28 августа 2025 года в рамках деловой программы XII Международного форума технологического развития «Технопром-2025» состоялся
- круглый стол «Перспективные материалы и цифровое материаловедение».
Эксперты обсудили основные проблемы и перспективы развития цифрового материаловедения, актуальные вопросы внедрения новых материалов в различных отраслях промышленности.
В центре дискуссии – цели, задачи и ход реализации Поднаправления 4 дорожной карты (ДК) высокотехнологичного направления (ВТН) «Технологии новых материалов и веществ»: «Перспективные материалы и цифровое материаловедение», задачи и лучшие практики цифрового материаловедения.
Инициатор мероприятия – Госкорпорация «Росатом» – стратегический партнер Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг».
Участники круглого стола «Перспективные материалы и цифровое материаловедение»
Модератор:
- Дуб Алексей Владимирович, научный руководитель ПН НТР «Материалы и технологии» госкорпорации «Росатом», первый заместитель директора частного учреждения «Наука и инновации» госкорпорации «Росатом»;
- Рязанцев Антон Эдуардович, председатель индустриального совета ЦНФМ НГУ, генеральный директор ООО «Исследовательский комплекс центра технологического обеспечения».
Спикеры:
- Алдошин Сергей Михайлович, вице-президент РАН;
- Боровков Алексей Иванович, главный конструктор по ключевому научно-технологическому направлению развития СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг», директор Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг»;
- Донковцев Лев Альбертович, генеральный директор АО «ОПЕРАТОР ТМИК»;
- Квашнин Александр Георгиевич, директор Центра НТИ по новым функциональным материалам Новосибирского национального исследовательского государственного университета;
- Медведев Вадим Викторович, генеральный директор Фонда поддержки проектов Национальной технологической инициативы;
- Татунашвили Леван Вахтангович, руководитель проекта Центра НТИ Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана.
В ходе работы круглого стола был представлен ряд стратегий и проектов в области цифрового материаловедения, которые направлены на ускорение процесса разработки и внедрения новых материалов, что имеет важное значение для технологического лидерства России. Одним из ключевых вопросов на встрече стал вопрос интеграции цифровых технологий в процесс разработки и сертификации материалов, их применения на всех этапах жизненного цикла изделий и конструкций.
- «Проблема создания новых материалов уже не ограничивается только их синтезом. Важно, как быстро эти материалы могут быть применены в реальных конструкциях и технологических процессах, а передовые цифровые технологии и цифровое материаловедение, безусловно, позволяют ускорить процесс внедрения новых материалов в промышленность»,
– отметил вице-президент РАН Сергей Алдошин, открывая круглый стол.
Эксперты заключили, что традиционные подходы к созданию материалов часто оказываются слишком медленными и затратными. С учетом увеличивающихся требований к высоким стандартам безопасности, особенно в авиации, атомной энергетике и других высокотехнологичных отраслях, цифровизация становится необходимым условием для развития экономики и промышленности России.
Генеральный директор Фонда поддержки проектов Национальной технологической инициативы Медведев Вадим также подчеркнул важность цифровых технологий в области материаловедения, напомнив, что они являются не просто глобальным трендом, а стратегической необходимостью:
- «Цифровизация процессов позволяет значительно улучшить качество научных исследований и ускорить вывод новых материалов на рынок, что особенно важно в свете современных технологических вызовов».
Кроме того, были представлены результаты работы Центра национальной технологической инициативы по новым функциональным материалам Новосибирского национального исследовательского государственного университета, который активно разрабатывает новые методы создания функциональных материалов для различных отраслей. Директор Центра НТИ Александр Квашнин отметил:
- «Цифровая платформа, которую мы создаем, уже помогает в реальном времени прогнозировать свойства материалов, что существенно ускоряет их применение в промышленности. Мы не просто создаем новые материалы, но и формируем новые стандарты для их использования».
Главный конструктор по ключевому научно-технологическому направлению развития СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг», директор Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков стал одним из ключевых спикеров круглого стола. Он представил компетенции Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» в области развития передовых цифровых и производственных технологий для разработки новых материалов.
Спикер рассказал о применении цифровых двойников для разработки новых материалов. Алексей Иванович отметил, что полномасштабные цифровые модели позволяют не только прогнозировать макроскопические физико-механические свойства микронеоднородных композиционных материалов, описывать микроразрушения различной природы и прогрессивные повреждения (Progressive Damage) но и значительно сокращать время, необходимое для разработки новых композитных структур с учетом специфики их эксплуатационных режимов.
- «Многомасштабное математическое и компьютерное моделирование на разных уровнях описания композиционных материалов (на микро-, мезо-, макро- уровнях) позволяет с высоким уровнем точности прогнозировать макроскопические физико-механические свойства композиционных материалов на основе разработанных математических и компьютерных моделей, прошедших процедуры верификации и валидации, обладающие высоким уровнем адекватности, эти высокоадекватные цифровые модели позволяют обоснованно управлять макроскопическими физико-механическими свойствами и улучшать характеристики композиционных материалов и композитных структур, при этом существенно сокращать время, необходимое для разработки новых решений, новых композитных структур, что необходимо для достижения технологического лидерства»,
– отметил Алексей Боровков, приводя примеры успешных проектов в авиастроении, включая БВС и БПЛА, в атомной энергетике, в других высокотехнологичных отраслях.
Проф. Алексей Боровков подробно рассказал об уникальной разработке опытно-промышленной технологии изготовления филаментов (расходный материал, используемый для 3D-печати) из непрерывного углеродного волокна на основе термопластов, реализованную сотрудниками Передовой инженерной школы СПбПУ в интересах композитного дивизиона Госкорпорации «Росатом» – АО «Юматекс». Об участии в этом проекте также рассказала выпускница ПИШ СПбПУ, инженер лаборатории «Полимерные композиционные материалы» ПИШ СПбПУ Наталия Грозова в ходе питч-сессия «Выпускники ПИШ: опыт студентов и передовые разработки».
- «Прежде всего перед нами стоит национальная задача достижения технологического лидерства – это превосходство технологий и (или) продукции по основным параметрам (функциональным, техническим, стоимостным) над зарубежными аналогами.
- Для разработки высокотехнологичных изделий мы разрабатываем, применяем и развиваем подход, в рамках которого проектирование конструкций из композиционных материалов (композитных структур) ведется с помощью передовой технологии цифровых двойников на разных уровнях описания композиционных материалов и композитных структур – на микро-, мезо- и макро- уровнях (MultiScale Analysis) с учетом всех специфических особенностей физико-механических свойств компонентов материалов, физико-механических, технологических и производственных процессов, наконец, эксплуатационных режимов, что позволяет сформировать цифровые двойники композиционных материалов и композитных структур.
- В процессе проектирования осуществляется рациональная оптимизация всех элементов фундаментальной триады «Материалы & Технологии & Конструкция» для достижения высоких технических и функциональных характеристик путем балансировки многоуровневой матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Важно понимать, что мы стремимся достичь мирового уровня именно для Изделия (композитной структуры), поэтому наша задача состоит, в первую очередь, в проектировании глобально конкурентоспособного Изделия (конструкции, композитной структуры), выбирая рациональным образом наилучшие доступные Материалы и Технологии, учитывая, конечно, стоимостные ограничения»,
– пояснил Алексей Боровков.
Далее Алексей Иванович выделил разработанный специалистами Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» – структуры, входящей в Передовую инженерную школу СПбПУ «Цифровой инжиниринг», национальный стандарт ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения» и развиваемую Цифровую платформу по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®[1, 2]. И технология цифровых двойников, и национальный стандарт, и цифровая платформа лежат в основе подхода ПИШ СПбПУ к разработке, применению и развитию передовых цифровых и производственных технологий в интересах высокотехнологичной промышленности, обеспечивают выполнение актуальных НИОКР с индустриальными партнерами, а также содействуют накоплению научно-технологического задела для подготовки инженеров будущего.
Спикер обратил внимание экспертов на выставку форума «Технопром-2025», в рамках которой на стенде ФГАНУ «Социоцентр» были широко представлены технологические решения ПИШ СПбПУ в области термопластичных полимерных композиционных материалов и аддитивных технологий:
- демонстратор технологии автоматизированной выкладки термопластичных однонаправленных препрегов,
- демонстратор технологии индукционной сварки ТПКМ (термопластичных полимерных композиционных материалов),
- демонстратор технологии оверпринтинга.
Демонстратор технологии автоматизированной выкладки термопластичных однонаправленных препрегов представил участникам выставки возможности создания многослойных композитных конструкций с заданной структурой армирования, в том числе изделий сложной геометрии неограниченных размеров, что актуально для авиастроения, включая беспилотные воздушные суда и летательные аппараты, для двигателестроения, ракетно-космической техники, судостроения и транспорта.
Демонстратор технологии индукционной сварки ТПКМ позволил экспертам оценить способ сварки углепластиков с матрицами из любых термопластичных полимеров с общей толщиной шва до 7,5 мм и получением прочностных характеристик, которые в два раза превышают "сварные швы" (клеевые соединения), полученные с применением специализированных клеев.
Демонстратор технологии оверпринтинга дал представление о методе изготовления трехслойных композитных панелей, сочетающим автоматизированную выкладку обшивки и аддитивное производство сотового заполнителя с переменной жесткостью. Технология оверпринтинга позволяет интегрировать эти компоненты в единую конструкцию (композитную структуру), что обеспечивает повышенную стойкость к ударным нагрузкам, снижение массы конструкции при сохранении жесткостных и прочностных характеристик, обеспечивает возможности локального усиления конструкций и сокращение количества технологических операций.
Одним из главных вызовов, упомянутых участниками круглого стола, стала разрозненность данных о материалах, которые хранятся в разных ведомствах и организациях. У каждого научного института, проектной организации и производителя есть свои базы данных, что значительно усложняет процесс обмена информацией и замедляет внедрение новых материалов в промышленность. Для решения этой проблемы было предложено создать единые цифровые платформы для обмена данными о материалах, которые позволят интегрировать различные базы данных и позволят ускорить процессы разработки и сертификации новых материалов.
В этом контексте Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® выступает одним из лидеров по функциональности, объему сформированного и накопленного научно-технологического задела, а также по возможностям адаптироваться к любым вызовам промышленности.
По итогам круглого стола было решено продолжить работу по созданию единой цифровой платформы для цифрового материаловедения, которая интегрировала бы данные и модели, а также обеспечивали бы доступ к ним для всех участников научно-промышленного процесса.
Дискуссия на мероприятии стала важным шагом в направлении интеграции передовых цифровых технологий в процессы разработки новых материалов, которая откроет новые возможности для научных исследований и промышленного производства в России.
Материал подготовлен при поддержке гранта
Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.