Карта. сквозной цифровой технологии новые производственные технологии
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
ДОРОЖНАЯ КАРТА РАЗВИТИЯ «СКВОЗНОЙ» ЦИФРОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ «НОВЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» Москва 2019 Преамбула, введение, общее описание направления развития СЦТ Дорожная карта по развитию «сквозной» цифровой технологии «Новые производственные технологии» (далее – ДК СЦТ НПТ) предполагает рамочный формат – дорожная карта реализуется как рамочный документ для поиска, отбора и целевой поддержки проектов и направлений по соответствующему направлению. ДК СЦТ НПТ синхронизируется с Паспортом федерального проекта «Цифровые технологии» программы «Цифровая экономика» до 31 декабря 2021 г., также дорожная карта может быть актуализирована в соответствии с изменениями и расширением на период до 2024 года графика реализации федерального проекта. Достижение целевых показателей развития СЦТ НПТ реализуется выполнением проектов, направленных на достижение технических характеристик и на преодоление технологических барьеров, определенных в дорожной карте. Аналитическое обоснование, выполненное для дорожной карты, оценка и отбор проектов, выделение приоритетных субтехнологий, описание мероприятий государственной поддержки могут быть использованы как основа для разработки требований к конкурсам на получение государственной поддержки в сфере новых производственных технологий. Материалы по разделам «Манипуляторы и технологии манипулирования» предоставлены АНО «УНИВЕРСИТЕТ ИННОПОЛИС» на основании решений Наблюдательного совета АНО «Цифровая экономика» (протокол №13 от 24.05.2019). Материалы по разделам «Платформы для промышленного интернета» предоставлены ООО «Национальный центр информатизации» на основании решений Наблюдательного совета АНО «Цифровая экономика» (протокол № 13 от 24.05.2019). Материалы по разделам «Цифровая промышленность» предоставлены Департаментом цифровых технологий Минпромторг России. Сквозная цифровая технология «Новые производственные технологии» (СЦТ НПТ) – это сложный комплекс мультидисциплинарных знаний, передовых наукоемких технологий и системы интеллектуальных ноу-хау, сформированных на основе результатов фундаментальных и прикладных научных исследований, кросс-отраслевого трансфера и комплексирования передовых наукоемких технологий, СЦТ и субтехнологий. Новые производственные технологии – совокупность новых, с высоким потенциалом, демонстрирующих де-факто стремительное развитие, но имеющих пока по сравнению с традиционными технологиями относительно небольшое распространение, новых подходов, материалов, методов и процессов, которые используются для проектирования и производства глобально конкурентоспособных и востребованных на мировом рынке продуктов или изделий (машин, конструкций, агрегатов, приборов, установок и т. д.). Разработка и внедрение субтехнологий, входящих в СЦТ НПТ, является необходимым условием для присутствия отечественных компаний на глобальных высокотехнологичных рынках, для которых характерны смещение «центра тяжести» в конкурентной борьбе на этап разработки высокотехнологичной продукции, повышение уровня ее наукоемкости, сокращение сроков вывода новой продукции на рынок, жесткие ограничения по издержкам, высокие требования к потребительским характеристикам. Прежде всего, важно отметить, что среди множества передовых технологий, технология «цифровой двойник»1 (Digital Twin, DT, далее – ЦД) является технологией-интегратором практически всех «сквозных» цифровых технологий и субтехнологий, выступает технологией-драйвером, обеспечивает технологические прорывы и позволяет высокотехнологичным компаниям переходить на новый уровень технологического и устойчивого развития на пути к промышленному лидерству на глобальных рынках. В сравнении с традиционными подходами, разработка изделий и продукции на основе технологии «цифрового двойника» может обеспечивать снижение временных, финансовых и иных ресурсных затрат до 10 раз и более. Фактически, именно с помощью разработанных заранее цифровых двойников лидеры мировых высокотехнологичных рынков формируют «гарантированное зарезервированное развитие» (А.И. Боровков, А.А. Аузан). В этом случае семейство цифровых двойников обеспечивают производство («материализация цифрового двойника») и поставку продукции с конкурентными характеристиками в кратчайшие сроки в зависимости от возникающей конъюнктуры на глобальном высокотехнологичном рынке, реализуя триаду «технологический прорыв – технологический отрыв – технологическое лидерство / превосходство». Важнейшим и обязательным этапом разработки и применения полномасштабных цифровых двойников является формирование путем каскадирования и декомпозиции многоуровневой матрицы целевых показателей конкурентоспособного продукта / изделия и ресурсных ограничений (временных, финансовых, технологических, производственных, экологических и т. д.). Общее число характеристик матрицы может составлять 50 000 и более2. Многоуровневая матрица целевых показателей и ресурсных ограничений предназначена для осуществления «балансировки» огромного количества конфликтующих параметров и характеристик объекта в целом, его компонентов и деталей в отдельности, то есть не только отслеживать их взаимное влияние на различных этапах жизненного цикла, но и в кратчайшие сроки вносить необходимые изменения и уточнения («управление требованиями и изменениями»), например, гибко реагируя на действия конкурентов, что обеспечивает непрерывный характер разработки и представляет собой важнейшую особенность новой парадигмы цифрового проектирования и моделирования на основе цифровых двойников3. Ключевым и необходимым этапом работы для формирования глобально конкурентоспособных «цифровых двойников» в промышленности является реализация комплекса мероприятий «Формирование национального Digital Brainware» – «оцифровка» всех физических, натурных и т. д., как правило, дорогостоящих и зачастую уникальных экспериментов – фактически разработка и валидация математических моделей высокого уровня адекватности материалов (MultiScale- и MultiStage- подходы), машин / конструкций / приборов / установок / сооружений / …, физико-механических и химических процессов, технологических и производственных процессов (MultiDisciplinary- подход). Формирование Digital Brainware позволяет в рамках комплексного подхода разработки «цифровых двойников» перейти от традиционной парадигмы проектирования и разработки («доводка продуктов / изделий до требуемых характеристик на основе многочисленных дорогостоящих испытаний и итерационного перепроектирования») к одному из основных компонентов разработки «цифровых двойников» – современной триаде: «Виртуальные испытания» & «Виртуальные стенды» & «Виртуальные полигоны», используемые на всех этапах жизненного цикла и с наибольшим эффектом на этапе проектирования, что значительно снижает объемы физических и натурных испытаний, необходимых для «проверки» опытных образцов. Безусловно, важным требованием является обеспечение функциональной совместимости (интероперабельности) разрабатываемых отечественных решений с широко распространенными зарубежными решениями, так как в настоящее время на предприятиях реального сектора экономики активно используются импортные решения (Siemens, Dassault Systèmes, ANSYS, SAP и др.). Экспорт отечественных решений также не возможен без функциональной совместимости с зарубежными программными системами. Учет данных требований в рамках мероприятий по стандартизации является логичным вектором развития новых производственных технологий4. Оценка, отбор и анализ субтехнологий проводились на основе документов и материалов: По результатам анализа программных документов по направлению СЦТ НПТ: дорожная карта «Технет» НТИ, одобрена президиумом Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России 14.02.2017, протокол № 1; дорожная карта по совершенствованию законодательства и устранению административных барьеров «Технет» НТИ, утверждена Распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 марта 2018 г. № 482-р; «Атлас сквозных технологий цифровой экономики России», подготовленный Проектным офисом «Цифровая экономика РФ» ГК «Росатом; программа Manufacturing USA, реализуемая сетью институтов, обеспечивающих глобальное лидерство в передовом производстве, и стратегический план Strategy for American Leadership in Advanced Manufacturing, 2018, подготовленный National Science and Technology Council, Committee on Technology, Subcommittee on Advanced Manufacturing; немецкая программа Industrie 4.0; программа Made in China 2025; программа Horizon 2020 (EU Research and Innovation Programme); и другие стратегические документы. Были выделены наиболее актуальные для стратегического развития блоки субтехнологий. Дополнительный анализ в разрезе субтехнологий основан на исследовании 230 источников, включая статистическую информацию (Росстат и др.), лучшие мировые и отечественные практики, нормативные и регламентирующие документы, аналитические отчеты о тенденциях развития высокотехнологичных рынков и конкурентной среды. Результаты экспертного опроса: Проведение онлайн анкетирования (24.05.2019, 135 экспертов); в рамках опроса проведена приоритизация технологий, сформированы барьеры, потребности российских предприятий в решениях по направлению «Новые производственные технологии». Проведение очного анкетирования (17.04.2019, 49 экспертов); в рамках анкетирования проведена оценка конкурентной среды, оценка российских рынков по профильным субтехнологиям, а также спрос отраслей экономики на профильные субтехнологии. Результаты экспертных сессий: I-я Экспертная сессия (17.04.2019, 109 экспертов); в качестве вводных материалов для сессии использовались данные, полученные по итогам анкетирования экспертов в области «сквозной» цифровой технологии «Новые производственные технологии» и составляющих ее субтехнологий. II-я Экспертная сессия (22.04.2019, 52 эксперта); сессия прошла в формате вебинара для обсуждения проекта Дорожной карты по развитию СЦТ «Новые производственные технологии». III-я Экспертная сессия (26.04.2019, 62 эксперта); обсуждение итогов подготовки и уточнение перечня мероприятий дорожной карты по направлению развития СЦТ «Новые производственные технологии»; высказано более 50 предложений по организации конкретных мероприятий, рекомендованных экспертами для внесения в ДК СЦТ «Новые производственные технологии». На основании проведенного анализа и в соответствии с рекомендациями Наблюдательного совета АНО «Цифровая экономика», сформированными на заседании 24.05.2019, ДК СЦТ НПТ включает следующий перечень субтехнологий: Цифровое проектирование, математическое моделирование и управление жизненным циклом изделия или продукции (Smart Design); Технологии «умного» производства (Smart Manufacturing); Манипуляторы и технологии манипулирования. Укажем качественные критерии, позволяющие выделить субтехнологию из большого количества современных технологических решений: Цифровое проектирование, математическое моделирование и управление жизненным циклом изделия или продукции (Smart Design): включает технологии, обеспечивающие реализацию концепции передового цифрового «умного» проектирования; драйвером этого процесса выступает технология разработки цифрового двойника (Digital Twin) на основе создания и применения многоуровневой матрицы целевых показателей и ресурсных ограничений, на основе математических моделей разных классов, уровней сложности и адекватности (в самых общих случаях описываемых нестационарными нелинейными уравнениями в частных производных), на основе проведения виртуальных испытаний, применения виртуальных стендов и виртуальных полигонов. Особое внимание уделяется разработке и внедрению: цифровой платформы создания цифровых двойников, способной учитывать до 150 000 целевых показателей и ресурсных ограничений, использующей смежные «сквозные» цифровые технологии искусственного интеллекта, больших данных, распределенных реестров, обеспечивающей управление интеллектуальной собственностью, экспертное сопровождение и прохождение с первого раза физических и натурных испытаний; конкурентоспособной отечественной PLM-системы «тяжелого класса» – системы управления жизненным циклом продукции / изделия, включающей конкурентоспособные CAD-CAM-CAE- подсистемы проектирования, технологической подготовки производства и компьютерного / суперкомпьютерного инжиниринга на основе математического и имитационного моделирования. Технологии «умного» производства (Smart Manufacturing) включают технологии, обеспечивающие реализацию концепции «умного» производства: технологическая подготовка и реализация производственного процесса с минимальным участием человека на основе данных PLM-системы, операционное управление технологическими процессами, производством, предприятием; технологическая подготовка и реализация производственного процесса для кастомизированной продукции широкой номенклатуры на основе гибких, реконфигурируемых и модульных машин, оборудования и робототехники. Особое внимание уделяется разработке, развитию, внедрению и сопровождению отечественных защищенных: MES-системы, обеспечивающей децентрализованное планирование, автоматизированную оптимизацию производственных расписаний на уровне холдингов в том числе на основе данных платформенных решений для производства и промышленного интернета; ERP-системы, использующей «сквозные» цифровые технологии искусственного интеллекта, больших данных и распределенных реестров. Манипуляторы и технологии манипулирования: включает методы математического моделирования робототехнических систем как пространственных механических систем с голономными и неголономными связями, методы прямого динамического моделирования нелинейных пространственных механических систем с контактными взаимодействиями; разработку программного обеспечения для управления роботами-манипуляторами; программно-аппаратные средства взаимодействия с окружающей средой и объектами. |