Глава Инжинирингово центра СПбПУ: Отечественная продукция должна быть конкурентоспособной

Глава Инжинирингового центра, проректор по перспективным проектам СПбПУ, профессор Алексей Боровков рассказывает журналу «Город 812» о том, почему математическое моделирование лучше натурных экспериментов с гусями и свинками, чем аддитивные технологии превосходят интуицию инженера, каким образом копирование лучших образцов окажется полезным для отечественного импортозамещения.

После принятия санкций против России отечественные предприятия стали активно решать задачи по импортозамещению, причем весьма успешно. «Когда два года назад создавались инжиниринговые центры, им ставилась задача: работать с отечественной промышленностью, выполнять НИОКР по заказам предприятий из реального сектора экономики, тем самым способствовать созданию конкурентоспособной продукции. Фактически с введением санкций эта цель не изменилась», - отмечает Алексей Боровков.

Композитные материалы повышают эффективность полетов МС-21

Так, вместе со Средне-Невским судостроительным заводом Инжиниринговый центр принял участие в проектировании и создании первого в России высокоскоростного катамарана из углепластика, который призван заменить устаревшие «Ракеты» и «Метеоры» в акватории Невы и Финского залива. Совместно с Объединенной авиастроительной корпорацией идут работы над пассажирским магистральным самолетов XXI века – МС-21, даже более перспективным, чем Суперджет-100, поскольку для его создания используются полимерные композиционные материалы – например, углепластики и стеклопластики, которые делают самолет легче, а значит, позволяют минимизировать расход топлива, повысить экономическую эффективность полетов.

Испытания на птицестойкость

Кроме того, Инжиниринговый центр СПбПУ выполняет динамические расчеты композитных конструкций на птицестойкость. «Самолет и все его компоненты должны быть спроектированы так, чтобы при встрече с любыми птицами он мог бы несмотря на повреждения продолжить полет и совершить посадку, - объясняет специалист и раскрывает методы тестирования самолетов. – Во всем мире используют специальные установки и тушки птиц. Натурные эксперименты позволяют строить адекватные математические модели, они нужны для полноценной проверки результатов численного моделирования.

При этом, ученый вспоминает байку про американцев: «Испытывали они конструктивные элементы самолета на птицестойкость. По расчетам все хорошо получается, но с полигона приходят сообщения, что при столкновении с гусем самолет получает повреждения, не совместимые с возможностью благополучной посадки. Стали разбираться. Оказалось, во время натурных испытаний (для ускорения процесса) в самолет кидали тушки недостаточно размороженных гусей – по сути, куски льда...»

Лучший способ собрать автомобиль – напечатать его

Инжиниринговый центр СПбПУ участвует в проекте «Кортеж», который призван создать линейку отечественных автомобилей для первых лиц государства. Петербургские инженеры отвечают за проектирование кузова автомобиля и для этих целей применяют самые передовые технологии, такие как компьютерное моделирование и 3D-печать.

«Современная парадигма создания техники нового поколения – это проектирование на основе математического моделирования, компьютерного инжиниринга, в некоторых случаях – с помощью суперкомпьютерного инжиниринга. В рамках проекта некоторые элементы кузова мы делаем с применением аддитивных технологий, - объясняет Алексей Боровков. - Материал наносится слоями или локально, дискретно – деталь, по сути, «выращивается».

Благодаря данной технологии были созданы петли для дверей лимузина. «Это один из самых сложных и нагруженных элементов. К ним предъявляются очень высокие требования по жесткости, прочности, включая усталостную прочность, так как они должны нести дверь весом, скажем, 200 кг, - рассуждает ученый. – Аддитивные технологии позволили сделать это с помощью математических методов топологической оптимизации. Проще говоря, мы задали объем детали и сформулировали задачу: соблюдая требования по прочности и жесткости, оставить материал только в тех зонах заданного объема, где он будет нести нагрузку. В результате была получена деталь сложной формы и с отверстиями неправильной формы. Такое решение лежит уже за гранью интуиции инженера».

Так, отечественным специалистам удалось создать петлю, которая превосходит по своим характеристикам продукт признанных мировых производителей, таких как «Мерседес»: российская петля получилась на 25% легче и сохранила все необходимые параметры по прочности и жесткости.

«Сейчас наступает эра аддитивных технологий. В ближайшем будущем с их помощью будет «печататься» практически все – включая одежду, обувь, еду и человеческие органы», - предсказывает ученый.

Датчики вместо визга свинок

Математические модели используются и для создания экипировки нового поколения для солдат, например, в работе над проектом «Ратник». «С помощью вычислительных экспериментов нужно исследовать динамическое контактное взаимодействие человека и бронезащиты. Актуальной является проблема «заброневой деформации». Это когда в солдата стреляют, попадают в бронежилет, он теряет сознание и временно выходит из боя. Нужно сделать так, чтобы он оставался в строю. А раньше экипировку испытывали так: надевали бронежилет на свинку и стреляли в нее: визжит – значит, больно», - рассказывает эксперт.

Сегодня специалисты применяют более гуманные и точные методы испытаний: чтобы оценить эффективность военной экипировки, используется виртуальный манекен, «начиненный» 60 виртуальными датчиками акселерометрами и тензометрами. «Мы продолжаем работу над проектом, совершенствуя семейство манекенов, делая их более адекватными человеку. Добавляем в них математические модели внутренних органов и одновременно увеличиваем количество датчиков. Нашими манекенами заинтересовались в космической отрасли - они нужны, например, для изучения перегрузок космонавтов при комбинации различных воздействий, в военном авиастроении и вертолетостроении - для изучения системы катапультирования и других отраслях, где происходит взаимодействие человека и техносферы», - отмечает ученый.

Отечественная и конкурентоспособная: о целях импортозамещения

Алексей Боровков обращает особое внимание на то, что отечественная продукция должна быть конкурентоспособной. «Многие компании сегодня, к сожалению, хотят заниматься импортозамещением ради импортозамещения. Они рассматривают его как дополнительное финансирование их текущей деятельности – просто ради того, чтобы они продолжали выпускать продукцию. Да, она будет российская. Но если она неконкурентоспособна, если она существенно хуже, чем мировые аналоги, то это – импортозамещение на склад. Мы в СССР такое уже проходили, - разъясняет ученый. - За счет чего на самом деле должно происходить импортоопережение? Кто больше интеллекта, науки и передовых технологий вложил в изготовление продукции – тот и опережает всех, побеждает в конкурентной борьбе. Пока же в нынешних реалиях очень сложно совместить, чтобы продукция одновременно была и конкурентоспособна на мировом рынке, и к тому же сделана из российских материалов на российском оборудовании».

О пользе реверсивного инжиниринга

Так, в нефтегазовой отрасли зависимость России от импорта доходит до 80%. «Если представить, что в какой-то момент закончатся импортные детали на нефтедобывающих платформах и нам никто не будет их поставлять, то все установки просто встанут. Прекратятся добыча, продажа энергоресурсов за рубеж. Существенно уменьшится пополнение бюджета со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поэтому, на мой взгляд, импортозамещение необходимо в первую очередь в нефтегазовой отрасли. И она уже начала разворачиваться в сторону отечественной промышленности», - рассуждает Алексей Боровков.

Одним из способов повысить качество продукции ученый считает копирование лучших образцов. «Есть впечатляющий пример Китая. Мы, да и весь мир, над ними посмеивались: вот, мол, все копируют. На самом деле они копируют очень высокотехнологичную продукцию, и даже просто воспроизвести ее – реально очень трудно. Известно, что повторение, копирование – хороший способ обучения. Как только мы что-то скопировали, то мы, как правило, поняли, как это работает. И уже можем подключить наше инженерное образование, интеллектуальный потенциал, передовые технологии, чтобы сделать это что-то – лучше».

В доказательство своих слов Алексей Боровков приводит в пример практико-ориентированное обучение, которое получает все большее признание в иностранных технических университетах. Во многих из них открываются курсы реверсивного инжиниринга, на которых инженеру предлагают разобрать деталь, понять, как она устроена, и сделать такую же или лучше. «В России сейчас только начинают этим серьезно заниматься. Хотя в СССР широко использовались методы копирования, но потом мы несколько растеряли навыки», - резюмирует ученый.