Участники:
1. Федеральной государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого».
2. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет».
3. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский государственный университет».
4. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт гриппа имени А.А. Смородинцева» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Цели Программы:
Программа научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» как мирового лидера и национального драйвера формирования и развития цифровой промышленности и цифровой экономики России направлена на обеспечение достижений приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации по широкому спектру направлений, в первую очередь, на обеспечение технологических прорывов на основе передовых цифровых технологий и платформенных решений, интеллектуальных производственных технологий, эффективном применении роботизированных систем, новых материалов и способов конструирования, создания и применения систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта
Задачи Программы:
1. Создание и развитие фундаментальных и научно-технологических основ передовых цифровых технологии и платформенных решений (цифровое проектирование, математическое моделирование и управление жизненным циклом изделия или продукции (Smart Design) и технологии «умного» производства (Smart Manufacturing) для приоритетных отраслей промышленности: автомобилестроение, двигателестроение, авиастроение, судостроение и кораблестроение, машиностроение, включая атомное, нефтегазовое, химическое, тяжёлое и специальное машиностроение, железнодорожный транспорт.
2. Создание и развитие научно-технологического задела, цифровых технологий и платформенных решений для моделирования медико-биологических систем.
3. Создание и развитие технологий моделирования в нефтегазовой отрасли, в первую очередь, для повышения эффективности добычи трудноизвлекаемых запасов.
4. Создание и развитие технологий повышения эффективности производств, включая технологии роботизации, автоматизации, оптимизации и интеллектуализации производственных процессов для приоритетных отраслей промышленности.
5. Разработка новых материалов и производственных процессов (включая аддитивное производство) для приоритетных отраслей промышленности, включая микроэлектронику.
6. Разработка и внедрение новых научно-образовательных и научно-исследовательских программ, в том числе международных тематических программ, в рамках приоритетного комплекса технологий.
Институт лазерных и сварочных технологий участвует в следующих мероприятиях Программы:
Фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования физических процессов лучевого и электрофизического воздействия на материалы
Срок реализации: 2020-2022 г.
Планируемые результаты:
Теоретические основы физических процессов лучевого и электрофизического воздействия на материалы, реализованные в математических моделях.
В ходе исследования будут получены:
– Математическая модель формирования структурно-фазового состояния материала, построенная без предположения о наличии термодинамического равновесия и пространственной однородности, в системе, состоящей из не менее, чем трех химически различных компонентов, с учетом образования параллельных фаз, сильной температурной зависимости коэффициента диффузии, влияния многократного повторного нагрева обрабатываемой области термическими циклами разной интенсивности и конфигурации при воздействии концентрированных потоков энергии.
– Расчетная методика определения количественного соотношения и пространственного распределения примесей и включений второй и третьей фазы в материале в результате межкомпонентного взаимодействия с точностью прогнозирования не хуже 85%.
– Математическая модель формирования геометрии выращиваемых элементов из проволоки при лучевом и электрофизическом воздействии с учетом влияния пространственно-временных характеристик источника нагрева на стабильность массопереноса присадочного материала с точностью прогнозирования не хуже 85%.
– Математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния свариваемых конструкций при лазерной и лазерно-дуговой сварке позволит сократить время на разработку технологии сварки не менее чем в два раза за счет замены натурного эксперимента вычислительным.
– Принципы управления процессом горения электрической дуги при дуговом выращивании позволят повысить производительность процесса дугового выращивания не менее, чем на 30%.
Исследование процессов и разработка технологий синтеза материалов нового поколения различного функционального назначения с использованием концентрированных потоков энергии
Срок реализации: 2020-2025 г.
Планируемые результаты:
Технологии синтеза материалов нового поколения различного функционального назначения с использованием концентрированных потоков энергии. В ходе исследования будут получены промышленные лазерные и аддитивные технологии Индустрии 4.0, включающие в себя передовые цифровые технологии лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки, лазерной инженерии поверхности, аддитивные технологии, технологии лазерной кодификации и прослеживаемости), а также технологии высокоточных лазерных измерений, необходимые для цифровой трансформации производств и обеспечивающие переход к индустрии 4.0.
В ходе исследования планируется:
– Разработка научно-технических основ с точки зрения прикладной термодинамики и кинетики анализа металлических материалов, полученных при прямом лазерном выращивании для не менее, чем трех систем (на основе титана, никеля и железа). – Разработка научно-технических основ с точки зрения прикладной термодинамики и кинетики получения многокомпонентных и высокоэнтропийных сплавов в процессе прямого лазерного выращивания состоящих из 4-10 компонентов;
– Технология получения функционально-градиентных материалов с использованием производственных лазерных и аддитивных технологий , обеспечивающих уровень прочностных характеристик (предел прочности не менее 200 МПа) не менее, чем у подобных переходных слоев, полученных традиционными технологиями - сварка взрывом и диффузионная сварка.
– Получение изделий с использованием производственных лазерных и аддитивных технологий из металлических материалов с высокими прочностными характеристиками: предел прочности свыше 1000 МПа при комнатной температуре, предел прочности свыше 400 МПа при температурах свыше 500 °С.
– Получение изделий из многокомпонентных и высокоэнтропийных сплавов в процессе прямого лазерного выращивания, обладающих прочностными характеристиками свыше 1000 °С - предел прочности не менее 100 МПа.
– Технология получения и обработки металломатричных композитов с использованием производственных лазерных и аддитивных технологий с содержанием неметаллической компоненты в интервале 1-10% масс.
Передовые цифровые производственные технологии на основе использования лучевых и электрофизических источников энергии
Срок реализации: 2021-2025 г.
Планируемые результаты:
Цифровые производственные технологии на основе использования лучевых и электрофизических источников энергии, в том числе: технология прямого лазерного выращивания, технология прямого лазерного выращивания мультиметаллических изделий, технология синтеза высокоэнтропийных сплавов непосредственно в процессе прямого лазерного выращивания, технология дугового выращивания.
В ходе исследований будут получены:
80%, производительность не менее 1.5 кг/ч, класс размерной точности не хуже 14 квалитета, максимальные размеры выращиваемых изделие не менее 1300 мм диаметров и 600 мм высотой
– Технология прямого лазерного выращивания мультиметаллических изделий, обеспечивающая КИМ не менее 80%, производительность не менее 0.5 кг/ч, класс размерной точности не хуже 14 квалитета, максимальные размеры выращиваемых изделие не менее 500 мм диаметров и 600 мм высотой, количество одновременно используемых материалов - не менее 2
– Технология синтеза высокоэнтропийных сплавов непосредственно в процессе прямого лазерного выращивания, обеспечивающая КИМ не менее 50%, производительность не менее 100 г/ч, количество компонентов сплавов - не менее 4 шт.
– Технология дугового выращивания, обеспечивающая производительность не менее 0.5 кг/ч, класс размерной точности не хуже 15 квалитета, максимальные размеры выращиваемых изделие не менее 1300 мм диаметров и 600 мм высотой.
Цифровая трансформация аддитивного производства
Срок реализации: 2022-2025 г.
Планируемые результаты:
Система компьютерного инженерного анализа технологического процесса прямого лазерного выращивания, построенная на основе самосогласованных физически адекватных математических моделей, описывающих взаимосвязанные физические процессы, протекающие при реализации технологии ПЛВ, позволяющая повысить эффективность разработки технологии прямого лазерного выращивания и конструирования деталей и сборочных единиц, предназначенных для изготовления методом ПЛВ.
Разрабатываемая система инженерного анализа позволит сократить временные и материальные затраты на определение оптимальных режимов технологического процесса не менее чем на 25 % . Система инженерного анализа позволит повысить коэффициент использования материала с 60% до 80%, а также снизить количество изготавливаемых экспериментальных образцов, необходимых для проверки и корректировки стратегий выращивания и управляющих программ, в ходе отработки технологии изготовления аддитивными методами сложных изделий до 2 шт.
Разработка и внедрение программ повышения квалификации
«Металлические и композиционные порошковые материалы для аддитивного производства»
«Технологичность конструкций в сварочном производстве»
«Технология прямого лазерного выращивания»
Развитие партнерства с зарубежными научно-исследовательскими организациями, проводимые участниками консорциума НЦМУ.
Организация и проведение конференций и мастер-классов, в том числе:
Международная конференция «Лучевые технологии и применение лазеров» (2021 г., 2024 г.)
Регулярные Мастер-классы по внедрению аддитивных технологий, 3Д сканированию и современным методам измерения
1. Федеральной государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого».
2. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет».
3. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский государственный университет».
4. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт гриппа имени А.А. Смородинцева» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Цели Программы:
Программа научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» как мирового лидера и национального драйвера формирования и развития цифровой промышленности и цифровой экономики России направлена на обеспечение достижений приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации по широкому спектру направлений, в первую очередь, на обеспечение технологических прорывов на основе передовых цифровых технологий и платформенных решений, интеллектуальных производственных технологий, эффективном применении роботизированных систем, новых материалов и способов конструирования, создания и применения систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта
Задачи Программы:
1. Создание и развитие фундаментальных и научно-технологических основ передовых цифровых технологии и платформенных решений (цифровое проектирование, математическое моделирование и управление жизненным циклом изделия или продукции (Smart Design) и технологии «умного» производства (Smart Manufacturing) для приоритетных отраслей промышленности: автомобилестроение, двигателестроение, авиастроение, судостроение и кораблестроение, машиностроение, включая атомное, нефтегазовое, химическое, тяжёлое и специальное машиностроение, железнодорожный транспорт.
2. Создание и развитие научно-технологического задела, цифровых технологий и платформенных решений для моделирования медико-биологических систем.
3. Создание и развитие технологий моделирования в нефтегазовой отрасли, в первую очередь, для повышения эффективности добычи трудноизвлекаемых запасов.
4. Создание и развитие технологий повышения эффективности производств, включая технологии роботизации, автоматизации, оптимизации и интеллектуализации производственных процессов для приоритетных отраслей промышленности.
5. Разработка новых материалов и производственных процессов (включая аддитивное производство) для приоритетных отраслей промышленности, включая микроэлектронику.
6. Разработка и внедрение новых научно-образовательных и научно-исследовательских программ, в том числе международных тематических программ, в рамках приоритетного комплекса технологий.
Институт лазерных и сварочных технологий участвует в следующих мероприятиях Программы:
Фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования физических процессов лучевого и электрофизического воздействия на материалы
Срок реализации: 2020-2022 г.
Планируемые результаты:
Теоретические основы физических процессов лучевого и электрофизического воздействия на материалы, реализованные в математических моделях.
В ходе исследования будут получены:
– Математическая модель формирования структурно-фазового состояния материала, построенная без предположения о наличии термодинамического равновесия и пространственной однородности, в системе, состоящей из не менее, чем трех химически различных компонентов, с учетом образования параллельных фаз, сильной температурной зависимости коэффициента диффузии, влияния многократного повторного нагрева обрабатываемой области термическими циклами разной интенсивности и конфигурации при воздействии концентрированных потоков энергии.
– Расчетная методика определения количественного соотношения и пространственного распределения примесей и включений второй и третьей фазы в материале в результате межкомпонентного взаимодействия с точностью прогнозирования не хуже 85%.
– Математическая модель формирования геометрии выращиваемых элементов из проволоки при лучевом и электрофизическом воздействии с учетом влияния пространственно-временных характеристик источника нагрева на стабильность массопереноса присадочного материала с точностью прогнозирования не хуже 85%.
– Математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния свариваемых конструкций при лазерной и лазерно-дуговой сварке позволит сократить время на разработку технологии сварки не менее чем в два раза за счет замены натурного эксперимента вычислительным.
– Принципы управления процессом горения электрической дуги при дуговом выращивании позволят повысить производительность процесса дугового выращивания не менее, чем на 30%.
Исследование процессов и разработка технологий синтеза материалов нового поколения различного функционального назначения с использованием концентрированных потоков энергии
Срок реализации: 2020-2025 г.
Планируемые результаты:
Технологии синтеза материалов нового поколения различного функционального назначения с использованием концентрированных потоков энергии. В ходе исследования будут получены промышленные лазерные и аддитивные технологии Индустрии 4.0, включающие в себя передовые цифровые технологии лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки, лазерной инженерии поверхности, аддитивные технологии, технологии лазерной кодификации и прослеживаемости), а также технологии высокоточных лазерных измерений, необходимые для цифровой трансформации производств и обеспечивающие переход к индустрии 4.0.
В ходе исследования планируется:
– Разработка научно-технических основ с точки зрения прикладной термодинамики и кинетики анализа металлических материалов, полученных при прямом лазерном выращивании для не менее, чем трех систем (на основе титана, никеля и железа). – Разработка научно-технических основ с точки зрения прикладной термодинамики и кинетики получения многокомпонентных и высокоэнтропийных сплавов в процессе прямого лазерного выращивания состоящих из 4-10 компонентов;
– Технология получения функционально-градиентных материалов с использованием производственных лазерных и аддитивных технологий , обеспечивающих уровень прочностных характеристик (предел прочности не менее 200 МПа) не менее, чем у подобных переходных слоев, полученных традиционными технологиями - сварка взрывом и диффузионная сварка.
– Получение изделий с использованием производственных лазерных и аддитивных технологий из металлических материалов с высокими прочностными характеристиками: предел прочности свыше 1000 МПа при комнатной температуре, предел прочности свыше 400 МПа при температурах свыше 500 °С.
– Получение изделий из многокомпонентных и высокоэнтропийных сплавов в процессе прямого лазерного выращивания, обладающих прочностными характеристиками свыше 1000 °С - предел прочности не менее 100 МПа.
– Технология получения и обработки металломатричных композитов с использованием производственных лазерных и аддитивных технологий с содержанием неметаллической компоненты в интервале 1-10% масс.
Передовые цифровые производственные технологии на основе использования лучевых и электрофизических источников энергии
Срок реализации: 2021-2025 г.
Планируемые результаты:
Цифровые производственные технологии на основе использования лучевых и электрофизических источников энергии, в том числе: технология прямого лазерного выращивания, технология прямого лазерного выращивания мультиметаллических изделий, технология синтеза высокоэнтропийных сплавов непосредственно в процессе прямого лазерного выращивания, технология дугового выращивания.
В ходе исследований будут получены:
80%, производительность не менее 1.5 кг/ч, класс размерной точности не хуже 14 квалитета, максимальные размеры выращиваемых изделие не менее 1300 мм диаметров и 600 мм высотой
– Технология прямого лазерного выращивания мультиметаллических изделий, обеспечивающая КИМ не менее 80%, производительность не менее 0.5 кг/ч, класс размерной точности не хуже 14 квалитета, максимальные размеры выращиваемых изделие не менее 500 мм диаметров и 600 мм высотой, количество одновременно используемых материалов - не менее 2
– Технология синтеза высокоэнтропийных сплавов непосредственно в процессе прямого лазерного выращивания, обеспечивающая КИМ не менее 50%, производительность не менее 100 г/ч, количество компонентов сплавов - не менее 4 шт.
– Технология дугового выращивания, обеспечивающая производительность не менее 0.5 кг/ч, класс размерной точности не хуже 15 квалитета, максимальные размеры выращиваемых изделие не менее 1300 мм диаметров и 600 мм высотой.
Цифровая трансформация аддитивного производства
Срок реализации: 2022-2025 г.
Планируемые результаты:
Система компьютерного инженерного анализа технологического процесса прямого лазерного выращивания, построенная на основе самосогласованных физически адекватных математических моделей, описывающих взаимосвязанные физические процессы, протекающие при реализации технологии ПЛВ, позволяющая повысить эффективность разработки технологии прямого лазерного выращивания и конструирования деталей и сборочных единиц, предназначенных для изготовления методом ПЛВ.
Разрабатываемая система инженерного анализа позволит сократить временные и материальные затраты на определение оптимальных режимов технологического процесса не менее чем на 25 % . Система инженерного анализа позволит повысить коэффициент использования материала с 60% до 80%, а также снизить количество изготавливаемых экспериментальных образцов, необходимых для проверки и корректировки стратегий выращивания и управляющих программ, в ходе отработки технологии изготовления аддитивными методами сложных изделий до 2 шт.
Разработка и внедрение программ повышения квалификации
«Металлические и композиционные порошковые материалы для аддитивного производства»
«Технологичность конструкций в сварочном производстве»
«Технология прямого лазерного выращивания»
Развитие партнерства с зарубежными научно-исследовательскими организациями, проводимые участниками консорциума НЦМУ.
Организация и проведение конференций и мастер-классов, в том числе:
Международная конференция «Лучевые технологии и применение лазеров» (2021 г., 2024 г.)
Регулярные Мастер-классы по внедрению аддитивных технологий, 3Д сканированию и современным методам измерения