по снижению массы авиационного двигателя, организационная — на выстраивание новых производственных процессов по принципам работы цифровых и «умных» фабрик. В проекте помимо Политехнического Университета Петра Великого участвовали Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов и Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова.
Двигатель ТВ7-117СТ-01 оптимизируется с применением технологии «Цифровой двойник»
ОДК и СПбПУ в конце 2018 года подписали дорожную карту сотрудничества «Технет НТИ — ОДК», предусматривающую взаимодействие в области создания и оптимизации «цифровых двойников» двигателей, проведения испытаний на виртуальных испытательных стендах, цифрового моделирования технологических процессов, разработки корпоративных образовательных программ, развития компетенций цифрового проектирования и решения других задач. Как заявил тогда руководитель Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», лидер-соруководитель рабочей группы «Технет» НТИ Алексей Боровков, в планах – создание глобально конкурентоспособной высокотехнологичной продукции нового поколения.
Передовые цифровые решения
В феврале 2019 года Объединенная двигателестроительная корпорация подписала соглашение о сотрудничестве в области проведения расчетов и решения других задач математического моделирования в газотурбинном двигателестроении с ФГУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук» (ИПМ им. М.В. Келдыша РАН). Стороны взаимодействуют по проведению расчетов (в т.ч., виртуальных испытаний) по направлениям аэроакустики, течения в турбинах при низких числах Рейнольдса, моделирования процессов в современных камерах сгорания, звукопоглощающих конструкциях и др. Среди важных элементов сотрудничества- создание и развитие совместной базы знаний, проведение научно-практических мероприятий на тему достижений в области математического моделирования.
«Одна из основных задач на сегодня — это на этапе разработки газотурбинного двигателя при проектировании его деталей и систем получать заданные характеристики уже при первом эксперименте. Без серьезных расчетов, являющихся очень важным дополнением к натурным испытаниям, добиться этого невозможно», - сказал Юрий Шмотин.
Технология электронного макета помогает специалистам ОДК при сборке авиадвигателей
«Мы не являемся коммерческой организацией и не предлагаем массовый программный продукт. Мы делаем штучные разработки, но именно это позволяет обеспечить научно-технологический прорыв, а именно — уходить от пакетов, которые зачастую отражают состояние науки вчерашнего дня, и выходить на новый уровень эффективности и конкурентоспособности», - отметил заместитель директора ИПМ им. М.В. Келдыша РАН по научной работе Андрей Афендиков.
Для обеспечения реализации курса на цифровизацию Объединенная двигателестроительная корпорация применяет самые передовые программные продукты. Так, совместно с Госкорпорацией «Росатом» и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» (Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики) ведется работа по внедрению отечественного семейства программных продуктов ЛОГОС. Соответствующая дорожная карта была подписана в ходе VI Международного технологического форума «Инновации. Технологии. Производство» в Рыбинске.
Дорожная карта направлена на сотрудничество в области применения программных продуктов ЛОГОС для решения основных классов задач в проектировании авиационных двигателей, связанных с моделированием физических процессов, включая моделирование течения жидкости и газа, процессов теплообмена и прочностной анализ.
По словам Юрия Шмотина, совместная работа позволит создавать конкурентоспособные продукты двигателестроения с использованием CAE-решений российских математиков, программистов и инженеров.
Пакет программ инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования ЛОГОС разработан в Институте теоретической и математической физики РФЯЦ-ВНИИЭФ (ИТМФ) и является отечественным продуктом мирового уровня, предназначенным для комплексного математического моделирования с использованием ресурсов современных супер-ЭВМ.
Аддитивное производство
Одно из наиболее динамично развивающихся направлений «цифрового» производства, которое позволяет применить новый подход к созданию изделия, сократить количество деталей конструкции и их стоимость – это аддитивные технологии (АТ). Освоение АТ консолидированно ведется на всех предприятиях ОДК. Первопроходцами изначально являются рыбинское ПАО «ОДК-Сатурн» и пермское АО «ОДК-Авиадвигатель».
В то же время 2019 год принес новости о старте значимых проектов на ряде предприятий. На «аддитивный» путь вступило самарское ПАО «Кузнецов». В эксплуатацию была запущена самая большая в России установка прямого лазерного выращивания из порошковых металлических материалов. Созданное в РФ оборудование позволяет производить детали до 2,5 м в диаметре. Заказчиком работ выступило Министерство высшего образования и науки Российской Федерации, исполнителем — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, индустриальным партнером — ПАО «Кузнецов». Команда специалистов университета создала для предприятия технологию высокоскоростного прямого лазерного выращивания крупногабаритных узлов и деталей из порошковых жаропрочных и нержавеющих металлических материалов, а также разработала для этого процесса необходимое оборудование.
Аддитивные технологии — одно из наиболее динамично развивающихся направлений «цифрового» производства, которое позволяет применить новый подход к созданию изделия, сократить количество деталей конструкции и их стоимость
Новая технология ПАО «Кузнецов» заключается в возможности выращивания «с нуля» на одном станке крупногабаритных корпусных деталей. Процесс напоминает послойное создание деталей по 3D модели. Струя металлического порошка подается на заготовку, а лазерный луч разогревает порошок, что приводит к его сплавлению.
Роботизированная установка прямого лазерного выращивания крупногабаритных заготовок для деталей авиационных двигателей с помощью аддитивных технологий в 2019 году введена в строй в уфимском ПАО «ОДК-УМПО». Оборудование разработано и изготовлено специалистами Института лазерных и сварочных технологий Санкт-Петербургского государственного морского технического университета в рамках реализации совместного проекта с ПАО «ОДК-УМПО». Оно является на сегодняшний день самым крупногабаритным и совершенным в линейке аддитивных установок, разработанных в СПбГМТУ. Комплекс позволяет выращивать заготовки для деталей авиационных двигателей диаметром более двух метров.
ИТ-управление из единого центра
В конце 2019 года в целях осуществления Объединенной двигателестроительной корпорацией единой технической политики в области информационных технологий на базе ПАО «ОДК-Сатурн» был организован центр компетенции АО «ОДК» по управлению ИТ-услугами. Проект прошел путь от пилотной стадии до этапа практической реализации в АО «ОДК» и на всех предприятиях холдинга.
К задачам общекорпоративного центра компетенции относятся централизация функций, унификация и стандартизация процессов, организация методологического и информационно-технического обеспечения управления ИТ-услугами в АО «ОДК» и предприятиях холдинга. Еще одной важной составляющей работы центра является сбор статистики, анализ работы подразделений и аудит процессов для оценки и повышения эффективности управления ИТ-услугами.
На базе ПАО «ОДК-Сатурн» создан центр компетенции АО «ОДК» по управлению ИТ-услугами
«Общие подходы вырабатываются в рамках унифицированных правил и методик. Управление ИТ-услугами организовано на базе единой информационной системы Naumen Service Desk. Специалисты центра компетенции обеспечивают ее бесперебойное функционирование, качественное выполнение услуг по обработке обращений пользователей в заданные сроки. В части методологического обеспечения на всех предприятиях корпорации идет внедрение регламентов управления ИТ-услугами или ИТ-сервисами. Проект активно трансформируется, чтобы, реализуя онлайн-инструменты, стать ближе к пользователям и более гибким в управлении», — отметил директор по информационным технологиям АО «ОДК» Вячеслав Христолюбов.
Цифровизация программы ПД-14
Программа новейшего российского гражданского авиационного двигателя ПД-14 фактически стала первым проектом, получившим от Фонда развития промышленности (ФРП) заем по программе «Цифровизация промышленности». В 2019 году Наблюдательный совет ФРП одобрил заем в объеме 500 млн рублей для ПАО «ОДК-УМПО». Средства предназначены для реализации проекта «Создание единого информационного пространства для поддержки и планирования производства» в рамках освоения производства узлов ПД-14.
Одним из цифровых решений проекта должно стать внедрение системы планирования и учета производственных операций с применением машиночитаемой кодировки сопроводительных документов, деталей и сборочных единиц ПД-14 вместе с переходом на ERP-систему (система управления ресурсами предприятия) нового поколения. Это позволит получать актуальную и оперативную информацию о ходе выполнения производственной программы, оптимизировать бизнес-процессы и повысить эффективность управления качеством продукции.
ПД-14 в зале подготовки на загородной испытательной станции АО «ОДК-Пермские моторы»
«Мы разработали программу «Цифровизация промышленности» для того, чтобы помочь промышленным предприятиям с внедрением программных и технологических решений и оптимизацией производственных процессов. На решение этих задач ФРП предоставляет займы по ставке 5% годовых, а в случае, если заемщик использует отечественное программное обеспечение или привлекает в качестве исполнителя российского системного интегратора, ставка составит 1%», — заявил председатель Наблюдательного совета ФРП, Министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров.
Как сообщала ОДК, проект будет реализован к концу 2021 года, результат планируется тиражировать на другие виды продукции ОДК-УМПО и на другие предприятия ОДК.
Цифровые технологии в лопаточном производстве
Под занавес 2019 года на базе ПАО «ОДК-Сатурн» начало работу крупнейшее в России производство лопаток газотурбинных двигателей. Инвестиции в проект составили более 3 млрд рублей. Данное инновационное производство позволит ежегодно выпускать компоненты более чем для двух тысяч авиадвигателей — российских и зарубежных. К 2024 году производительность Центра должна вырасти в семь раз — на его мощностях планируется выпускать порядка 800 тысяч единиц продукции, в том числе для зарубежных партнеров.
Цифровая составляющая – ключевая в этом новом масштабном проекте.
«Лопатка турбины — один из самых наукоемких и сложных в изготовлении компонентов газотурбинных двигателей для авиации, морских судов, энергетики. Такую продукцию производят только шесть стран в мире. Она требует сложнейших расчетов при проектировании и очень высокой точности в изготовлении. Новые цифровые технологии, внедренные на предприятии ОДК, позволяют получать продукцию мирового уровня. При этом точность производства возрастает на 30%, себестоимость лопаток снижается на 50%, сокращаются на 40 % трудозатраты. Проект, без преувеличения, выводит российское двигателестроение на новый уровень и позволяет претендовать на лидирующие позиции в этом высокотехнологичном сегменте», — заявил первый заместитель генерального директора Госкорпорации Ростех Владимир Артяков.
Крупнейшее производство лопаток газотурбинных двигателей в Рыбинске на базе ПАО «ОДК-Сатурн». Осмотр продукции нового производства
«Трансформация индустриальной модели путем создания центров производственной компетенции (ЦПК) является основным проектом ОДК по повышению конкурентоспособности и эффективности деятельности корпорации. Всего предполагается создание 25 таких центров. Сегодня в ОДК-Сатурн мы открыли один из крупнейших центров компетенции «Лопатки турбины». Очень важно, что это производство сертифицировано по международным стандартам и может работать в составе цепочек по созданию как российских, так и зарубежных двигателей», — отметил генеральный директор АО «ОДК» Александр Артюхов.
В литейном цехе ОДК-Сатурн была внедрена инновационная технология — монокристаллическое литье в керамические формы по выплавляемым моделям.
Tech Net Contest
ОДК ведет масштабную работу по поиску и привлечению передовых производственных технологий (в первую очередь, цифровых). В этих целях в сентябре 2019 года корпорация, Ассоциация разработчиков и эксплуатантов передовых производственных технологий (Ассоциация «Технет») и Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого в рамках форума «ТЕХНОПРОМ» в Новосибирске подписали соглашение о сотрудничестве в части проектирования, организации и проведения технологического конкурса в области передовых производственных технологий Tech Net Contest.
Конкурс направлен на поиск в России компетентных команд специалистов, способных решать задачи в области цифрового проектирования и моделирования, а также других сквозных цифровых технологий. Он представляет собой серию совместных мероприятий Ассоциации «Технет», выступающей в качестве оператора конкурса, Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ, выступающего как Стратегический партнер и АО «ОДК», являющегося ключевым индустриальным партнером и автором идеи конкурса, а также других индустриальных и академических партнеров.
Целями конкурса являются: оценка реального уровня компетенций технологических команд, работающих в области цифрового проектирования и моделирования в РФ; составление «матрицы» компетенций по специализированным направлениям в области передовых производственных технологий; поиск компетентных технологических партнеров для академических и индустриальных партнеров; предоставление возможность технологическим командам работать в проектах крупных заказчиков и встраиваться в их производственные и кооперационные цепочки.
Фото предоставлены АО «ОДК»