В 2019 году в Кузбасском государственном техническом университете появился научный центр «Цифровые технологии» (НЦЦТ), который задал новые стандарты в технологическом прогрессе. В ноябре 2024 года сотрудники центра отметили свой первый значимый юбилей – пять лет плодотворной работы. И сегодня Кузбасский политех по праву может утверждать: машиностроение в регионе вышло на новый уровень.
Цифровой рубеж
История научного центра «Цифровые технологии» началась в 2019 году с амбициозного проекта, ставшего отправной точкой для всей его деятельности. Тогда, в рамках выполнения Постановления № 218 Правительства РФ, был подписан договор с Камским автомобильный заводом о создании опытного образца карьерного беспилотного самосвала грузоподъёмностью 125 тонн серии «Юпитер». Этот проект положил начало уникальному сотрудничеству между КузГТУ, НТЦ ПАО «КАМАЗ» и МГТУ им. Н.Э. Баумана, где каждая из сторон взяла на себя ответственность за разработку ключевых систем.
Этот проект задал направление для дальнейшего развития. Мы получили уникальный опыт работы с партнёрами, где каждая команда отвечала за свою часть: от интеллектуальных систем до силовых узлов. Сотрудничество позволило объединить знания и технологии на совершенно новом уровне, – отметил руководитель центра, кандидат технических наук, доцент Дмитрий Дубинкин.
Одновременно с разработкой «Юпитера 125» началась работа над карьерным самосвалом серии «Атлант» – машиной грузоподъёмностью 32 тонны, известной как «Робокоп». В числе первых задач центра были эскизное и техническое проектирование, проведение научно-исследовательских работ и создание опытных сборочных единиц. Оба проекта карьерных самосвалов стали начальным этапом в становлении центра и доказали высокий уровень его специалистов.
Сегодня научный центр «Цифровые технологии» объединяет более 60 профессионалов, которые занимаются проектированием, созданием цифровых моделей, разработкой цифровых двойников, реверс-инжинирингом узлов и агрегатов, а также внедрением современных технологий в производство.
Основная деятельность центра базируется в двух ключевых лабораториях. В лаборатории цифровой системы диспетчеризации и беспилотного управления трудятся программисты и электромеханики, которые создают опытные образцы и пишут программное обеспечение для систем. В лаборатории моделирования и цифровых двойников, в свою очередь, работают проектировщики, конструктора, технологи и расчётчики – главное, что всех объединяют цифровые технологии.
На постоянной основе специалисты занимаются и заказами для предприятий. За последние полтора года центр заключил более десяти договоров с угольными и машиностроительными предприятиями Кузбасса. Среди заказов – разработка редукторов, систем защиты ковшей, сканирование сложных поверхностей для последующего проектирования и многое другое.
Центр стал не только точкой роста для КузГТУ, но и важным звеном в развитии машиностроения в регионе. Его проекты продолжают открывать новые горизонты для науки и технологий, а начатая история служит основой для новых достижений.
Проекты мирового уровня
В 2020 году специалисты центра погрузились в новые проекты – 90-тонный беспилотный самосвал серии «Юпитер» и самосвал грузоподъёмностью 50 тонн на базе семейства «Атлантов». На сегодняшний день головной исполнитель КузГТУ выполнил все обязательства перед Министерством науки и высшего образования Российской Федерации как по первому проекту «Юпитер 125», так и по «Юпитер 90»: работы завершены, получены положительные заключения экспертов.
Автономная техника для горной промышленности – это стратегия будущего нашей страны. Беспилотные самосвалы позволят автоматизировать процесс добычи и транспортировки полезных ископаемых. Такие машины, в отличие от зарубежных аналогов, разрабатываются с учётом российских условий эксплуатации, обеспечивая их долговечность, и отличаются экономичностью благодаря инновационным системам управления и маршрутизации.
Идея состоит в том, чтобы «робот» пришёл на смену человеку. Будущее за новыми цифровыми рудниками: это система цифровой диспетчеризации, позиционирования, мониторинг технического состояния техники, обеспечение безопасности движения беспилотных карьерных самосвалов, а в будущем и экскаваторов. Одним словом, работа всей технологической цепочки будет настроена на добычу и транспортировку полезного ископаемого, – рассказал Дмитрий Михайлович.
Сегодня в рамках комплексной научно-технической программы «Чистый уголь – зелёный Кузбасс» специалисты КузГТУ продолжают трудиться над линейкой «Юпитер», а именно автономными самосвалами грузоподъёмностью 220 и 240 тонн. Конкурсная документация на первую, 220-тонную машину, была подготовлена ещё в 2019 году и поддержана спустя три года. Параллельно идёт завершение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по 240-тонной модели.
Каждый этап разработки включает создание цифровых двойников самосвалов, проведение виртуальных испытаний для оптимизации конструкции, разработку систем дистанционного и беспилотного управления. Особое внимание уделено локализации производства: используются преимущественно отечественные комплектующие, что снижает зависимость от импорта.
Первое направление центра – это проектные работы на основе передовых методов конструирования с использованием цифровых технологий. Создаём электронные модели основных установок и систем горных машин и оборудования, далее превращаем их в цифровые двойники, проводим виртуальные испытания и разрабатываем рациональную конструкцию, отметил заместитель руководителя центра, кандидат технических наук Дмитрий Пашков.
Второе направление – это беспилотное, либо дистанционное управление транспортными средствами. За эти годы были улучшены алгоритмы и написано множество «подпрограмм» для огромной системы. Планируем дойти до 4-го уровня беспилотности – «широкая автоматизация», – рассказал заместитель руководителя центра, кандидат технических наук Илья Сыркин.
Технологии на все случаи
В июне 2024 года на XXXII Международной выставке технологий горных разработок «Уголь России и Майнинг» представлен четырёхсторонний договор о реализации нового проекта в рамках программы «Чистый уголь – зелёный Кузбасс». Документ подписали ректор КузГТУ Алексей Яковлев, председатель Совета директоров АО «Промышленная группа «Родина» Александр Клименко, директор ГБУ «Донуглемаш» Иван Косарев и директор НОЦ «Кузбасс-Донбасс» Ирина Ганиева. Конечная цель – создание автоматизированного очистного комбайна для отработки угольных пластов мощностью от 1,5 до 3,2 метра.
Проект рассчитан на пять лет, а общий объём частного софинансирования превышает 1,7 миллиарда рублей. В качестве соисполнителей задействованы Научно-исследовательский институт взрывозащищенного электрооборудования, Автоматгормаш, ДонНТУ, ДонГТУ и Донецкий металлургический завод – со стороны Донбасса, МГТУ им. Н.Э. Баумана и Институт проблем комплексного освоения недр РАН – из Москвы.
Совместное соглашение направлено на развитие отечественного машиностроения в угольной отрасли, что особенно важно в условиях курса на технологический суверенитет. Создаваемый очистной комбайн будет ориентирован в основном на новые регионы страны. На сегодняшний день уже разработано техническое задание и составлен календарный план работ. Основной задачей КузГТУ как главного исполнителя станет создание цифрового двойника, проведение виртуальных испытаний и изготовление прототипа на базе полученных данных.
Кузбасский политех в партнёрстве с ПАО «КАМАЗ», МГТУ им. Н.Э. Баумана и вузами Донбасса подали заявку на реализацию ещё двух перспективных проектов. Первый из них посвящён созданию полноприводных карьерных самосвалов серии «Геркулес» на санкционно устойчивой компонентной базе. Машины разной грузоподъёмности будут максимально оснащены отечественными деталями. Всего в рамках проекта изготовят три автомобиля.
В плане также находится разработка породных карьерных самосвалов, способных работать в условиях безлюдных технологий добычи полезных ископаемых. Оба проекта также рассчитаны на пять лет и станут важным шагом в обеспечении независимости отечественной промышленной техники.
Поддерживаем молодых учёных
К воплощению проектов подключаются специалисты со всех институтов КузГТУ, но неотъемлемой особенностью центра остаётся «молодёжный» состав. За прошедший год свыше 60 студентов приняли участие в оплачиваемых научно-исследовательских работах. И с каждым разом эта цифра только растёт.
В 2020 году мы пригласили в центр ряд студентов четвёртого курса, где они постепенно освоили программы для проектирования. Эти ребята окончили бакалавриат и магистратуру, а сегодня учатся в аспирантуре и продолжают исследовать те системы, которые мы за ними закрепили, а также помогают новоиспечённым молодым специалистам – студентам. В центре особенно развито наставничество и отработан алгоритм по выполнению в проектах микрозадач по разрабатываемым установкам и системам. Например, ответственный исполнитель ставит задачу студенту – молодому специалисту: осуществить сбор информации по разрабатываемому объекту, провести патентный поиск, оформить чертежи или подготовить отчёт, – отметил заместитель руководителя центра, кандидат технических наук, доцент Владимир Садовец.
Цифровое проектирование и моделирование – самая интересная составляющая работы, проводимая в научном центре. Здесь каждый студент найдёт для себя любимое дело и поймёт, как на практике применить свои знания, полученные во время учёбы. Например, выпускница магистратуры по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» Диана Сафина создаёт электронные модели деталей и сборок, выполняет инженерные, проектные и прочностные расчёты.
На первом курсе магистратуры я познакомилась с профессором Валерием Юрьевичем Блюменштейном, который посоветовал мне устроится работать в Научный центр «Цифровые технологии», – рассказывает Диана. – Прислушалась к этому совету и не жалею об этом. Очень благодарна Валерию Юрьевичу и Дмитрию Михайловичу за возможность повышать свои компетенции, наращивать знания и работать в центре. Мне нравится, что каждый привносит свой вклад в общее дело. Даже если мы трудимся над выполнением разных проектов, коллеги всё равно готовы помогать друг-другу советом и делом.
В качестве младшего научного сотрудника центра Диана трудится вот уже полтора года. Её основным направлением остаётся разработка методик расчётов и оценки прочности механических устройств и металлических конструкций.
Для меня конечно-элементный анализ интересен тем, что полученные через него результаты точнее, чем то, что мы получаем аналитическим методом. Прочностной расчёт через конечно-элементный метод имеет широкий круг возможностей применения, проще в реализации, то есть экономит время проектирования, а решения, получаемые этим методом, более наглядные. Можно быстро получать результаты для различных условий задач и выбирать наиболее подходящие для конкретной ситуации. Например, видеть, как ведёт себя деталь, изготовленная из разных материалов, в одних и тех же условиях эксплуатации.
Одним из последних проектов, в котором Диана приняла участие, стала разработка коническо-цилиндрического трёхступенчатого редуктора для привода шахтного ленточного конвейера. В задачи сотрудницы входило создание твердотельных моделей деталей, выполнение прочностных расчётов и конструкторская документация. По завершении проекта у команды был готов полный пакет документов для успешного выпуска редуктора на производстве. Каждая деталь была рассчитана на прочность, все характеристики просчитаны и сверены с техническим заданием.
Сегодня Диана вместе с остальной командой центра «Цифровые технологии» участвует в разработке шестерённого насоса для перекачки различных жидкостей, в том числе и потенциально опасных в угольной, карьерной, металлургической и строительной отраслях. Изучает опорную реакцию и подбирает подшипники, рассчитывает основные технические характеристики, такие как коэффициент полезного действия и производительность.
Будущий набор студентов – молодых специалистов ожидается после поддержания новых проектов по очистному комбайну, автосамосвалам серии «Геркулес» и породным карьерным самосвалам. Несмотря на то, что время для реализации инициатив ограничено, у студентов есть возможность совместить обучение с постоянной работой. Какие навыки кандидата окажутся полезными для центра – решается на собеседовании.
Нам важно, чтобы потенциальный кандидат успевал уделять время учёбе, поэтому мы совместно проговариваем объём часов и количество работы, – объясняет руководитель центра. – Кроме того, мы интересуемся, какое у студента любимое хобби, занимался ли он проектированием или программированием, чтобы определить нужное для него направление. После трудоустройства ему даётся время на адаптацию. Подтянуть пробелы в знаниях под руководством наставников, а также благодаря курсам повышения квалификации по работе с различным программным обеспечением. Погружение в работу происходит постепенно и доходит до полноценного уровня, когда молодой специалист может самостоятельно ставить и решать поставленные задачи. Уверен, что в будущем наши инженеры и программисты, придя на собеседование в крупные машиностроительные предприятия, будут иметь преимущество перед теми кандидатами, у кого не было такого практического опыта.
Поиск молодых кадров осуществляется не только через собеседования. В рамках проведения конкурсов грантовНЦЦТ 13 талантливых и замотивированных ребят нашли постоянную работу в научном центре. Идеи начинающих учёных – автономные и интерактивные системы, нейросетевые модели, мобильные приложения и многое другое – поощряются денежными выплатами в размере от 30 до 60 тысяч рублей.
НЦЦТ ждёт студентов, активно увлекающихся наукой, готовых учиться новому, а наибольшие шансы найти перспективную работу имеют те, кто учится на следующих направлениях/специальностях:
Искусственный интеллект в системной интеграции информационных процессов;
Информационные и цифровые технологии в транспортных системах;
Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств;
Проектирование технологических машин и комплексов;
Объектно-ориентированное проектирование горных машин;
Горное дело.
Взгляд в будущее
Научный центр «Цифровые технологии» стал мощным драйвером развития исследований и инноваций в КузГТУ. За пять лет работы он не только доказал свою необходимость, но и превратился в платформу, где идеи становятся реальностью. Взаимосвязь между проектами и самой структурой центра создаёт уникальную синергию: без совместных проектов центр бы не появился, а проекты невозможно было бы реализовать без его ресурсов.
Параллельно в научном центре активно развиваются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в сфере обратного проектирования, имитационного моделирования, разработки цифровых двойников, разработки систем беспилотного управления транспортными средствами и системы цифровой диспетчеризации горнодобывающих предприятий. Для реализации задач имеется всё необходимое: оборудование для 3D-сканирования, инструменты для анализа металлов и сплавов, современные графические станции и специализированное программное обеспечение.
За время работы центра было получено более 30 документов на интеллектуальную собственность Российской Федерации, опубликовано свыше 70 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и более 40 – в международных наукометрических базах, таких как Scopus и Web of Science. Результаты исследований докладывались на престижных конференциях как в России, так и за её пределами.
Цифровая эра НЦЦТ продолжает развитие и ставит новые стратегические цели. На сегодняшний день подготовлены заявки в Российский научный фонд на создание лабораторий международного уровня и исследования малыми научными группами. Эти инициативы призваны не только укрепить научный потенциал, но и привлечь молодых специалистов, заинтересованных в исследованиях и инновациях. А дальше, как отмечают сами сотрудники центра, только больше.
