Ускорение в «цифре»: как «Росатом» развивает цифровое материаловедение

По федеральному проекту «Технологии новых материалов и веществ» до 2030 года «Росатом» планирует создать почти сотню продуктов. Цифровое материаловедение — ​отдельное направление, которое должно ускорить развитие всех остальных. «Росатом» ведет его в партнерстве с центрами компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) в вузах Москвы и Новосибирска. О сотрудничестве рассказывает Евгений Александров, директор центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» Московского государственного технического университета им. Баумана.

— Какие задачи ставит перед вами новый федеральный проект?

— При поддержке правительства России и «Росатома» мы должны за счет инструментов цифрового материаловедения ускорить разработку перспективных материалов и внедрение новых в реальный сектор экономики. Использование компьютерного моделирования и машинного обучения при проектировании структуры и технологии изготовления композитных материалов с требуемыми свойствами экономит время, финансы и позволяет работать в условиях дефицита высококвалифицированных кадров. Идя по этому пути, мы выигрываем конкуренцию с другими странами за рынки перспективных материалов.

— Расскажите о работах, которые вы ведете сейчас.

— Прежде всего это платформа цифрового материаловедения, неразрывно связанная с исследовательской и производственной инфраструктурой. В нашем консорциуме более десятка организаций, все их программные продукты и данные о материалах и технологиях получения содержатся в банке приложений и базах данных. Мы разрабатываем новые составы и проектируем изделия из них. Для этого в платформе реализован бесшовный переход между выбором материала в базе данных, его дизайном, прогнозированием свойств, построением модели и расчетом отклика изделия из этого материала на механические и тепловые нагрузки.

Наша платформа объединяется с платформами «Росатома», такими как «Сарус» (система управления полным жизненным циклом изделий на промышленных предприятиях) и система управления данными о свойствах технологий, материалов и конструкций «ТМиК». Ведутся переговоры о долговременном сотрудничестве и объединении инфраструктуры с «Сибур ПолиЛаб» для развития обратного инжиниринга и поиска новых применений производимых и перспективных полимеров и композиционных материалов на их основе.

Один из модулей платформы, веб-сервис PolymerAI с машинным обучением, доступен для пользования без регистрации. Он позволяет предсказывать свойства полимера по его составу. Остальные модули будут вводиться по мере готовности к массовому применению. Платформа должна предоставлять другим разработчикам научного и технического программного обеспечения возможность добавлять свои приложения и базы данных.

— Какими материалами вы занимаетесь?

— Например, мы разрабатываем новые марки суперконструкционных термопластов — ​полиэфирсульфонов, полиэфиримидов и др. Их используют как основу композиционных материалов в сильно нагруженных изделиях, от которых требуется прочность, малый вес и стойкость к воздействию тепла и коррозии. Наши суперпластики замещают теперь уже недоступные зарубежные аналоги. Объем рынка оценивается в 1 трлн рублей. Суперпластики теснят реактопласты из-за пластичности и возможности переработки — ​переплавки. Недавно Министерство промышленности и торговли РФ обозначило наличие слабых мест в цепочках производства суперпластиков.

— Какие ресурсы есть у вашего центра?

— В центре и консорциуме работают ученые, инженеры и технологи — ​лидеры в областях на стыке материаловедения и моделирования, машинного обучения, информационных технологий, химии органических, неорганических и высокомолекулярных соединений, физико-химических методов анализа, производственных технологий, проектной деятельности. Все эти направления полностью обеспечены оборудованием и информационной поддержкой.

Центр расположен в новом кампусе Московского государственного технического университета им. Баумана: более 5,5 тыс. м², новое оборудование, современная архитектура, коммуникации и система обеспечения функционирования.

Национальная технологическая инициатива

Госпрограмма, нацеленная на объединение представителей бизнеса и экспертных сообществ для развития в России перспективных технологических рынков и отраслей, которые могут стать основой мировой экономики. Центры компетенций НТИ — ​инженерно-образовательные консорциумы на базе университетов, научных и производственных организаций. Их задача — ​объединять потенциальных заказчиков с разработчиками для рождения инновационных решений в сквозных технологиях, обеспечивающих глобальное лидерство.

Алексей Дуб
Руководитель приоритетного направления научно-технологического развития «Росатома» «Материалы и технологии», первый заместитель директора частного учреждения «Наука и инновации»

— Перед нами стоит задача не только представить новые инструменты цифрового материаловедения, но и показать их возможности в конкретных направлениях промышленности, от энергетики и авиастроения до электроники. Главная цель — ​кратное сокращение сроков разработки и внедрения новых материалов и конструкций за счет моделирования структур и технологических процессов, а также формирования базы цифровых паспортов новых и перспективных материалов, важных для промышленности.

Юрий Свистунов
Заместитель гендиректора, технический директор композитного дивизиона «Росатома»

— Цифровые технологии — ​ключ к устойчивому развитию композитной промышленности. Дальнейшее комбинирование материалов и компонентов композитов для достижения новых свойств нецелесообразно без использования современных методов вычислений и моделирования и новых инструментов, включая искусственный интеллект. Создавать лучшие продукты, оптимизировать их свой­ства нужно на цифровых двой­никах. Мы также работаем над цифровыми двой­никами критически важных производств для ускорения разработки новых типов углеродных волокон и усиления стабильности характеристик за счет новых подходов к контролю каждого параметра производства.