России нужно 145 миллиарда на цифровых двойников

В распоряжении CNews оказался проект дорожной карты по развитию новых производственных технологий (НПТ), подготовленный Санкт-Петербургским политехническим университетом им. Петра Великого (СПбПУ). Документ был разработан в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика».

Новые производственные технологии – это «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.)».

Сквозная 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 исследований, кросс-отраслевого трансфера и комплексирования передовых наукоемких технологий, сквозных цифровых технологий и субтехнологий.

Разработка и внедрение субтехнологий, входящих в СЦТ НПТ, является необходимым условием для присутствия отечественных компаний на глобальных высокотехнологичных рынках, для которых характеры смешение центра тяжести в конкурентной борьбе за этап разработки высокотехнологичной продукции, повышение уровня ее наукоемкости, сокращение сроков вывода новой продукции на рынок, жесткие ограничения по издержкам, высокие требования к потребительским характеристикам.

Цифровой двойник

Авторы документа отмечают, что среди множества передовых технологий, технология цифровой двойник (Digital Twin) 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 развитие. 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 и 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 тыс. и более.

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. Возможно не только отслеживать их взаимное влияние на различных этапах жизненного цикла, но и в кратчайшие сроки вносить необходимые изменения и уточнения. Например, появляется возможность гибко реагировать на действия конкурентов, что обеспечивает непрерывный характер разработки и представляет собой важнейшую особенность новой парадигмы цифрового проектирования и моделирования на основе цифровых двойников.

Digital Brainware

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 других, дорогостоящих и зачастую уникальных экспериментов.

Речь идет о разработке и валидации 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).

По прогнозам составителей дорожной карты, количество высокотехнологических предприятий, применяющий технологию цифровых двойников, увеличится с трех в 2019 г. до 100 в 2024 г., а количество реализованных проектов на высокотехнологичных предприятиях из приоритетных отраслей промышленности, для которых была применена технология разработки цифровых двойников – с трех до 250. За этот же период сокращение времени разработки высокотехнологичных продуктов увеличится с 10% до 25%.

Доля показателей матрицы целевых показателей и ограничений, обеспечивающих достижение целевых характеристик разрабатываемого изделия или продукции, определяемых и обосновываемых результатами виртуальных испытаний, увеличится с 0-15% до 50-100%. Разработанные и внедренные технологии создания цифровых двойников продуктов (изделий) на основе десятков тысяч целевых показателей к 2024 г. будут обеспечивать при экспертном сопровождении прохождение с первого раза физических и натурных испытаний (сейчас – с пятого), определение критических зон и характеристик для мониторинга на всем жизненном цикле.

Манипуляторы и технологии манипулирования

Включает в себя: методы математического моделирования роботехнических 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 и программно-аппаратные средства взаимодействия с окружающей средой и объектами.

Для данной субтехнологии УГТ в России составляет «6», в мире – «9». Согласно прогнозам авторов дорожной карты, точность обработки материалов роботами-манипуляторами увеличится с 100 мкм в 2019 г. до 10 мкм в 2024 г. Будут разработаны технологии, обеспечивающие деликатное манипулирование с точностью 0,1 мм, усилием 1 H и скоростью 0,1 м/с. Скорость деликатного манипулировании увеличится за обозначенный период с 0,1 м/с до 1 м/с.

Численность сотрудников робототехнических компаний-интеграторов за указанный период увеличится с 200 до 1 тыс. человек. Рынок промышленных робототехнических систем вырастет с 8 млрд руб. до 30 млрд руб., а доля отечественных разработчиков промышленной робототехники – с 5% до 30%. Количество роботов, задействованных в производстве на 10 работников, увеличится с 4 до 40.

В сфере обработки материалов соотношение выпускаемых в стране промышленных роботов к потребляемым российским рынком вырастет с 1% до 40%, а в целом в реальном секторе экономики данное соотношение составит 30%. Годовой объем поставок промышленных роботов в России увеличится с менее чем 1 тыс. до 4,6 тыс.

Увеличение затрат на развитие сквозных цифровых технологий в 2024 г. составит 300%, увеличение объема выручки проектов на основе внедрения новых производственных технологий компаниями, получившими поддержку в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» - до 250%, увеличение количества РСТ-заявок по новым производственным технологиям организациями, получившими поддержку в рамках национального проекта «Цифровая экономика» - до 300%.

Миллиарды на развитие новых производственных технологий

Дорожная карта предполагает перечень затрат на общую сумму 77,9 млрд руб., из них федеральный бюджет должен будет потратить 33,1 млрд руб., внебюджетные источники – 44,8 млрд руб. Кроме того, отраслевые проекты по развитию новых производственных технологий оцениваются в 51,2 млрд руб., из которых федеральный бюджет должен будет выделить 28,5 млрд руб., внебюджетные источники – 22,7 млрд руб.

Помимо этого, бюджет программы «Цифровая промышленность» составляет 14,25 млрд руб., из которых федеральный бюджет должен будет выделить 7,35 млрд руб., внебюджетные источники - 6,39 млрд руб.

Таким образом, общая сумма затрат на развитие новых производственных технологий в период до 2024 г. составляет 145 млрд руб. Из этой суммы федеральному бюджету предлагается выделить 68,9 млрд руб., внебюджетным источникам – 76,4 млрд руб.

На мероприятия по развитию субтехнологии «Цифровое проектирование, математическое моделирование и управление жизненными циклом изделия или продукции» предлагается потратить 39,2 млрд руб., из которых 18 млрд руб. выделит федеральный бюджет, 21,2 млрд руб. – внебюджетные источники. В том числе грантовая поддержка малых предприятий потребует 1,1 млрд руб., поддержка отраслевых решений – 8 млрд руб., поддержка разработки и внедрения промышленных решений – 9,5 млрд руб., поддержка компаний-лидеров – 12 млрд руб., поддержка путем субсидирования процентной ставки по кредиту – 3,3 млрд руб.

На субтехнологию «Технологии умного производства» предлагается потратить 18,9 млрд руб., из которых федеральный бюджет выделит 7,6 млрд руб., внебюджетные источники – 11,3 млрд руб. В том числе грантовая поддержка малых предприятий обойдется в 1,9 млрд руб., поддержка разработки и внедрения промышленных решений – 4,5 млрд руб., поддержка региональных проектов – 2,7 млрд руб., поддержка компаний-лидеров – 4,5 млрд руб.

На субтехнологию «Манупуляторы и технологи манипулирования» предлагается выделить 21,7 млрд руб., из которых федеральный бюджет выделит 7,5 млрд руб., внебюджетные источники 14,3 млрд руб. В том числе на поддержку отраслевых решений уйдет 2 млрд руб., на поддержку разработки и внедрения промышленных решений – 7 млрд руб., на поддержку региональных проектов – 1,5 млрд руб., на поддержку компаний-лидеров - 2 млрд руб., на поддержку путем субсидирования процентной ставки по кредиту - 8,2 млрд руб.

По мерам поддержки затраты распределятся следующим образом. Грантовая поддержка малых предприятий обойдется в 3,56 млрд руб. (федеральный бюджет – 2,5 млрд руб., внебюджетные источники – 1 млрд руб.), поддержка программы деятельности лидирующих информационных центров – 1,2 млрд руб. (по 600 млн руб. из бюджета и внебюджетных источников), поддержка отраслевых решений – 10,3 млрд руб. (по 5,2 млрд руб. из бюджета и внебюджетных источников), поддержка разработки и внедрения промышленных решений – 21,1 млрд руб. (федеральный бюджет – 9,7 млрд руб., внебюджетные источники – 11,4 млрд руб.), поддержка региональных проектов – 8,8 млрд руб. (бюджет – 4,2 млрд руб., внеюбджетные источники – 4,6 млрд руб.), поддержка компаний-лидеров – 18,8 млрд руб. (по 9,4 млрд руб. из бюджета и внебюджетных источников), поддержка путем субсидирования процентной ставки по кредиту -16,1 млрд руб. (бюджет – 1,4 млрд руб., внебюджетные источники – 16 млрд руб.).