| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта |
| 16. |
Аннотация |
Цифровой двойник — это гораздо больше, чем просто численная модель: это виртуализированная версия физической системы, построенная на основе слияния данных с моделями разной точности с использованием современных методов анализа, верификации модели и экспериментальной валидации. Создание цифровых двойников требуют глубоких знаний в области моделирования и глубокого понимания процессов. Они могут обеспечить не только эффективность применения конструкционных и функциональных материалов, но и оптимизацию производства с улучшенными показателями устойчивого развития. Однако ограниченный на данный момент набор данных о свойствах и поведении новых материалов представляет собой серьезное препятствие для разработки цифровых двойников.
Новые конструкционные и функциональные материалы — это структурно-чувствительные материалы, механические и электрофизические свойства которых существенно зависят от их внутренней структуры. Методы получения таких материалов весьма разнообразны. Это и создание цельных твердых структур путем их наращивания, например, с использованием процессов плазменного напыления или газофазного осаждения, и компактирование нанопорошков, и т.п. Развитие и совершенствование подобных технологий требуют разработки принципиально новых математических моделей, описывающих процессы, происходящие в структурно-чувствительных материалах как при получении, так и при дальнейшей эксплуатации.
Для эффективного и целесообразного применения того или иного структурно-чувствительного материала необходимо располагать не только оценками его термоупругих, тепловых и электрофизических характеристик, но и данными как о его поведении под действием различных внешних воздействий, так и о взаимодействии с другими материалами, применяемыми в конструкции, а также оценками параметров, при которых реализуются критические состояния в рассматриваемых материалах. Наиболее достоверным методом получения таких сведений, конечно, является эксперимент, однако, этот метод является наиболее дорогостоящим и времязатратным. Поэтому гораздо эффективнее использовать методы математического моделирования.
Известные на данный момент и хорошо разработанные математические модели термомеханики являются ограниченно применимыми либо неприменимыми вовсе. Таким образом, в силу отсутствия адекватных математических моделей, позволяющих описать поведение материалов в широком диапазоне внешних воздействий, возникает острая необходимость разработки и верификации таких моделей, что является в настоящее время важнейшей научной проблемой.
Другой важной проблемой является разработка инструментов (численных алгоритмов, программных комплексов) для реализации и анализа новых математических моделей. Полная закрытость кода коммерческого программного обеспечения (ANSYS, Femap TMG Thermal and Flow, MSC THERMICA) не позволяет проводить расчеты с использованием новых моделей, так как нет возможности какой-либо модификации или добавления новых свойств и функций. Таким образом, необходимо либо создавать собственный программный комплекс (что означает разработку численных алгоритмов, написание кода, решение тестовых задач и т.п.), либо пытаться адаптировать под новые модели свободное программное обеспечение (Code_Aster, OpenFOAM, Elmer) (что означает модификацию стандартных решателей).
Таким образом, проект направлен на создание цифровых двойников элементов ракетно-космической техники, созданных из перспективных материалов (в том числе «умных» материалов), которые возможно эксплуатировать в экстремальных условиях, в том числе и арктических; а также разработку специального программного обеспечения, позволяющего частично автоматизировать процессы наработки, анализа и сопоставления большого количества данных и альтернативных вариантов решения комплексных многокритериальных задач проектирования ракетно-космических систем и их элементов. |