IV Международный форум «Передовые цифровые и производственные технологии». Заседание научно-технического совета НЦМУ СПбПУ «Передовые цифровые технологии»

14–15 декабря 2022 года в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (СПбПУ) проходил Четвертый международный форум «Передовые цифровые и производственные технологии», посвященный вопросам цифровой трансформации российской промышленности для обеспечения технологического суверенитета страны.

Во второй день форума состоялось заседание научно-технического совета (НТС) Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» (НЦМУ СПбПУ), участники которого подвели итогов реализации программы НЦМУ СПбПУ в 2022 году.

Руководитель дирекции НЦМУ СПбПУ Олег Рождественский кратко представил текущие результаты Центра за 11 месяцев 2022 года и рассказал о планах на 2023 год.

Несмотря на то что многие проекты еще находятся в разработке, результаты Центра уже можно назвать внушительными.
В частности, выполнены существенные показатели по объему привлеченных внебюджетных средств: более 320 млн руб. по состоянию на 15 декабря, напомним плановый показатель – 241 млн руб.
Кроме того, в отличие от подавляющего большинства НЦМУ, отказавшихся от планов по научным публикациям в международных журналах первого (Q1) и второго (Q2) квартилей, НЦМУ СПбПУ сохранил взятые обязательства неизменными и успешно решил поставленную задачу: 129 опубликованных статей в журналах Q1–Q2 при планом показателе в 125 статей.

«Нам, как и всем НЦМУ, все время задавали вопросы – от Заместителя Председателя Правительства Д.Н. Чернышенко и министра науки и высшего образования В.Н. Фалькова до мониторов программы НЦМУ, – не хотим ли мы воспользоваться правом, которое было предоставлено всем в стране, отказаться от планов по количеству публикаций в журналах первого и второго квартилей в связи с новой реальностью.
Наша позиция была такова: мы будем выполнять заявленные показатели, несмотря на возможные сложности с некоторыми журналами. Потому что, если бы мы сами пошли на послабление, мы понимаем, что потом было бы уже сложно настроить коллективы научных групп на серьезную работу и выполнение высоких показателей результативности. Так мы собираемся двигаться и дальше. Этот год убедительно показал, что мы не расслабились и выполнили высокие показатели. […] Наш вклад в общую реализацию программ научных центров – один из самых лучших в стране».

Проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель НЦМУ СПбПУ

А.И. Боровков

 

В ходе дальнейшей работы НТС с докладами выступили руководили 7 направлений НЦМУ СПбПУ, продемонстрировавшие наиболее значительные результаты в 2022 году.

О разработках научно-исследовательского комплекса «Цифровые технологии в медико-биологических системах» рассказала ведущий научный сотрудник НИК Ольга Власова. По данному направлению реализуется три группы исследований, имеющий особое значение с точки зрения импортозамещения и обеспечения научно-технологического суверенитета России:

• создание новых технологий и цифровых платформ для разработки, производства и оценки эффективности иммунобиологических и фармацевтических препаратов для быстрого реагирования на вновь возникающие инфекционные угрозы (ускоренной вакцинации населения);
• разработка цифровых подходов для визуализации и регистрации нейрональной активности клеток головного мозга (для исследования нейропатологий, применения в нейрохирургии и др.);
• разработка технологий получения фармакологических веществ из природного растительного сырья с использованием методов прогнозной оценки функционализации фитохимических веществ (для создания фармпрепаратов для формирования резистентности организма к воздействию инфекций).

В числе ключевых результатов – определение и апробация экспериментальных подходов к синтезу РНК-вакцин, создание математической модели ключевой реакции и необходимого ПО для автоматизации основных процессов; разработка опытного образца имплантируемого оптико-электродного нейроинтерфейса (оптрода) и принимающего аппаратно-программного комплекса; получение 8 соединений из растительного сырья с предсказанной биологической активностью.

В числе целей проекта – разработка технологий аддитивного производства для получения металломатричных композиционных материалов, функционально-градиентных каркасов для медицины, алюмосиликатных пропантов, литий-ионных аккумуляторов. Среди ключевых результатов 2022 года, обладающих уникальностью в контексте современных мировых исследований:

• разработана цифровая 3D-модель индивидуального протеза спинного межпозвонкового имплантата с иррегулярной сетчатой конструкцией, изготовлен макет имплантата методом селективного лазерного плавления из порошка российского производства марки Вт1-0;
• изготовлены экспериментальные образцы с направленной структурой на базе жаропрочного никелевого сплава Inconel 718 с добавлением частиц редкоземельного элемента Иттрий;
• получены анодные материалы на основе графитового волокна с увеличенной удельной емкостью (для разработки новейших литий-ионных аккумуляторов для электротранспорта) и др.

Актуальность исследования определяется высокой потребностью в создании высокоэффективных устройств с минимальными размерами и энергопотреблением, что возможно путем замещения части микроэлектронных устройств и элементов фотонными. К наиболее перспективным материалам для использования в фотонике относится стекло, отечественная технология производства которого хорошо развита. Достоинства стекол – разнообразие составов, возможность локального управления свойствами и низкая стоимость.

В числе ключевых результатов 2022 года:

• впервые в мире показано, что дополнительная обработка стекол в электрическом поле при комнатной температуре позволяет увеличить сигнал второй оптической гармоники более чем на порядок;
• впервые экспериментально показано, что металлическая медь в стеклах может играть роль восстановителя для ионов других металлов;
• предложено решение задачи оптимизации топографии металлических наноструктур на подложке для эффективного анализа химического состава вещества методом гигантского комбинационного рассеяния.

Ключевые результаты, полученные за 2022 год:

• разработаны алгоритмы геометрической модели распространения сигналов для расчета всех возможных путей при многолучевом распространении сигнала от передатчиков до приемников с учетом геометрии окружающих объектов;
• разработаны алгоритмы физической модели распространения сигналов для расчета физических параметров сигнала в точках приема с использованием геометрических данных путей.

В следующем году планируется адаптировать разработки под вычислительные мощности Суперкомпьютерного центра «Политехнический».

Николай Ватин, заведующий лабораторией самовосстанавливающихся конструкционных материалов, рассказал о работах в рамках проекта «Передовые цифровые технологии разработки и применения конструкционных материалов зданий, сооружений и инфраструктурных объектов». В 2022 году научная группа была сконцентрирована на двух задачах: разработке способов утилизации промышленных отходов, продуктов переработки нефти и газа, химических и металлургических отходов для производства строительных материалов и изделий, а также разработке новых несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений.

В числе основных результатов года по итогам многочисленных экспериментальных исследований в сотрудничестве с партнерами Центра:

• получены оценки ударопрочности многих видов ж/б элементов, выполненных из различных видов бетона;
• опубликованы обзорные работы по щелочно-активированным бетонам для 3D-neчaти, щелочно-активированным фибробетонам, бетонному композиту на основе золы пальмового масла, бетонов на основе угольной золы уноса с уменьшенным воздействием на окружающую среду;
• разработан способ усиления оснований и восстановления фундаментов зданий и сооружений саморасширяемыми инъекционными материалами в режиме гидроразрывов;
• экспериментально исследованы методы усиления грунтов вертикальными стеклопластиковыми армоэлементами с винтовыми наконечниками; научно обоснован способ расчета несущей способности усиленного грунта.

«Тема утилизации и переработки очень интересная и актуальная. И на данный момент существует проблема, которую никто в мире пока не может решить. Практически во всех отраслях промышленности множество конструкций производятся с применением полимерных композиционных материалов, в частности углепластиков. Конструкции из этих материалов хороши и эффективны, но пока никто не знает, что делать с этими материалами после того, как та или иная конструкция отработала свой ресурс. Думаю, было бы уместно в рамках данных исследований НЦМУ СПбПУ попытаться найти подходы к решению этой проблемы».

Советник президента АО «ТВЭЛ», исполнительный директор Ассоциации развития аддитивных технологий

О.Г. Оспенникова

 

Сконцентрировавшись на совершенствовании средств обнаружения кибератак на современные динамические системы поддержки цифровой экономики, в 2022 году научная группа была занята разработкой базовых технологических моделей защиты с использованием искусственного интеллекта (ИИ). В числе результатов:

• разработаны новые методы управления киберустойчивостью передовых цифровых технологий на базе предиктивного анализа киберугроз и метод раннего обнаружения кибератак на основе экстраполяции характеристик системы;
• создан комплекс новых методов выявления нарушений устойчивого функционирования киберсред с использованием возможностей природоподобного ИИ: геномных алгоритмов биоинформатики, перспективных моделей машинного обучения, роевого интеллекта;
• разработана новая технология адаптивной реконфигурации киберсред на основе теории фрактальных графов.

В работе команды принимает участие много молодых специалистов, аспирантов, привлечен иностранный специалист; зарегистрировано 4 РИД (программы ЭВМ), опубликованы 3 статьи в высокорейтинговых журналах.

С презентацией технологий разработки и применения цифровых двойников (Digital Twin) продукции в железнодорожном транспорте выступил научный сотрудник отдела системного инжиниринга Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ Юрий Житков. В 2022 году по этому направлению решались задачи в рамках разработки новых подходов к определению статической прочности элементов конструкции экипажной части локомотива и их ресурса с учетом динамических сил:

• проведение обзора и анализа современного уровня исследований в области моделирования элементов экипажной части локомотива, подхода FMEA для анализа потенциальных отказов в области железнодорожной техники;
• разработка архитектуры цифрового двойника экипажной части локомотива;
• разработка виртуальных испытательных стендов для исследования показателей прочности элементов конструкции экипажной части локомотива.

В связи с устареванием подходов к проведению расчетных проверок на ж/д выявлена необходимость разработки новых подходов методами мультидисциплинарного моделирования с применением технологии цифрового двойника (Digital Twin) и российского программного обеспечения.

В числе ключевых результатов за год:

• описание архитектуры цифрового двойника экипажной части локомотива на базе дополненной методологии SADT (Structural Analysis and Design Technique); архитектура включает 7 функций, 14 объектов, среди которых 2 базы данных; 6 компьютерных моделей, 6 модулей с математическими моделями;
• подготовка компьютерных моделей для учета колебаний жидкости в топливных баках тепловозов;
• проведение виртуальных испытаний с последующим анализом статической и циклической (усталостной) прочности рессорных комплектов.

Для многообразия моделируемых эксплуатационных режимов движения подвижного состава внедрен прямой или косвенный учет таких параметров, как неровности пути, маршруты движения, режимы работы тяговых приводов, загрузка, температура окружающей среды и т.д.

«Для нас, как и для всех НЦМУ, в программе есть 4 «болевые точки»: число публикаций в высокорейтинговых международных журналах, число зарегистрированных РИД, объем софинансирования исследований и привлечение молодых и иностранных ученых. Несмотря ни на что в нашем университете продолжают работать около 200 иностранных ученых, и было бы правильно рассматривать различные потенциально продуктивные коллаборации, способные нивелировать те негативные эффекты, которые не могли быть учтены на старте реализации программ НЦМУ».

Проректор по международной деятельности СПбПУ

Д.Г. Арсеньев

 

Итоговый годовой отчет по деятельности НЦМУ за 2022 год будет сформирован и передан в Министерство науки и высшего образования в конце января 2023 года.