Статья представляет десятую часть цикла статей «Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников “Digital Twins” CML-Bench®». Первые три части статьи опубликованы в № 8-10 за 2023 год, четвертая, пятая и шестая — в № 5, 7 и 8 за 2024-й, седьмая — в № 7 за 2025-й, части 8.1 и 8.2 — в № 10 и 11 за 2025-й, часть 9.1 — в № 4 за 2026 год. Десятая часть цикла статей посвящена описанию ключевых результатов развития цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®, а также описанию примеров разработки цифровых двойников и проведения цифровых (виртуальных) испытаний с применением цифровой платформы для реализации проектов в области специального атомного машиностроения.

Ключевые результаты разработки и развития цифровой платформы CML-Bench®

Основу современной промышленности в условиях достижения технологического лидерства [1] составляют передовые цифровые и производственные технологии разработки, производства и вывода высокотехнологичной продукции на рынок. Среди особо значимых направлений формирования суверенной технологической экосистемы в стране необходимо выделить инновационные платформенные решения, технологию разработки цифровых двойников изделий, искусственный интеллект и машинное обучение, другие технологические направления.

В соответствии с национальным стандартом ГОСТ Р 57700.37—2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения» [2], разработанным СПбПУ совместно с ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», для создания цифровых двойников и проведения цифровых (виртуальных) испытаний рекомендуется применение программно-технологической платформы, обеспечивающей управление процессами и данными компьютерного моделирования (Simulation Process and Data Management, SPDM-системы [3]).

Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® является полностью российской SPDM-системой, разработкой ПИШ СПбПУ [4; 5]. Цифровая платформа прошла многократную отраслевую кастомизацию при выполнении наукоемких проектов для высокотехнологичных отраслей: двигателестроения, атомного, нефтегазового, энергетического машиностроения, авиастроения, автомобилестроения, судостроения и кораблестроения, ОПК, других отраслей. Результаты практической апробации платформы формируют интеллектуальный научно-технологический задел (Digital Brainware) и обеспечивают преемственность проектов [6-15], которые представлены в более чем 392 тысячах цифровых и проектных решений, накопленных на цифровой платформе CML-Bench® по состоянию на июль 2026 года.

Кроме того, на платформе реализованы AI-функциональные возможности, такие как интеллектуальные помощники, редуцированные модели, многокритериальная многопараметрическая оптимизация, которые ускоряют многодисциплинарные расчеты и повышают их эффективность (AI-функциональные возможности платформы рассмотрены в частях 8.1 и 8.2 цикла статей [13; 14], а также представлены далее).

В данной статье рассмотрены ключевые результаты разработки и развития отечественной SPDM-системы CML-Bench® за последние годы, представлены примеры реализованных с применением цифровой платформы CML-Bench® проектов в области специального атомного машиностроения (включая разработку элементов, узлов и конструкций толкательных печей спекания, печей остекловывания, аппаратов волоксидатора, транспортных контейнеров и др.), описаны некоторые функциональные возможности в области построения редуцированных моделей в подсистеме CML-Bench®.RomAI, а также описаны перспективы формирования научно-технологического потенциала для развития технологии цифровых двойников и платформенных решений в оборонно-промышленном комплексе.

Проект по разработке подложки толкательной печи спекания

В 2025 году специалистами ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» выполнен проект по разработке математической и цифровой модели подложки толкательной печи спекания. Проект реализован по заказу АО «Прорыв» с использованием цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®.

Целью работы являлась оптимизация конструкции подложек комплекса оборудования для спекания таблеток смешанного нитридного уран-плутониевого топлива — перспективного вида ядерного топлива, рассчитанного на применение в реакторах с замкнутым циклом и реакторах на быстрых нейтронах [16] — в целях снижения массы подложек и уменьшения износа внутренних частей толкательной печи спекания.

В состав комплекса входят 29 подложек с установленными на них так называемыми «лодочками», загруженными топливными таблетками, движущимися по скользящей кладке печи, что образует своеобразный «поезд», приводимый в движение толкательным механизмом.

Внешний вид геометрической модели исходной конструкции подложки с установленной на ней «лодочкой» показан на рис. 1.

В рамках проекта рассматривалось прямолинейное движение подложки по каналу печи спекания, с отсутствием контакта по боковым поверхностям вследствие достаточного конструкционного зазора. Подложка считалась равномерно загруженной и способной свободно расширяться под действием нагрева.

Для достижения поставленной цели разработана цифровая модель подложки, учитывающая основные геометрические особенности конструкции, а также данные о физико-механических свойствах применяемых материалов (вольфрам, диоксид циркония) и расчетные значения коэффициента трения в диапазоне от 0,5 до 1,5 при температуре от 50 до 1950 °С.

В рамках проекта проведены десятки расчетов и цифровых (виртуальных) испытаний конструкции, при этом благодаря применению функциональности «умной» очереди, реализованной в цифровой платформе CML-Bench®, удалось существенно сократить общее время выполнения цифровых испытаний и расчетных исследований. «Умная» очередь выполняет роль интеллектуального оркестратора вычислительных ресурсов, программно-аппаратной инфраструктуры, лицензий на программное обеспечение компьютерного моделирования (ПО КМ) и приоритетных задач. Это позволяет эффективно распределять вычислительные ресурсы при минимальном времени ожидания результатов и непрерывности расчетов с учетом доступности лицензий, приоритетности расчетов, анализа параметров расчетных моделей и цепочки связанных задач, предиктивной оценки времени реализации расчетов и др.

По результатам проведения оптимизационных расчетов в целях минимизации массы подложки толкательной печи спекания с учетом ограничений по перемещениям и напряжениям, а также по результатам выполненной технологической проработки получены варианты конструкции подложки (рис. 2), масса которых снижена на величину от 15 до 65% по сравнению с оригинальной конструкцией — в зависимости от конкретного конструктивного исполнения (в том числе толщины подложки).

Таким образом, выполненный проект с применением цифровой платформы CML-Bench® позволил в сжатые сроки решить комплекс оптимизационных задач и предложить индустриальному партнеру варианты конструкций, превосходящие исходную по таким параметрам, как вес, прочность и технологичность, что являлось критически важным для предприятия.

Автоматизированная система комплексного цифрового моделирования печи остекловывания

Разработка установок остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов относится к числу сложных научно-технических задач, поскольку в таких объектах одновременно протекают взаимосвязанные тепловые, электрофизические и гидродинамические процессы, что демонстрирует мультидисциплинарность и комплексность задачи [17].

Натурная доводка подобных изделий требует значительных временных и материальных ресурсов, а также связана с ограничениями по безопасности и воспроизводимости технологических режимов. Поэтому применение системного цифрового инжиниринга, цифрового моделирования и технологий цифровых двойников изделий позволяет перейти к расчетно-экспериментальному подходу, при котором проектные решения и эксплуатационные режимы предварительно проверяются в цифровой среде.

В рамках проекта, выполненного в 2023-2025 годах, создана автоматизированная система комплексного цифрового моделирования печи остекловывания. Она предназначена для эффективного проведения цифровых (виртуальных) испытаний, анализа технологических режимов, оценки теплового состояния критических узлов, исследования влияния конструктивных и режимных параметров, а также поддержки принятия инженерных решений при проектировании, доводке и эксплуатации промышленной установки.

Основой для разработки автоматизированной системы является цифровая платформа CML-Bench®, обеспечивающая интеграцию цифровых моделей, расчетных данных, ПО КМ, вычислительных ресурсов и результатов цифровых (виртуальных) испытаний в единой цифровой среде. На цифровой платформе реализованы автоматизированные расчетные цепочки, средства подготовки исходных данных, автоматизированного запуска расчетов, обработки и визуализации результатов, а также структурирования инженерной информации.

Цифровая модель, разрабатываемая в результате применения автоматизированной системы, представляет собой систему взаимосвязанных математических и компьютерных моделей основных узлов печи остекловывания. В ее состав входят компьютерная модель тигля, компьютерная модель системы охлаждения, компьютерная модель узла слива, компьютерная модель установки индукционного нагрева, компьютерная модель прочности и ресурса. Объединение этих моделей в цифровой платформе позволяет рассматривать печь как единую мультифизическую систему — цифровую модель печи, в которой изменение параметров одной подсистемы влияет на поведение других подсистем, в связи с чем требуется комплексный автоматизированный подход к разработке подобных конструкций для учета взаимосвязанных параметров. Связи между подсистемами сформированы в соответствии со схемой, представленной на рис. 3.

Для обеспечения достоверности цифровой модели был сформирован валидационный базис на основе данных натурных испытаний, полученных от заказчика. Выполнена разметка данных MES-системы предприятия, выделены временные интервалы основных режимов работы печи: дозирование, выдержка и слив стекломассы. На этой основе сформированы карта режимов и матрица целевых показателей, используемые при постановке расчетных задач и валидации для сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными.

Созданная автоматизированная система позволяет:

• проводить цифровые (виртуальные) испытания конструкций на различных режимах работы печи;
• рассчитывать температурные поля в расплаве, огнеупорных и металлических элементах;
• получать значения температур в контрольных точках;
• анализировать влияние схем электрической коммутации, параметров охлаждения и индукционного нагрева;
• оценивать условия подготовки слива;
• выполнять расчеты прочности и оценки ресурса;
• сравнивать различные проектные и режимные варианты.

Работа пользователя с системой организована по логике проведения цифровых испытаний: пользователь выбирает расчетный сценарий, задает исходные параметры режима (например, схему электрической коммутации, расходы охлаждающего воздуха, параметры индукционного нагрева и др.) и запускает автоматизированную расчетную цепочку на цифровой платформе. Далее система автоматически обращается к расчетному ПО КМ и формирует результаты в виде численных значений, графиков, изображений и распределений физико-механических полей.

Такой подход снижает количество ручных операций, обеспечивает воспроизводимость расчетов и уменьшает риск ошибок при передаче данных между моделями и программными средствами. Полученные результаты могут использоваться для анализа расчетных вариантов, подготовки отчетных материалов, уточнения проектных решений, выбора рациональных режимов эксплуатации и др.

Важным итогом проекта стало доведение архитектуры цифровой модели до уровня промышленно применимой автоматизированной системы. В рамках работ были разработаны и поставлены компоненты программно-аппаратного комплекса, выполнены установка, настройка, пусконаладочные работы и тестирование системы на площадке заказчика. Также проведено обучение сотрудников ФГУП «ПО «Маяк» работе с цифровой платформой CML-Bench® и автоматизированной системой моделирования, цифровыми моделями и средствами анализа данных, используемых при разработке конструкции и планировании режимов работы.

Таким образом, результатом проекта стала развернутая на промышленном предприятии автоматизированная система комплексного цифрового моделирования печей остекловывания. Она обеспечивает проведение цифровых (виртуальных) испытаний, анализ режимов работы, оценку теплового состояния узлов и использование результатов моделирования для проектирования, доводки и планирования эксплуатации оборудования. Разработанная система формирует основу для дальнейшего развития и наполнения цифрового двойника печи остекловывания, включая подключение и интеграцию данных по результатам эксплуатации, построение редуцированных и суррогатных моделей (подробнее об этом — в части 8.1 [14]), а также развитие инструментов предиктивной аналитики.

Стоит отметить, что разработанная автоматизированная система зарегистрирована в качестве программы для ЭВМ. Так, в марте 2026 года ФГУП «ПО «Маяк» совместно со специалистами ПИШ СПбПУ получен патент № 2026615838 на программу параметризации и автоматизации запуска компьютерных моделей «Цифровая модель печи остекловывания» [18], что служит подтверждением инновационного потенциала и практической значимости выполненной работы.

Разработка цифровой модели аппарата волоксидатора

В настоящее время в атомной промышленности проводятся масштабные работы по созданию оборудования для осуществления волоксидации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Волоксидация — это процесс термического окисления ОЯТ, при котором разрушается его кристаллическая решетка и высвобождаются летучие радиоактивные газы и продукты деления (в том числе тритий), что требуется для очистки отработавшего топлива от газовых примесей. Тем самым снижаются объемы жидких радиоактивных отходов и упрощается последующая регенерация урана, что позволяет повторно использовать уран в топливном цикле и решить экологическую задачу по снижению объема высокоактивных отходов, подлежащих захоронению.

Создание цифровой модели волоксидатора позволяет исследовать движение подаваемого материала (ОЯТ) и параметры, влияющие на процесс волоксидации. Разработка модели способствовала уменьшению объема необходимых натурных испытаний и сокращению времени разработки новых конструкций волоксидатора под требуемые характеристики.

В 2025 году специалистами ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» выполнена НИР для АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» (Госкорпорация «Росатом») в рамках государственного контракта № Н.4м.241.09.25.1072 от 06.06.2025 на выполнение НИОКР, предполагающей разработку цифровой модели аппарата волоксидатора с использованием цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®.

В ходе реализации проекта на базе цифровой платформы CML-Bench® разработана мультифизическая цифровая модель волоксидатора, включающая взаимосвязанные математические, компьютерные и цифровые модели для исследования процессов:

1. Подачи и распределения материала (ОЯТ) в волоксидаторе.
2. Взаимодействия материала с потоком газа.
3. Движения и выхода пыли из рабочего объема волоксидатора.

Также разработаны цифровые модели для определения параметров герметичности, напряженно-деформированного состояния, теплопередачи при эксплуатации аппарата волоксидатора. На цифровой платформе реализованы автоматизированные расчетные цепочки, средства подготовки исходных данных, автоматизированного запуска расчетов, обработки и визуализации результатов, а также структурирование выходных данных, что позволило эффективно провести комплекс цифровых (виртуальных) испытаний процессов волоксидации и в короткие сроки оптимизировать конструкцию аппарата с учетом жестких требований отраслевых стандартов и правил безопасности.

Внешний вид цифровой модели аппарата волоксидатора при подаче и распределении материала показан на рис. 4.

Для моделирования движения материала использован метод дискретных элементов (DEM), являющийся наиболее эффективным способом моделирования сыпучего материала. Для моделирования пылеуноса использован метод гидродинамики несущего потока и взаимодействия с дисперсной фазой пыли (DPM/DDPM).

Данные задачи предполагают моделирование большого количества частиц и являются крайне ресурсоемкими. Благодаря алгоритмам распределения очередности расчетов («умной» очереди), а также возможности параллельных вычислений, реализованной в цифровой платформе CML-Bench®, удалось существенно сократить общее время выполнения цифровых (виртуальных) испытаний.

Разработанная цифровая модель позволила провести цифровые (виртуальные) испытания для определения оптимальной конфигурации ступеней, их количества, общих размеров волоксидатора, оптимального количества и частоты подаваемого материала, а также параметров подачи газа. Тем самым выполнена задача проекта по формированию оптимальной конструкции аппарата волоксидатора с учетом результатов моделирования процессов подачи и распределения материала, взаимодействия с потоком газа и вывода пыли, что является критически важным для эффективной эксплуатации аппарата, его производительности и надежности.

Разработка ВИП для проведения цифровых испытаний транспортного контейнера

Основными целями проекта выступали разработка цифрового (виртуального) испытательного полигона (ВИП) для оценки работоспособности конструкции в соответствии с требованиями российских [19] и международных [20] правил безопасной перевозки радиоактивных материалов, а также доработка конструкции теплоизоляции с сохранением массогабаритных свойств исходной конструкции транспортного контейнера.

Разработка ВИП проведена с использованием цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®. Перечень цифровых (виртуальных) испытаний транспортного контейнера, проведенных на платформе, составлен на основании исходных данных, верификационного и валидационного базиса, и дополнялся в течение всего этапа разработки. Всего было проведено 130+ цифровых (виртуальных) испытаний, в которых были рассмотрены различные тепловые режимы работы конструкции.

Основной задачей проведения цифровых испытаний является получение достоверных данных и результатов расчетов о распределении температур в конструкции транспортного контейнера при различных тепловых условиях, включая охлаждение в холодильнике, механические испытания, нормальные условия транспортировки и пожар. Также важным аспектом моделирования было подтверждение соблюдения требований безопасности при эксплуатации контейнера в указанных условиях.

В рамках проекта проведено исследование влияния теплофизических характеристик пенококса (вспененного углеродного материала для теплоизоляции) на тепловое состояние содержимого транспортного контейнера. Рассмотрена зависимость максимальной температуры содержимого от двух ключевых параметров материала: коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости. Целью исследования стала оценка чувствительности температурного поля в активной зоне к изменению указанных свойств в диапазоне, характерном для существующих композиций вспучивающихся покрытий.

В рамках исследований было рассмотрено 15 различных композиций вспучивающихся покрытий. Удельная теплоемкость варьировалась от 4032,0 до 9016,0 Дж/(кг·К), а коэффициент теплопроводности — от 0,329 до 1,019 Вт/(м·К). По результатам цифровых испытаний максимальная температура содержимого транспортного контейнера составила 348 °C, минимальная — 218 °C.

Проведенные расчеты на цифровой платформе CML-Bench® за счет функциональных возможностей прослеживаемости изменений, автоматизации расчетных цепочек, инструментов мультидисциплинарной и многокритериальной оптимизации и бесшовной интеграции с системами инженерного анализа позволили выявить чувствительные к температурам зоны конструкции и определить последствия нарушений температурных режимов для выполнения требований безопасности.

Таким образом, методология системного цифрового инжиниринга и проведение цифровых (виртуальных) испытаний на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах с целью разработки цифровых двойников изделий выступает наиболее эффективным инструментом для проверки различных сценариев эксплуатации конструкций, анализа критических зон в разрезе оцениваемых параметров и требований, а также оптимизации узлов и конструкций высокотехнологичных изделий атомного машиностроения, что позволяет минимизировать затраты и ускорить вывод продукции на рынок в условиях формирования технологического лидерства.

Развитие подсистемы построения редуцированных моделей CML-Bench®.RomAI

СПбПУ активно вовлечен в формирование и достижение технологического лидерства, в частности, в рамках реализации программы «Приоритет-2030» по трем ключевым научно-технологическим направлениям (КНТН), одно из которых — КНТН-1 «Системный цифровой инжиниринг».

Как было отмечено выше, в частях 8.1 и 8.2 цикла статей рассмотрены три AI-подсистемы, реализованные на платформе CML-Bench® [14; 15]:

• CML-Bench®.AI-Assistant — для интеллектуальной поддержки принятия решений инженерами в процессе создания цифровых двойников изделий;
• CML-Bench®.RomAI — для построения редуцированных (ROM — Reduced Order Models) и суррогатных моделей;
• CML-Bench®.OptiCore — для многопараметрической многокритериальной оптимизации.

В 2025 году подсистема построения суррогатных и редуцированных моделей CML-Bench®.RomAI в рамках реализации проекта КНТН-1 была дополнена модулем моделирования в режиме реального времени (Real-time), который для построенной редуцированной модели (на базе сингулярного разложения, SVD) в автоматизированном режиме генерирует интерфейс пользователя, содержащий поля ввода параметров редуцированной модели: значений нагрузок, характеристик материалов, геометрических параметров.

Таким образом, после построения редуцированной модели у пользователя появляется удобный инструмент, в котором он может проверить, как будет работать изделие при изменении интересующих пользователя параметров. Данный модуль был протестирован на задачах из области термоядерной энергетики. В частности, была построена редуцированная модель нестационарного нелинейного расчета теплового состояния диагностического модуля токамака ITER при воздействии пожара, позволяющая пользователю выбирать произвольный материал и мгновенно получать состояние системы в нужный момент времени (рис. 5).

Кроме того, в рамках тестирования модуля была построена редуцированная модель электромагнитного расчета камеры токамака, в которой пользователь может задавать параметры токов в катушках и получать распределение магнитного поля и вихревых токов в камере токамака. В дальнейшем модель будет доработана для управления положением плазмы в режиме реального времени.

В перспективе данный модуль позволит ученым с помощью моделирования отслеживать положение плазмы в режиме реального времени, а также прогнозировать поведение плазмы в зависимости от управляющих воздействий (токов в катушках). Разработанная редуцированная модель также позволит решить и обратную задачу — какими должны быть управляющие воздействия, чтобы гарантированно удерживать плазму в требуемом состоянии.

Таким образом, разработанный модуль позволит связать подсистему CML-Bench®.RomAI с MES-системой предприятия, где развернута платформа CML-Bench®, для осуществления предиктивной диагностики оборудования на основе Real-time моделирования с учетом критических параметров эксплуатации оборудования. В настоящий момент разработанный модуль находится на стадии внутреннего тестирования.

Обучение по программе «Системный цифровой инжиниринг на платформе CML-Bench®» для сотрудников ООО «Центротех-Инжиниринг»

Передовая инженерная школа СПбПУ регулярно проводит комплексные программы повышения квалификации для представителей высокотехнологичной промышленности, включая индустриальных партнеров и заказчиков, а также пользователей цифровой платформы CML-Bench®. Так, в ПИШ СПбПУ успешно завершилось обучение сотрудников ООО «Центротех-Инжиниринг» (входит в контур управления АО «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом»), которое проходило в конце апреля 2026 года по программе дополнительного профессионального образования (ДПО) повышения квалификации «Системный цифровой инжиниринг на цифровой платформе CML-Bench®» в объеме 36 академических часов. В обучении принимали участие 12 сотрудников ООО «Центротех-Инжиниринг» (рис. 6).

Программа ДПО нацелена на формирование базовых знаний, связанных с современными цифровыми технологиями и возможностями их применения в рамках профессиональной деятельности, и состоит из двух модулей:

• модуль 1. Основы объектно-ориентированного системного инжиниринга;
• модуль 2. Управление инженерными проектами с помощью цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench®.

В ходе обучения были представлены понятия документоцентричного и моделецентричного процесса, опыт применения системного подхода к инженерной деятельности, декомпозиция требований и композиция подтверждающей документации и результатов компьютерного моделирования. Также в рамках модуля 1 слушатели ознакомились с принципами управления требованиями при проектировании изделий, верификации и валидации цифровых моделей, а также с нормативно-технической документацией в области компьютерного моделирования. Особое внимание уделено понятию «цифровой сертификации» [15; 21; 22].

Модуль 2 был посвящен управлению инженерными проектами с помощью цифровой платформы CML-Bench®. Так, слушатели были разделены на команды, задачами которых стали декомпозиция объекта, формирование требований к объекту исследований, решение модельных задач прочности и гидрогазодинамики на цифровой платформе CML-Bench®. Это позволило ознакомиться с архитектурой и функциональными возможностями платформы, а также инструментами для командной работы.

Цифровая платформа CML-Bench® применяется в ООО «Центротех-Инжиниринг» с 2022 года. По заказу ООО «Центротех-Инжиниринг» на цифровой платформе CML-Bench® инженерами СПбПУ выполнялись проекты по разработке динамического компрессора низкого давления (подробнее — в части 4 [9]), моделированию композиционных материалов (подробнее — в части 7 [12]) и другие. Кроме того, с 2021 года в ПИШ СПбПУ реализуется магистерская программа «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство», разработанная совместно с АО «ТВЭЛ», ООО «НПО «Центротех» и ООО «Центротех-Инжиниринг» в соответствии с дорожной картой сотрудничества СПбПУ и АО «ТВЭЛ».

По материалам обратной связи от слушателей программа ДПО получила высокие оценки специалистов ООО «Центротех-Инжиниринг», которые выразили готовность рекомендовать данный курс коллегам. Мероприятие стало важным шагом к полномасштабному внедрению передовых цифровых решений в инженерную практику компании и укреплению ее позиций на рынке.

Перспективы развития технологии цифровых двойников в оборонно-промышленном комплексе

Опыт реализации наукоемких проектов и успешная апробация цифровой платформы CML-Bench® в атомном машиностроении наглядно подтверждает универсальность и междисциплинарность подходов к созданию цифровых двойников сложных физических систем. Высокий потенциал кросс-отраслевой применимости отработанных методологий и программных решений позволяет осуществлять трансфер технологий и интегрировать подход цифрового инжиниринга, технологию цифровых двойников и интеллектуальные инструменты в смежные высокотехнологичные отрасли, в том числе ОПК.

Сегодня в ходе разработки новых перспективных образцов вооружений, военной и специальной техники (ВВСТ) разработчики оказываются в «долине смерти»: чем позже вносятся изменения в конструкцию, тем дороже эти изменения будут стоить. При этом для внесения изменений необходимо возвращаться на предыдущие стадии и этапы жизненного цикла продукции, как правило, на стадию разработки, в связи с чем временные и финансовые затраты значительно превышают плановые значения.

Сократить количество итераций разработки, производства и испытаний, а также уменьшить количество изменений, вносимых в конструкцию или систему на стадии разработки ВВСТ, возможно за счет применения технологии цифровых двойников, в рамках которой формируется комплекс цифровых (виртуальных) испытаний на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах, обеспечивающий снижение количества натурных испытаний конструкции до минимально необходимого, достаточного для подтверждения соответствия требованиям технического задания.

В целях эффективности организации процессов разработки ВВСТ и решения вышеуказанной проблемы требуется разработка и применение платформенных решений — специализированного инструментария, позволяющего оперативно вносить и быстро анализировать большие объемы изменений на ранних этапах проектирования, — при выполнении научно-исследовательских работ, аванпроектов, а также на начальных стадиях опытно-конструкторских работ (разработка эскизного проекта, технического проекта и рабочей конструкторской документации для изготовления опытного образца военной техники) с соблюдением всех требований к защищенности сведений, составляющих государственную тайну.

В 2025 году в России инициирована разработка Межведомственной комплексной целевой программы (МКЦП) по развитию технологий цифровых двойников для изделий (образцов) вооружения, военной и специальной техники в интересах организаций оборонно-промышленного комплекса [23]. Разработка программы ведется по поручению Президента РФ под руководством Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, программа согласована с Министерством обороны Российской Федерации и находится на стадии согласования в Правительстве Российской Федерации.

Данная программа направлена на формирование плана мероприятий по разработке и внедрению технологии цифровых двойников в оборонно-промышленный комплекс. Реализация программы призвана обеспечить:

• ускорение разработки и вывода перспективных образцов ВВСТ на стадию серийного производства, в том числе за счет внедрения технологий параллельного проектирования и единой платформенной среды (например, на базе SPDM-системы CML-Bench®, обладающей сертификатом соответствия требованиям безопасности программного обеспечения ФСТЭК России по 6-му уровню доверия [24]);
• радикальное снижение затрат на натурные испытания за счет многократного увеличения цифровых (виртуальных) испытаний на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах;
• минимизацию стоимости владения ВВСТ на всех этапах жизненного цикла, в том числе переход к системе предиктивного обслуживания и оптимизации режимов работы, обеспечение сквозного жизненного цикла оборонной продукции;
• повышение надежности и безопасности применения военной техники за счет моделирования экстремальных режимов работы и нештатных ситуаций;
• технологическую независимость процессов проектирования и эксплуатации за счет использования доверенных отечественных решений.

Письмом Минпромторга России от 27.02.2026 г. № 20006/25 ПИШ СПбПУ предложена в качестве организации, ответственной за проведение работ по организационно-методическому сопровождению формирования предложений по мероприятиям МКЦП в отрасли беспилотных систем и робототехники.

Технология цифровых двойников и цифровая платформа CML-Bench® была применена и подтвердила свою эффективность в реализации целого ряда НИОКР при разработке высокотехнологичных изделий ОПК и беспилотных систем [15].

Следует отметить, что методические рекомендации по формированию предложений по мероприятиям (проектам) МКЦП по развитию технологий цифровых двойников для изделий (образцов) вооружения, военной и специальной техники в интересах организаций оборонно-промышленного комплекса содержат перечень из 37 типовых мероприятий плана мероприятий МКЦП в разрезе типоряда/класса изделий ВВСТ, а также стадий жизненного цикла, на которых планируется применение технологий цифровых двойников. Введенные в упомянутом выше ГОСТ Р 57700.37—2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения» термины покрывают ~70% перечня типовых мероприятий МКЦП, что свидетельствует о значительном вкладе разработанного стандарта в развитие инструментария по созданию цифровых двойников в оборонном комплексе страны и подтверждает практикоориентированную направленность положений стандарта, имеющую потенциал для формирования технологического лидерства в высокотехнологичных отраслях, включая оборонно-промышленный комплекс (рис. 7).

Таким образом, многолетний опыт ПИШ СПбПУ в области системного цифрового инжиниринга при эффективном применении цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® обеспечил проведение многовариантных цифровых (виртуальных) испытаний на специализированных цифровых испытательных стендах и полигонах, сквозное и обоснованное управление требованиями, изменениями и данными, что способствовало ускоренному выводу изделий высокотехнологичных отраслей, включая специальное атомное машиностроение, на рынок.

Цифровая платформа CML-Bench® и ее внедрение в промышленность обеспечивают генерацию, накопление и использование инженерных знаний, цифровых и проектных решений, результатов цифровых (виртуальных) испытаний и мультидисциплинарных расчетов, что однозначно способствует достижению технологического лидерства России во многих отраслях промышленности.

Список источников

1. Указ Президента РФ от 7 мая 2024 № 309 «О национальных целях развития РФ на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года». URL: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202405070015.
2. ГОСТ Р 57700.37—2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. URL: https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=241313.
3. Приказ Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ от 22 сентября 2020 г. № 486. URL: https://base.garant.ru/74832091/.
4. CML-Bench® — цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников. URL: https://cml-bench.ru/.
5. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® — Реестр программного обеспечения. URL: https://reestr.digital.gov.ru/reestr/310460/?sphrase_id=1514023.
6. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 1) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2023. № 8. С. 42-51.
7. Боровков А.И. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 2) / А.И. Боровков, В.В. Бураков // САПР и графика. 2023. № 9. С. 54-64.
8. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 3) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2023. № 10. С. 50-62.
9. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 4) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 5. С. 4-12.
10. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 5) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 7. С. 4-16.
11. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 6) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 8. С. 12-24.
12. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 7): разработка и применение цифровых двойников композиционных материалов / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 7. С. 4-18.
13. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 8.1): применение параметрической оптимизации, методов машинного обучения и генеративного искусственного интеллекта при разработке цифровых двойников изделий / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 10. С. 19-29.
14. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 8.2): применение параметрической оптимизации, методов машинного обучения и генеративного искусственного интеллекта при разработке цифровых двойников изделий / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 11. С. 32-41.
15. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 9.1): применение в отрасли беспилотных авиационных систем / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2026. № 4. С. 16-28.
16. Комплекс оборудования для спекания таблеток смешанного нитридного уран-плутониевого топлива. URL: https://sosny.ru/kompleks-oborudovaniya-dlya-spekaniya-tabletok-smeshannogo-nitridnogo-uran-plutonievogo-topliva.html.
17. Особенности разработки цифрового двойника эвакуируемого малогабаритного плавителя прямого джоулевого нагрева дизайна ФГУП «ПО «Маяк» / Ю.А. Горский, Д.С. Евстратов, Н.В. Мельникова [и др.] // Радиоактивные отходы. 2025. № 2(31). С. 45-59. DOI 10.25283/2587-9707-2025-2-45-59.
18. ФГУП «Производственное объединение «Маяк» получило патент на ПО для создания цифрового двойника печи остекловывания РАО, разработанное совместно со специалистами Инжинирингового центра ПИШ СПбПУ. URL: https://fea.ru/news/9346.
19. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии «Правила безопасности при транспортировании радиоактивных материалов» (НП-053-16). URL: https://base.garant.ru/71594796/.
20. Правила безопасной перевозки радиоактивных материалов № SSR-6 (Rev. 1). Вена: МАГАТЭ, 2018. URL: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/P1798R_web.pdf.
21. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 07.11.2023 г. № 3113-р. URL: http://government.ru/docs/all/150406/.
22. Правительство актуализировало стратегическое направление в области цифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности. URL: http://government.ru/docs/50038/.
23. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого и ПСБ подписали Соглашение о стратегическом партнерстве в области цифровых двойников для обеспечения технологического лидерства страны. URL: https://pish.spbstu.ru/news/9143.
24. Цифровая платформа CML-Bench® получила сертификат ФСТЭК для работы с коммерческой тайной. URL: https://pish.spbstu.ru/news/9052.

Статья представляет девятую часть цикла статей «Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников “Digital Twins” CML-Bench®». Первые три части статьи опубликованы в № 8-10 за 2023 год, четвертая, пятая и шестая — в № 5, 7 и 8 за 2024-й, седьмая — в № 7 за 2025-й, части 8.1 и 8.2 — в № 10 и 11 за 2025 год. Девятая часть цикла статей посвящена описанию ключевых результатов развития цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® в отрасли БАС. В статье, состоящей из трех разделов, освещены ключевые аспекты проектов беспилотной авиации, реализованных на базе цифровой платформы CML-Bench®. В первой части (9.1) рассматривается разработка беспилотных воздушных судов с системой вертикального взлета-посадки серии «Снегирь», заделы и достижения в части разработки сверхлегкого самолета для агропромышленности CML-Aeroplane, обозначены ключевые вопросы становления процесса «цифровой сертификации» в рамках национального проекта технологического лидерства «Беспилотные авиационные системы», приведены сведения о реализации Стратегии развития беспилотной авиации РФ до 2030/2035 годов в части оснащения платформы цифровыми (виртуальными) испытательными стендами и полигонами для проведения цифровых испытаний БАС. Вторая часть (9.2) посвящена архитектуре, функциональным модулям и компонентам специализированной версии платформы — ЦП РПЦД БАС. В заключительной части (9.3) представлены результаты создания демонстратора программного комплекса для автоматизированного проектирования и расчета электрических винтомоторных групп беспилотных воздушных судов.

Краткое описание цифровой платформы CML-Bench®

Новые экономические вызовы и геополитические изменения требуют быстрого освоения сквозных передовых технологий, создания инновационных продуктов и достижения технологического лидерства в приоритетных отраслях промышленности в соответствии с национальными целями развития России [1]. Одной из таких критически важных приоритетных отраслей является беспилотная авиация — быстроразвивающаяся отрасль экономики, которая стимулирует опережающее развитие в смежных высокотехнологичных секторах, включая технологии цифрового проектирования и моделирования, что позволяет заложить основы цифровой трансформации промышленности, а также расширить границы применения беспилотных воздушных судов гражданского и военного назначения.

В 2023 году утверждена Стратегия развития беспилотной авиации РФ на период до 2030 года и на перспективу до 2035 года (Распоряжение Правительства РФ от 21 июня 2023 г. № 1630-р) — [2], в целях реализации которой запущен одноименный национальный проект технологического лидерства. Стратегия определила необходимость кардинального ускорения процессов разработки, производства и сертификации беспилотных воздушных судов (БВС), а также создания принципиально новой цифровой инфраструктуры для проектирования и испытаний БВС.

Ключевым инструментом достижения поставленных целей является цифровой инжиниринг — подход к разработке высокотехнологичных изделий, позволяющий заменить значительную часть дорогостоящих и длительных натурных испытаний цифровыми (виртуальными) испытаниями, а также управлять всем жизненным циклом изделия на основе технологии цифровых двойников. В соответствии с национальным стандартом ГОСТ Р 57700.37—2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения» [3] для разработки цифровых двойников и проведения цифровых испытаний рекомендуется применение программно-технологической платформы, обеспечивающей управление процессами и данными компьютерного моделирования (Simulation Process and Data Management, SPDM-системы [4]).

Важно подчеркнуть, что в ноябре 2023 года ГОСТ Р 57700.37—2021 был официально включен в перечень взаимно признаваемых стандартов в сфере авиастроения между Россией и Китайской Народной Республикой [5], что подтвердило высокий уровень значимости стандарта для развития технологии цифровых двойников не только в национальном, но и международном пространстве.

Российской SPDM-системой является разработка ПИШ СПбПУ — цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® [6; 7]. Платформа прошла многократную отраслевую кастомизацию при выполнении наукоемких проектов для высокотехнологичных отраслей: автомобилестроения, двигателестроения, атомного, нефтегазового и энергетического машиностроения, авиастроения, судостроения, кораблестроения и др.

По состоянию на апрель 2026 года на цифровой платформе CML-Bench® представлено более 388 тыс. цифровых и проектных решений: в первую очередь верифицированных и валидированных математических, компьютерных и цифровых моделей, обладающих высоким уровнем адекватности реальным материалам, изделиям, физико-механическим, технологическим и эксплуатационным процессам, а также результатов цифровых испытаний, мульти- и междисциплинарных задач механики деформируемого твердого тела, механики жидкости и газа, тепломассообмена, оптимизации и других типов анализа, что является интеллектуальным научно-технологическим заделом (Digital Brainware) и обеспечивает преемственность проектов [8-14]. На платформе также реализованы AI-функциональные возможности (интеллектуальные помощники, редуцированные модели, многокритериальная многопараметрическая оптимизация), позволяющие ускорять многодисциплинарные расчеты и повышать их эффективность (AI-функциональные возможности платформы рассмотрены в частях 8.1 и 8.2 цикла статей [15; 16]).

Платформа включена в Единый реестр отечественного программного обеспечения и баз данных (реестровая запись № 9110 от 16.02.2021 г. на основании приказа Минцифры России от 16.02.2021 г. № 84), цифровая платформа CML-Bench® имеет статус «средство управления процессами и данными компьютерного моделирования (SPDM)» по основному классу [7].

CML-Bench® интегрирует более 225 программных систем и модулей, включая передовые CAD-, CAE-, CAO-, PDM- и PLM-решения. Среди интегрированных отечественных CAE-систем: FlowVision (ООО «Тесис»), CAE Fidesys (ООО «Фидесис»), Универсальный механизм (ООО «Вычислительная механика»), ELCUT 6.6 (ООО «Тор»), QForm (ООО «Кванторформ»), ЛОГОС (РФЯЦ-ВНИИЭФ) — [13] и др. Для решения задач импортозамещения в части управления жизненным циклом разработан модуль миграции данных из Siemens Teamcenter (PLM) на CML-Bench® [13].

Многолетний опыт и накопленный научно-технологический задел легли в основу создания специализированной версии платформы для отрасли беспилотных авиационных систем — Цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников БАС (ЦП РПЦД БАС). В марте 2023 года ПИШ СПбПУ разработала концепцию единой среды проектирования БАС на базе CML-Bench®, которая затем была закреплена в Стратегии развития беспилотной авиации (пункт 2.4 плана мероприятий): «Cоздание и развитие отечественной цифровой платформы в целях оптимизации методик проектирования беспилотных авиационных систем и их компонентов» [2].

В 2024 году ПИШ СПбПУ заключила стратегический контракт с АНО «Федеральный центр БАС» на выполнение работ по развитию системы цифровых (виртуальных) испытательных стендов (далее — ВИС) и полигонов (ВИП), проведению цифровых испытаний элементов БВС [17], что подтвердило статус ПИШ СПбПУ в качестве полноправного участника реализации национального проекта технологического лидерства по развитию БАС.

Цифровая платформа разработки и применения цифровых двойников БАС (ЦП РПЦД БАС) на базе CML-Bench® является не просто программным продуктом, а системообразующим элементом формирующейся отрасли беспилотной авиации России, поскольку обеспечивает сквозной цифровой процесс проектирования, цифровых испытаний и «цифровой сертификации», а также служит базой для накопления моделей, знаний, компетенций и лучших практик. Подробнее результаты данной работы по разработке и наполнению ЦП РПЦД БАС будут представлены в части 9.2 цикла статей.

В 2023-2026 годах ПИШ СПбПУ были достигнуты значительные результаты, рассматриваемые в части 9.1 цикла статей:

• отработаны структура и принципы создания цифровых (виртуальных) испытательных стендов (ВИС), цифровых (виртуальных) испытательных полигонов (ВИП), параметрических шаблонов численных математических моделей (ПШЧММ) и численных математических моделей (ЧММ) для элементов БВС и конструкции БВС в целом на цифровой платформе CML-Bench®;
• разработаны опытные образцы беспилотных летательных аппаратов серии «Снегирь»: «Снегирь-1» (разработан от идеи до первого полета за рекордные пять месяцев), «Снегирь-1.5» (проведены усовершенствования цифровых моделей на базе цифровой платформы, отработана система управления) и «Снегирь-2» (улучшены характеристики, повышена устойчивость, внедрена модульность конструкции, унификация с возможностью быстрой сборки, разборки, замены элементов), которые успешно прошли летные испытания;
• победа команды ПИШ СПбПУ на Чемпионате России по спорту сверхлегкой авиации на модернизированном самолете МИКС-500 [18] в дисциплине «Микросамолет-1», что стало первым этапом создания нового сверхлегкого самолета CML-Aeroplane с применением подхода «цифровой сертификации» на базе цифровой платформы CML-Bench®;
• разработан оригинальный электродвигатель CML_03 с улучшенными тяговыми характеристиками для решения задач импортозамещения;
• проведено тестирование платформы ЦП РПЦД БАС специалистами компаний-разработчиков БАС по результатам обучения по работе на платформе. Обучение проводилось на базе инженерных задач компаний-разработчиков БАС (рассмотрены задачи для шести различных типов БВС: самолетного, вертолетного, мультироторного типа, конвертоплан, гидросамолет, циклолет и др.).

Особое значение для развития отрасли имеет внедрение «цифровой сертификации»* — этот термин введен в нормативное поле в редакции ПИШ СПбПУ и закреплен в Распоряжении Правительства РФ № 3113-р от 7 ноября 2023 года (а также в ред. Распоряжения Правительства РФ от 26 февраля 2026 г. № 378-р) [19; 20] — более подробно см. ниже. В ноябре 2025 года на VII Всероссийском форуме «Передовые цифровые и производственные технологии», который ежегодно организует ПИШ СПбПУ, состоялся круглый стол «Сертификация БАС», в котором приняли участие представители АНО «ФЦ БАС», Союза авиапроизводителей России, ЦАГИ и других организаций.

* «Цифровая сертификация» — специализированный бизнес-процесс, основанный на тысячах (десятках тысяч) цифровых (виртуальных) испытаний как отдельных компонентов, так и системы в целом, целью которого является прохождение с первого раза всего комплекса натурных, сертификационных и прочих испытаний [Расп. Правительства РФ от 7 ноября 2023 года № 3113-р (в ред. Расп. Правительства РФ от 26 февраля 2026 г. № 378-р)].

В ходе круглого стола обсуждался, в частности, риск-ориентированный подход к сертификации (с 1 марта 2026 года в Воздушный кодекс введено понятие «дифференцированный и соразмерный подход»), а также предложение об аккредитации цифровых (виртуальных) испытательных полигонов (ВИП) в Росавиации как официальных испытательных лабораторий. Такой подход обеспечит прохождение натурных сертификационных испытаний с первого раза и, в перспективе, позволит признавать результаты цифровых испытаний наравне с натурными, что кратно сократит сроки и стоимость вывода БВС на рынок, и является критически важным для формирования процедур «цифровой сертификации» в стране.

Цифровые испытания элементов БВС на цифровой платформе CML-Bench®

В методологии системного цифрового инжиниринга, реализованной на платформе CML-Bench®, первостепенным этапом в разработке беспилотного воздушного судна (БВС) является его иерархическая декомпозиция на функциональные и конструктивные подсистемы (рис. 1). Такая декомпозиция опирается на положения национальных стандартов — в частности, ГОСТ Р 59517—2021 «Беспилотные авиационные системы. Классификация и категоризация», ГОСТ Р 59519—2021 «БАС. Компоненты БАС. Спецификация и общие технические требования» и ГОСТ Р 59518—2021 «БАС. Порядок разработки». На их основе формируется структура, включающая шесть укрупненных подсистем: планер/конструкция, силовая установка, топливо, целевая нагрузка, снаряжение и спецоборудование, а также бортовое оборудование и системы. Каждая подсистема детализируется до конкретных компонентов: крыла, фюзеляжа, оперения, шасси, двигателя, винтов, топливной системы, аккумуляторных батарей и т.д.

Рассмотренная декомпозиция позволяет систематизировать проведение комплекса цифровых (виртуальных) испытаний двух критически важных основных подсистем:

• планер/конструкция — на платформе реализованы ВИС и ВИП для расчетов аэродинамики, аэроупругости и нагрузок, прочности, а также моделирования испытаний образцов материалов, включая композиционные материалы. Цифровые испытания охватывают как отдельные элементы (крыло, фюзеляж, оперение, шасси и др.), так и их взаимодействие в составе всей конструкции;
• силовая установка — платформа поддерживает цифровые испытания двигателей всех типов, применяемых в БАС: электрических (с возможностью моделирования винтомоторных групп), поршневых, турбовинтовых, газотурбинных, гибридных.

Таким образом, в процессе декомпозиции конструкции БВС формируется структурно-функциональная схема, на основе которой на платформе CML-Bench® строятся автоматизированные расчетные цепочки, определяются необходимые ВИС и формируется доказательная документация для демонстрации соответствия требованиям сертификационного базиса в рамках реализации процедур «цифровой сертификации». Именно такой подход позволяет перейти от изолированных испытаний компонентов к сквозному цифровому моделированию всей системы БВС, что значительно сокращает сроки и стоимость разработки.

На основе выполненной декомпозиции БВС на платформе CML-Bench® формируется иерархическая структура цифровых (виртуальных) испытаний, охватывающая все ключевые подсистемы и режимы эксплуатации (рис. 2). Эта структура реализована в виде взаимосвязанных ВИС и ВИП, каждый из которых предназначен для решения конкретных задач математического и компьютерного моделирования.

На цифровой платформе реализованы следующие ключевые ВИП:

• цифровой (виртуальный) испытательный полигон (ВИП) «Аэродинамика» объединяет ВИС для расчета характеристик крыла (построение поляр, кривых Жуковского, зависимостей аэродинамического качества от углов атаки и др.), аэродинамики БВС в самолетном режиме, аэродинамики устойчивости и управляемости и др. Для каждого ВИС используются соответствующие численные математические модели: от 2D-профилей крыла до полных 3D-моделей БВС с отклоненными рулевыми поверхностями, изменением углов крена, тангажа и рыскания и т.д.;
• цифровой (виртуальный) испытательный полигон (ВИП) «Аэроупругость и нагрузки» включает ВИС для расчета полетных и наземных нагрузок, а также решения задач аэроупругости, что позволяет оценивать поведение конструкции под действием аэродинамических сил и обеспечивать безопасность от явлений аэроупругости;
• цифровой (виртуальный) испытательный полигон (ВИП) «Прочность» охватывает статическую, динамическую и усталостную прочность, а также оценку интегральных жесткостных характеристик конструкции БВС. Цифровые испытания на этих ВИС позволяют обеспечить соответствие нормативным требованиям в части обеспечения прочности конструкции БВС и ее элементов, а также прохождение натурных испытаний с первого раза.

Отдельные ВИП предназначены для испытаний материалов — ВИП «Композиционные материалы», ВИП «Металлические материалы», ВИП «Неметаллические материалы». Для каждого типа материалов созданы соответствующие ВИС для испытаний образцов на растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение, срез, ударное повреждение и т.д. Это позволяет формировать математические модели материалов, используемых в конструкции БВС, обладающих высоким уровнем адекватности, прошедших полный цикл цифровых испытаний и процедуры валидации, в том числе на основе результатов натурных испытаний, и применять их при расчетах конструкции в ВИП «Прочность».

Важное место занимает ВИП «Электромоторы», на котором проводятся цифровые испытания электродвигателей: определение собственных частот колебаний, продувка для оценки аэродинамического сопротивления и охлаждения, электромагнитные расчеты и анализ теплового состояния. Это особенно актуально для электрических и гибридных силовых установок, которые активно применяются в современных БВС.

Таким образом, разработанная и представленная иерархическая структура ВИП и ВИС на платформе CML-Bench® обеспечивает большой объем цифровых испытаний (только в 2024-2025 гг. разработаны и использовались в практике проектирования БВС разного типа 1800 ЧММ, 30 ПШЧММ, 75 ВИС и 20 ВИП) — от аэродинамики и нагрузок до прочности и работы двигателей, что представляет фундаментальную основу для «цифровой сертификации» беспилотных воздушных судов (рис. 2). При этом иерархическая структура ВИП и ВИС дополняется и совершенствуется по результатам эксплуатации платформы CML-Bench® сотрудниками ПИШ СПбПУ и разработчиками БВС.

Семейство БВС «Снегирь» — от идеи до летной лаборатории за пять месяцев

В августе 2023 года специалисты ПИШ СПбПУ в инициативном порядке приступили к разработке БВС гибридной схемы (вертикальный взлет/посадка + горизонтальный полет). Всего за пять месяцев — от формулировки требований до первого полета — был создан опытный образец «Снегирь-1» (рис. 3). Реализация проекта в короткие сроки стала возможной исключительно благодаря применению инструментов системного цифрового инжиниринга и цифровых испытаний на платформе CML-Bench®.

В ходе реализации проекта на цифровой платформе CML-Bench® было проведено более 300 многовариантных цифровых испытаний по аэродинамике, прочности и аэроупругости, что позволило оптимизировать компоновку, конструкцию и улучшить характеристики летательного аппарата, в первую очередь аэродинамические и весовые характеристики. После изготовления опытного образца БВС были проведены летные испытания для подтверждения заявленных характеристик.

В марте 2024 года макет «Снегирь-1» был представлен Первому Заместителю Председателя Правительства РФ Д.В. Мантурову на Всемирном фестивале молодежи (ВМФ-2024), а также Специальному представителю Президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития, генеральному директору АНО «Платформа НТИ» Д.Н. Пескову и 40 отраслевым экспертам, руководителям производственных предприятий, АНО «Платформа НТИ» и АНО «Университет 2035» в рамках семинара по формуле автономности дрона под председательством Дмитрия Пескова в ПИШ СПбПУ.

Накопленные в процессе разработки БВС «Снегирь-1» цифровые данные (около 70% проектной информации) использованы для быстрого создания усовершенствованной модели «Снегирь-1.5» (2024 год). Созданные в рамках проекта «Снегирь-1» ВИП и ВИС, настроенные автоматизированные расчетные цепочки, параметризация граничных условий, варьирование материалов существенно сократили сроки разработки усовершенствованной модели.

В рамках проектирования БВС «Снегирь-1.5» на платформе CML-Bench® дополнительно разработаны специализированные ВИС, включая ВИС «Аэродинамический базис», «Модальный анализ», «Полетные нагрузки» и др. Это позволило эффективно провести расширенный цикл цифровых испытаний и изготовить БВС. В августе 2024 года «Снегирь-1.5» был представлен на форуме «Армия-2024», а в июле 2025 года — на выставке ИННОПРОМ-2025.

В 2025 году завершена разработка «Снегирь-2» — аппарата с улучшенными летно-техническими характеристиками (рис. 4). При его проектировании активно использовались редуцированные модели (ROM), построенные с помощью AI-функциональных возможностей платформы (CML-Bench®.RomAI) [15; 16].

Искусственный интеллект и редуцированные модели на платформе CML-Bench®

В частях 8.1 и 8.2 цикла статей рассмотрены три подсистемы, реализованные на платформе CML-Bench® [15; 16]:

• CML-Bench®.AI-Assistant для интеллектуальной поддержки принятия решений инженерами в процессе создания цифровых двойников изделий;
• CML-Bench®.RomAI для построения редуцированных (ROM — Reduced Order Models) и суррогатных моделей;
• CML-Bench®.OptiCore для многопараметрической многокритериальной оптимизации.

В отрасли беспилотной авиации данные подсистемы применены, в частности, для построения редуцированной модели воздушного обтекания БВС самолетного типа (рис. 5). Проведение цифрового испытания на суперкомпьютере с использованием полномасштабной CFD-модели занимает около 10 часов (4400 ядро-часов). ROM-модель, построенная на основе нескольких десятков таких расчетов, получает решение за 200 миллисекунд с максимальным отличием от полномасштабной CFD-модели в 1,87%. Тем самым достигнуто ускорение расчетов в миллион раз.

Это позволило инженерам-конструкторам в режиме реального времени (на летающей лаборатории «Снегирь-1» или при проектировании «Снегирь-2») оценивать влияние изменения геометрии крыла, угла атаки или скорости на аэродинамические характеристики, не дожидаясь очереди для расчетов на суперкомпьютере. Аналогичные ROM-модели разрабатываются для решения задач прочности, аэроупругости, тепломассообмена. Разработка редуцированных моделей на платформе CML-Bench® в рамках подсистемы CML-Bench®.RomAI соответствует оригинальному CML-подходу (NonLinear MultiPhysics CAE & ROM)Based AI/ML.

Легкомоторный самолет CML-Aeroplane и победа в чемпионате

В 2025 году в рамках реализации ключевого научно-технологического направления развития СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг» (КНТН-1) стартовал проект по созданию легкомоторного самолета CML-Aeroplane. Первым этапом стала модернизация существующего сверхлегкого самолета МИКС-500 (модификация Х32 МИКС) аэроклуба АСТК «АЭРОМИКС».

Инженеры ОКБ ПИШ СПбПУ выполнили на платформе CML-Bench® комплекс цифровых испытаний по оценке аэродинамических характеристик сверхлегкого самолета. Использование методов вычислительной аэродинамики (CFD) и суперкомпьютерного моделирования позволило провести десятки испытаний и получить поля скоростей, давлений и вихревых структур для самолета и отдельных его конструктивных элементов в различных режимах полета (взлет, крейсерский полет, посадка) на сеточных моделях в десятки и даже сотни миллионов ячеек. Особое внимание уделено вихреобразованию за стойками шасси и подкосами крыла, где для получения картины завихренности использовалась гибридная вихреразрешающая DES-модель (рис. 6).

По результатам цифровых испытаний спроектированы и установлены обтекатели колес передней и основных опор, для подкосов крыла спроектирован профиль, уменьшающий аэродинамическое сопротивление. После внесения изменений повторно проведен комплекс цифровых испытаний модернизированной конфигурации.

Сравнение результатов «до» и «после» показало уменьшение коэффициента лобового сопротивления и интенсивности вихрей за шасси на 3%, улучшение аэродинамического качества, снижение нагрузок на конструкцию.

Модернизированный самолет успешно прошел летные испытания. Сопоставление данных реальных полетов (телеметрия, показания датчиков, субъективные оценки пилота) с расчетными характеристиками подтвердило высокую адекватность цифровых моделей — расхождение не превысило 3-5%.

В августе 2025 года на аэродроме «Серёдка» (Псковская область) прошел Чемпионат России по спорту сверхлегкой авиации. Команда ПИШ СПбПУ впервые принимала участие в чемпионате подобного уровня, что потребовало существенной предварительной подготовки как инженеров, так и пилотов, и выступила на доработанном самолете МИКС-500 в дисциплине «Микросамолет-1». По результатам соревнований команда одержала победу (рис. 7) — [18].

Модернизация МИКС-500 — это демонстрационный проект, показавший, что цифровые испытания способны обеспечить быструю и достоверную оптимизацию реального авиационного изделия. Полученный опыт и валидированные модели будут использованы в 2026-2027 годах при создании на базе CML-Bench® полноценного цифрового двойника нового беспилотного воздушного судна для агропромышленности CML-Aeroplane, а также при изготовлении опытного образца. На основе цифрового двойника в конструкции прорабатываются следующие задачи:

• внедрение передовых композиционных материалов;
• уменьшение веса с сохранением жесткостных и прочностных характеристик;
• улучшение аэродинамических характеристик;
• оптимизация конструктивно-силовой схемы.

По сравнению с традиционным Ан-2, новое БВС CML-Aeroplane сможет взлетать с небольших площадок (50×100 м), экономить химикаты на 20-30% за счет ультрамалообъемного опрыскивания и использовать мощный турбулентный поток от толкающего винта для обработки нижней стороны листьев. Все эти режимы прорабатываются с применением суперкомпьютерного моделирования на платформе CML-Bench®.

Разработка электродвигателя для БВС

Одним из ключевых вызовов для формируемой отрасли беспилотной авиации является замещение иностранных комплектующих, в частности — электродвигателей для беспилотных летательных аппаратов. Инженеры ПИШ СПбПУ решили эту проблему, создав собственный электродвигатель CML_03 с улучшенными тяговыми характеристиками полностью из российских материалов [21].

Работа над CML_03 велась с применением полного цикла системного цифрового инжиниринга на платформе CML-Bench®:

• изучение лучших зарубежных образцов — проведены стендовые испытания нескольких типов доступных зарубежных электродвигателей, получены их реальные характеристики (тяга, КПД, тепловыделение, надежность);
• построение математических и компьютерных моделей — на платформе CML-Bench® спроектирован электродвигатель, в частности созданы мультидисциплинарные модели, описывающие электромагнитные, тепловые и механические процессы. Модели параметризованы, что позволяет быстро изменять количество полюсов, форму магнитов, геометрию зубцов статора и другие параметры;
• цифровые (виртуальные) испытания — выполнена серия цифровых испытаний для оптимизации конструкции, исследовано влияние:

◦ количества полюсов на момент и равномерность вращения, ◦ формы магнитов на распределение магнитного поля, ◦ геометрии коронок зубцов на потери в стали и перегрев;

• изготовление и испытания опытного образца — на основе оптимизированной цифровой модели был изготовлен и испытан на стенде электродвигатель CML_03;
• валидация моделей — результаты цифровых испытаний были сопоставлены с данными натурных стендовых экспериментов (на реальных прототипах), подтверждено достижение высокой адекватности разработанных моделей и проведенных цифровых испытаний — цифровая модель достоверно отражает поведение реального двигателя.

По сравнению с лучшими зарубежными аналогами (в частности, двигателями, широко применяемыми в БВС мультироторного и самолетного типов), CML_03 обеспечивает:

• увеличение пиковой мощности на 15% благодаря оптимизации магнитной системы и обмоток;
• повышение КПД на 2%, что критически важно для увеличения дальности и времени полета БПЛА;
• снижение массы на 10% за счет оптимизации формы магнитов и коронок зубцов без потери прочности.

Опытный образец электродвигателя CML_03 был представлен в ходе визита делегации Республики Татарстан во главе с раисом Рустамом Миннихановым в ПИШ СПбПУ (апрель 2025 года).

«Цифровая сертификация» и риск-ориентированный подход

В ноябре 2025 года на VII Всероссийском форуме «Передовые цифровые и производственные технологии» в ПИШ СПбПУ состоялся круглый стол «Сертификация БАС» с участием генерального директора Союза авиапроизводителей России А.Д. Рогозина, заместителя генерального директора АНО «ФЦ БАС» Д.С. Иванова, заместителя генерального директора «Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) им. Н.Е. Жуковского» К.С. Анисимова и других экспертов отрасли [22]. Ключевым вопросом для обсуждения стал переход к риск-ориентированному подходу: технические требования к БАС дифференцируются в зависимости от ожидаемых рисков эксплуатации (низкий, средний, высокий). Это позволяет не предъявлять избыточных требований к простым БВС, работающим над безлюдной местностью, и ужесточать их для тяжелых БВС, эксплуатируемых над городской застройкой.

С 1 марта 2026 года в Воздушном кодексе РФ введено понятие «дифференцированный и соразмерный подход», а также создан новый класс воздушного пространства «Н» для снижения рисков [23]. Обязательными становятся удаленная идентификация и система прекращения полета. При этом эксперты пояснили, что математическое моделирование — ключевой способ ускорения сертификации: цифровые испытания не заменяют натурные испытания, которые служат основой для валидации математических моделей [22], и обеспечивают прохождение сертификационных испытаний с первого раза.

Важным шагом также стало предложение зарегистрировать цифровые испытательные полигоны в Росавиации как официальные испытательные лаборатории, что было озвучено на VII Всероссийском форуме [22]. Если цифровой (виртуальный) испытательный стенд (ВИС) будет определен в качестве такового, то результаты проведенных на нем цифровых испытаний можно будет предъявлять в составе доказательной документации наравне с натурными. АНО «ФЦ БАС» анонсировал пилотный проект по полной сертификации БВС массой более 30 кг (получение сертификата типа) с использованием Цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников БАС, разрабатываемой ПИШ СПбПУ.

Экономический эффект очевиден: традиционная сертификация тяжелого БПЛА (например, БАС200, тяжелый БПЛА вертолетного типа, предназначенный для транспортировки грузов до 50 кг, разработанный АО «НЦВ Миль и Камов», входит в Госкорпорацию «Ростех») обошлась в 142 млн руб. и заняла более полутора лет [13; 24; 25]. Внедрение «цифровой сертификации» на базе CML-Bench® позволяет сократить сроки в 2-3 раза и снизить затраты не менее чем на 40%, что подтверждено представителями отрасли.

В этом направлении важно отметить глобальный тренд на переход авиационной промышленности к парадигме «цифровой сертификации»: документами NASA 2021 года (включая Руководство по «цифровой сертификации» самолетов NASA и дорожную карту по «цифровой сертификации» самолетов и авиадвигателей) предусмотрено достижение основной цели — «сертификация на основе численного моделирования» (Certification by Simulation) к 2040 году [26; 27].

Заключение

Успехи ПИШ СПбПУ в области беспилотной и легкой авиации стали возможны благодаря многолетнему опыту в области системного цифрового инжиниринга и применению цифровой платформы CML-Bench®. Именно внедрение технологии цифровых двойников, многовариантные цифровые испытания на специализированных цифровых испытательных стендах и полигонах, сквозное управление требованиями и данными позволяют инженерам ПИШ СПбПУ разрабатывать, модернизировать и выводить на испытания сложные авиационные изделия в рекордно короткие сроки с минимальными затратами.

Представленная девятая часть цикла статей описывает результаты развития технологии цифровых двойников в отрасли беспилотной авиации в рамках реализации проектов с применением отечественной SPDM-системы цифровой платформы CML-Bench®. Платформа претерпела эволюцию — из универсального инструмента цифрового инжиниринга в специализированное отраслевое решение — цифровую платформу разработки и применения цифровых двойников БАС (более подробно см. в части 9.2), которая полностью соответствует задачам Стратегии развития беспилотной авиации РФ и национального проекта технологического лидерства «Беспилотные авиационные системы».

В рамках деятельности в области беспилотных систем в марте 2026 года Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» представила новую магистерскую программу «Системный цифровой инжиниринг беспилотных авиационных систем» (набор — с сентября 2026 года) [28]. Программа нацелена на подготовку инженеров, владеющих методологией системного цифрового инжиниринга, сквозного цифрового проектирования, разработки цифровых двойников, проведения цифровых испытаний и «цифровой сертификации» БВС на базе платформы CML-Bench®. С первого семестра магистранты будут вовлечены в реализацию реальных НИОКР по заказам индустриальных партнеров — предприятий авиастроения и беспилотной авиации. В частности, студенты будут:

• разрабатывать математические и компьютерные модели БВС;
• проводить многовариантные цифровые испытания на специализированных ВИС и ВИП — аэродинамика, прочность, аэроупругость, нагрузки и др.;
• использовать технологию цифровых двойников для оптимизации конструкции;
• участвовать в разработке и изготовлении опытных образцов БВС, проведении летных испытаний на базе Опытного конструкторского бюро (ОКБ) ПИШ СПбПУ.

На платформе возможно автоматическое формирование «цифрового следа» каждого студента: фиксируются созданные модели, проведенные цифровые испытания, полученные результаты и их соответствие требованиям [13].

Таким образом, магистерская программа ПИШ СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг беспилотных авиационных систем» — это не просто обучение, а встроенный механизм генерации, накопления и использования инженерных знаний на платформе CML-Bench®, что напрямую способствует достижению технологического лидерства России в беспилотной авиации.

В следующих частях цикла статей будут рассмотрены вопросы архитектуры отраслевой платформы для беспилотной авиации ЦП РПЦД БАС (часть 9.2) и результаты реализации проекта по разработке демонстратора программного комплекса проектирования электродвигателей БВС [29] — часть 9.3.

Список источников

1. Указ Президента РФ от 7 мая 2024 г. № 309 «О национальных целях развития РФ на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года». URL: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202405070015.
2. Распоряжение Правительства РФ от 21 июня 2023 г. № 1630-р. URL: http://static.government.ru/media/files/3m4AHa9s3PrYTDr316ibUtyEVUpnRT2x.pdf.
3. ГОСТ Р 57700.37—2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. URL: https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=241313.
4. Приказ Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ от 22 сентября 2020 г. № 486. URL: https://base.garant.ru/74832091/.
5. Китай официально признал российский ГОСТ Р 57700.37—2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. URL: https://fea.ru/news/8683.
6. CML-Bench® — цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников. URL: https://cml-bench.ru/.
7. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® — Реестр программного обеспечения. URL: https://reestr.digital.gov.ru/reestr/310460/?sphrase_id=1514023.
8. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 1) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2023. № 8. С. 42-51.
9. Боровков А.И. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 2) / А.И. Боровков, В.В. Бураков // САПР и графика. 2023. № 9. С. 54-64.
10. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 3) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2023. № 10. С. 50-62.
11. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 4) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 5. С. 4-12.
12. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 5) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 7. С. 4-16.
13. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 6) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 8. С. 12-24.
14. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 7): разработка и применение цифровых двойников композиционных материалов / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 7. С. 4-18.
15. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 8.1): применение параметрической оптимизации, методов машинного обучения и генеративного искусственного интеллекта при разработке цифровых двойников изделий / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 10. С. 19-29.
16. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® (часть 8.2): применение параметрической оптимизации, методов машинного обучения и генеративного искусственного интеллекта при разработке цифровых двойников изделий / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 11. С. 32-41.
17. Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» выиграла стратегически важный конкурс и заключила контракт с АНО «Федеральный центр беспилотных авиационных систем». URL: https://fea.ru/news/8904.
18. Команда Петербургского Политеха победила в Чемпионате России по спорту сверхлегкой авиации. URL: https://pish.spbstu.ru/news/9171.
19. Распоряжение Правительства РФ от 07.11.2023 г. № 3113-р. URL: http://government.ru/docs/all/150406/.
20. Правительство актуализировало стратегическое направление в области цифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности. URL: http://government.ru/news/57959/.
21. Инженеры Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» разработали и изготовили электродвигатель для беспилотников. URL: https://nticenter.spbstu.ru/news/8944.
22. «Сертификация БАС» — круглый стол на VII Всероссийском форуме «Передовые цифровые и производственные технологии» в СПбПУ. URL: https://fea.ru/news/9283.
23. Воздушный кодекс РФ от 19 марта 1997 г. N 60-ФЗ (с изм. и доп.). URL: https://base.garant.ru/10200300/9db18ed28bd6c0256461e303941d7e7a/.
24. Минтранс РФ установил ценовой предел для сертификации беспилотников до 30-70 млн руб. URL: https://www.interfax.ru/russia/898017.
25. Сертификация БАС обходится в 150 млн рублей. URL: https://dronus.ru/news/sertifikatsiya-bespilotnika.
26. High-Lift Common Research Model (CRM-HL) — NASA, 2021. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20210010908/downloads/06-NASA-IFAR-Cert-CRM-HL-Wahls-final.pdf.
27. NASA/CR-20210015404 A Guide for Aircraft Certification by Analysis. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20210015404/downloads/NASA-CR-20210015404%20updated.pdf.
28. В ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» открыта новая магистерская программа «Системный цифровой инжиниринг беспилотных авиационных систем». URL: https://fea.ru/news/9324.
29. Архипелаг-2025: Специалисты ПИШ СПбПУ представили демонстратор программного комплекса автоматизированного проектирования и расчета электрических винтомоторных групп беспилотных воздушных судов на выставке-конкурсе «Дронгараж». URL: https://pish.spbstu.ru/news/9174.

Сегодня в России реализуются четыре мегасайенс-проекта — NICA, СИЛА, РИФ и СКИФ. Каждый требует около 300 инженеров и более тысячи специалистов. Кадровый дефицит — главный вызов.

Как совместить фундаментальную физику, сложный инжиниринг, суперкомпьютерное моделирование, цифровые двойники и искусственный интеллект в одном учебном треке?

Наш ответ — системный цифровой инжиниринг, ключевое направление развития СПбПУ. Он объединяет фундаментальные законы физики и механики, материаловедение, конструирование, математическое и суперкомпьютерное моделирование, технологии цифровых двойников и искусственного интеллекта (AI/ML). Физические эксперименты проводятся на установках, а мы используем эти данные для верификации и валидации моделей, создавая высокоадекватные цифровые аналоги (модели с высоким уровнем адекватности реальным материалам, изделиям, физико-механическим процессам), на основе которых создаются редуцированные (ROM) модели, дающие ускорение в тысячи и миллионы раз с помощью AI/ML, что, фактически, означает переход к процессам в реальном времени.

Блок 1. Цифровой двойник — основа обучения

Цифровой двойник — это не просто комплексная модель, а образовательная среда. В его основе — первая парадигма моделирования: нелинейное многофизическое моделирование на базе первых принципов (фундаментальных законов) с верификацией и валидацией моделей (V&V&UQ). Редуцированные модели (ROM), полученные с помощью сингулярного разложения (SVD), мы также относим к первой парадигме — это математически строгое сжатие физики, а не нейросети с пренебрежением физикой. ИИ-технологии (AI/ML) — вспомогательный инструмент для калибровки, обработки данных и оптимизации, но не замена фундаментальным законам.

12 декабря 2022 года между СПбПУ и ИВМиМГ СО РАН было подписано соглашение о создании центра «Цифровые двойники установок мегасайенс» для разработки цифрового двойника «СКИФ». Это обеспечит студентам уже со 2–3 курса доступ к цифровым (виртуальным) экспериментам, расчётам полей, оценке ресурса материалов и конструкций — и это засчитывается как учебная практика.

Блок 2. Политехническая модель: ПИШ, платформа и зимние университеты

В СПбПУ работает ПИШ «Цифровой инжиниринг» — одна из лучших в России. Её основа — платформа CML-Bench®, интегрирующая суперкомпьютерные решатели (170 CAE-систем), AI/ML, базы материалов и технологии проектирования. Наши ежегодные зимние университеты: в 2024 году — 220 студентов из 63 вузов, в 2025 году — 202 участника из 14 стран. Три трека — Sigma, Tau, Epsilon — включают модули по материаловедению и конструированию. Студенты решают реальные задачи и выдают готовые решения или цифровые продукты.

Блок 3. Партнёрство с СО РАН

В июле 2024 года мы подписали рамочное соглашение с СО РАН (академик В.Н. Пармон). Предлагаемые совместные проекты на СКИФе включают: моделирование ударных, термических процессов, исследование композитных ТВЭЛ и катализаторов. Мы строим высокоадекватные модели, верифицируем и валидируем их на экспериментальных данных и создаём цифровые двойники. Соглашения также предусматривают совместные магистерские программы, что создаёт непрерывную траекторию студент → исследователь.

Блок 4. Сетевые механизмы и предложения

Ни один вуз не справится один. Создан консорциум из 32 организаций по всей стране. СПбПУ предлагает:

Закрепить статус цифрового двойника как образовательной площадки с зачётом практики.

Создать на базе ПИШ и центра единую платформу для вузов, институтов и индустрии.

Ввести в учебные планы модули по системному цифровому инжинирингу, материаловедению и конструированию.

Расширить сетевые магистерские программы с научными центрами.

Упростить административные механизмы сетевого взаимодействия.

Заключение

Политехническая модель системного цифрового инжиниринга создаёт экосистему, где математическое моделирование на основе первых принципов неразрывно связано с материаловедением и конструированием, а ИИ-технологии (AI/ML) ускоряют обработку данных. Подлинные цифровые двойники строятся только на основе первой парадигмы с верификацией и валидацией (V&V&UQ), включая ROM-модели. ИИ-технологии (AI/ML) — это мощный помощник, но не замена физике. Наше партнёрство с СО РАН — пример синергии науки и образования. СПбПУ готов стать интегратором этой работы на благо всей страны.

Глоссарий (расшифровка англоязычных терминов и аббревиатур)