СПбПУ: CML-Bench Платформа по разработке цифровых двойников

Основные статьи:

• САПР Системы автоматизированного проектирования
• Цифровой двойник (Digital Twin of Organization, DTO)

2025: Интеграция с пакетом программ «Логос»

В цифровую платформу по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench, разработанную Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого, был интегрирован пакет программ инженерного анализа «ЛОГОС». Интеграция позволит расширить функциональное применение обоих продуктов на рынке отечественного программного обеспечения для математического, компьютерного и суперкомпьютерного моделирования сложных изделий и физико-механических процессов. Об этом 4 июня 2025 года сообщила пресс-служба Передовой инженерной школы "Цифровой инжиниринг" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

𝓲

Фото: cml-bench.ru

По информации компании, «ЛОГОС» – линейка цифровых продуктов для математического моделирования и инженерного анализа, относится к программному обеспечению класса САЕ (Computer-Aided Engineering). «ЛОГОС» создан на основе многолетних разработок Госкорпорации «Росатом», которые с 2009 года проводит ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». С помощью продуктов «ЛОГОС» инженеры могут моделировать процессы гидрогазодинамики, распространения тепла в твердом теле, тепловой конвекции, переноса излучения, решать линейные и нелинейные задачи механики деформируемого твердого тела, определять поля деформаций и напряжений (напряженно-деформированное состояние), исследовать вопросы прочности и механики разрушения конструкций, а также взаимодействие физико-механических процессов и изделий между собой (решение мультидисциплинарных задач). «ЛОГОС» включен в Единый реестр российского программного обеспечения и баз данных для ЭВМ Минцифры России и применяется в высокотехнологичных отраслях, включая авиастроение, судостроение, тяжелое машиностроение, ракетно-космическую отрасль, энергетику / атомную энергетику, сферу промышленного строительства и пр.

Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench уже используется рядом отечественных предприятий высокотехнологичной промышленности и вузов для проведения цифровых испытаний, в процессе разработки и оптимизации сложных изделий и конструкций, для разработки цифровых двойников изделий. Интеграция с таким широко распространенным, и в то же время многофункциональным программным комплексом, как «ЛОГОС», позволит пользователям обоих продуктов повысить качество и скорость расчетов благодаря бесшовной передаче и управлению цифровыми моделями и данными, созданными с помощью модулей платформы «ЛОГОС». Кроме того, «ЛОГОС» используется и в образовательной деятельности – студенты Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» уже успешно применяют «ЛОГОС» для обучения и в рамках реализации проектов. Например, многие из наших магистрантов активно осваивали с помощью «ЛОГОСа» основы вычислительной механики и цифрового инжиниринга в атомном машиностроении в летней школе ООО "Центротех-Инжиниринг". прокомментировал Алексей Боровков, потенциал проведенной интеграции проректор по цифровой трансформации СПбПУ, главный конструктор по ключевому научно-технологическому направлению развития СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг», руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»

На Цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench, были интегрированы следующие программные модули «ЛОГОС»:

• «ЛОГОС Прочность» – модуль, обеспечивающий решение широкого спектра задач в области механики деформируемого твердого тела; функциональные возможности модуля охватывают задачи статической, динамической и вибрационной прочности.
• «ЛОГОС Тепло» – модуль, позволяющий решать задачи теплопроводности, излучения и фазовых переходов в твердых телах и неподвижных средах.
• «ЛОГОС Аэро-гидро» – модуль для решения задач гидрогазодинамики, содержащий набор моделей для моделирования однофазных потоков, что позволяет моделировать сжимаемые и несжимаемые, до-, сверх- и гиперзвуковые течения, ламинарные и турбулентные потоки; в модуле также реализовано моделирование многофазных потоков и течений со свободной поверхностью, возможно моделирование процессов горения и тепломассопереноса, а также решение задач аэроакустики.
• «ЛОГОС ПреПост» – программный инструмент, обеспечивающий полный цикл подготовки и обработки расчетной модели – от подготовки геометрии, создания расчетной сетки, задания начальных параметров и граничных условий, до визуализации результатов расчета.

Назначение "Логоса" состоит в проведении инженерного анализа и математического моделирования физических процессов в высокотехнологичных изделиях и системах в интересах разных отраслей промышленности. Пакет программ "Логос" направлен на достижение импортонезависимости и технологического лидерства РФ за счет повышения эффективности проектирования и создания высокотехнологичных изделий на основе внедрения технологий цифровых двойников и цифровых испытаний. рассказал Рашит Шагалиев, заместитель директора-заместитель научного руководителя ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», член-корреспондент РАН

Цифровая платформа CML-Bench с интегрированными модулями «ЛОГОС» позволит команде инженеров ПИШ СПбПУ применять разработку ГК «Росатом» с максимальной продуктивностью, поскольку используются возможности распараллеливания и доступности решения задач в режиме «умной очереди», а также обработки результатов и формирования матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Таким образом, при решении, например, задач гидрогазодинамики в связке с платформой «ЛОГОС» цифровая платформа CML-Bench становится эффективным инструментом для разработки и применения CFD-моделей (Computational Fluid Dynamics – численный метод анализа гидродинамических процессов, который позволяет исследовать поведение потоков жидкостей и газов в различных условиях и с разной геометрией), в том числе и в FSI постановке (Fluid – Structure Interaction – взаимодействие «жидкость-конструкция»).Известные пранкеры Вован и Лексус поделятся лайфхаками с ИБ-директорами на TAdviser SummIT 27 ноября 7.4 т

Специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» уже активно используют пакет программ «ЛОГОС» для решения инженерных задач в интересах высокотехнологичной промышленности, в частности в атомной, авиационной и космической отраслях, в двигателестроении, энергомашиностроении и нефтегазовом машиностроении.

Развитие Цифровой платформы CML-Bench и создание на ее основе отраслевых технологий системного цифрового инжиниринга ведется в рамках ключевого научно-технологического направления СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг» (КНТН-1).

2024: Применение технологии цифровых двойников в железнодорожном машиностроении

Специалисты Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (НЦМУ СПбПУ) впервые применили методы цифрового инжиниринга и технологию цифровых двойников в разработке элементов подвижного состава железнодорожного транспорта. Работа ведется на базе российской разработки – цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench. Об этом 15 марта 2024 года сообщили представители СПбПУ.

𝓲

Фото: СПбПУ

Как сообщалось, существующие методики расчетов в железнодорожном машиностроении были разработаны еще в середине XX века на основе опытных данных. Они имеют достаточную качественную сходимость (результаты компьютерного моделирования качественно совпадают с поведением реального объекта) для уже существующей техники, однако для разработки техники зачастую эти методики оказываются неэффективными, так как не учитывают множество факторов, связанных с особенностями материалов и конструкций, предполагаемых режимов и условий эксплуатации подвижного состава.

В основе технологии цифровых двойников лежит матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, позволяющая учитывать множество факторов, что сложно сделать без применения передовых цифровых технологий, математического и компьютерного моделирования на основе моделей с высоким уровнем адекватности реальным материалам, конструкциям и эксплуатационным режимам. Высокотехнологичная промышленность развивается именно в этом направлении, так как мы все больше переносим процесс разработки промышленных изделий в цифровое пространство и поэтому очень своевременным стало утверждение Правительством РФ стратегического направления в области шифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности, которое впервые вводит понятие цифровой сертификации как специализированного бизнес-процесса, основанного на тысячах и десятках тысяч цифровых (виртуальных) испытаний как отдельных компонентов, так и системы в целом, целью которого является прохождение с первого раза всего комплекса натурных, сертификационных и прочих испытаний. объяснил практическую значимость применения методов цифрового инжиниринга в железнодорожном машиностроении проректор по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, руководитель Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» Алексей Боровков

Специалисты Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» СПбПУ разработали архитектуру цифрового двойника экипажной части локомотива и создали математические и компьютерные модели составных частей тележки локомотива. Также инженеры создали более 40 виртуальных испытательных стендов и виртуальный испытательный полигон для многочисленных цифровых испытаний и проверок соответствия элементов конструкции матрице требований и целевых показателей, предложили применить методы анализа видов и последствий потенциальных отказов конструкции и методы расчета стоимости жизненного цикла конструкции, основываясь на информации, генерируемой с помощью цифрового двойника изделия.

Кроме того, специалисты НЦМУ СПбПУ разработали другие подходы для проведения расчетных проверок методами мультидисциплинарного компьютерного моделирования и систему обмена данными между моделями, а также программные модули для сбора и обработки результатов моделирования на цифровой платформе CML-Bench (R).

Применение технологии цифровых двойников и российского программного обеспечения позволяет оптимизировать положительный экономический эффект по критериям качества, скорости и стоимости разработки. На март 2024 года в результате оптимизации достигается результат по обоснованному снижению металлоемкости различных частей конструкций тележек на 14% с учетом показателей прочности и ресурса согласно матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. То есть конструкция сохраняет свои габаритные ограничения, прочностные характеристики, но имеет меньшую массу, а значит и материалоемкость. Применение цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML–Bench позволяет оптимизировать сроки проведения и анализа многовариантного моделирования и провести обоснованный выбор конструкторских решений, тем самым сокращая сроки разработки от двух и более раз по сравнению с традиционным цифровыми подходами. отметил к.т.н. Юрий Житков, руководитель отдела системного инжиниринга НЦМУ «Передовые цифровые технологии» СПбПУ, научный сотрудник

В ближайшие годы команда специалистов планирует дальнейшее дополнение методик и подходов к проектированию сложной железнодорожной техники, комплексную интеграцию виртуальных испытательных стендов с целью развития технологии цифровых двойников изделий на базе цифровой платформы CML-Bench, развитие системы хранения и обмена данными результатов мультидисциплинарных расчетов, оптимизация методов анализа результатов моделирования с использованием технологий машинного обучения, интеграцию инструментов анализа видов и последствий потенциальных отказов конструкции, а также анализа стоимости жизненного цикла конструкции, уточнение матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Полученные результаты актуальны и применимы в практике проектирования техники и разработке проектов модернизации существующей железнодорожной техники.