Юрий Степанов: «REPEAT можно использовать до создания реальных прототипов, то есть на самых ранних стадиях проектирования»
В каких отраслях, помимо атомной энергетики, наиболее эффективно использование вашего продукта REPEAT (REal-time Platform for Engineering Automated Technologies)?
В любой отрасли мы сталкивается с физическими процессами, моделирование которых уже доступно в REPEAT. Тем не менее основная экспертиза, приобретенная нами в течение многих лет, относится именно к атомной отрасли. Последние пять лет процессы в тепловой энергетике аналогичны тем, что происходят в атомной отрасли. Если говорить об автомобилестроении, наша библиотека ELECTROCITY может использоваться для моделирования электрических процессов при проектировании, например, электрокара, который представляет КАМАЗ. В соответствии с нашими тактическими и стратегическими планами мы, безусловно, «пойдем» в отрасли, где уже завтра наш продукт найдет применение. Но параллельно уже сейчас идет подготовка специальных библиотек для других интересных нам отраслей. При этом здесь возникает необходимость провести определенный комплекс НИОКР, главной целью которого является описание физики процессов в этих отраслях – только при выполнении этого условия они могут быть положены в математический аппарат. После появления соответствующей библиотеки платформа REPEAT очень легко сможет ее подхватить и смоделировать отсутствующие на сегодняшний день процессы. Очевидно, что, помимо атомной энергетики, мы можем охватить любую отрасль. Но, повторяю, в первую очередь курс будет на отрасли, нуждающиеся в моделировании процессов теплогидравлики, автоматики и электрики.
На каких стадиях разработки возможно проведение виртуальных испытаний проектируемого оборудования с использованием REPEAT?
Что касается атомной станции, то прежде, чем она будет построена и запущена в эксплуатацию, мы создаем ее математическую копию в виде полномасштабного тренажера, – иными словами, цифрового двойника, с оглядкой на нужды и существующие ограничения для тренажерных кодов. Пока идет строительство атомной станции, тренажер уже начинает свою работу, а для безопасного взаимодействия на реальном блоке специалисты могут накопить практический опыт на его копии. Моделированием можно заниматься еще до создания самого объекта, натурные испытания во многих случаях можно значительно удешевить. При этом институтам, создавшим экспериментальную установку, требуется провести от 20 до 50 экспериментов в целях подтверждения или опровержения выдвинутых учеными гипотез, и каждый из этих экспериментов может обойтись достаточно дорого при неочевидности их конечного результата. От натурных экспериментов можно частично отказаться: сначала создается модель с помощью продукта REPEAT, на ней проигрываются различные сценарии, среди которых выбирается наиболее оптимальный и в дальнейшем используется при построении натурных образцов, которые в последующем применяются для испытаний. Это позволяет сократить стоимость и время проведения натурных испытаний. Таким образом, REPEAT можно использовать до создания реальных прототипов, то есть на самых ранних стадиях проектирования, а также при проверке проектных решений. Институты атомной отрасли разрабатывают модель станции, наши специальные конверторы автоматически переводят эти модели и генерируют модель, которую уже можно проверить на реальных данных. Так выявляются ошибки и нестыковки в проекте.
Какие иностранные программные продукты способен заменить REPEAT?
Изначально мы ориентировались на иностранных вендоров, например Matlab и Simcenter и другие, и предполагали, что REPEAT призван их заменить. Затем было принято решение изменить взгляд на вопрос, поскольку мы работаем в конкретных областях физики. Первые три модуля, включенные в первый релиз REPEAT, это теплогидравлика, автоматика и электрика. Говоря об областях физики, стоит отметить, что REPEAT может заменить все продукты моделирования, которые работают в этих областях знаний. Что касается замены Matlab, то у этого софта есть более 100 различных библиотек, иными словами, он может работать более чем в 100 областях знаний. За счет этих библиотек разработчики Matlab расширили область применения своего ПО. При сравнении REPEAT с Matlab становится очевидным, что в областях теплогидравлики, автоматики и электрики мы можем составить конкуренцию не только Matlab, но и другим зарубежным и российским вендорам. Проведенные нами верификационные испытания показывают, что модели, которые мы способны создавать для клиентов, отличаются высокой точностью, сравнимой по уровню с моделями иностранных вендоров. Оценив возможности REPEAT, мы пришли к выводу, что обладаем компетенциями для решения всех задач, связанных с упомянутыми тремя областями. На данный момент на стадии выпуска находятся несколько новых библиотек – мы также проводим их оценку на предмет приоритетности и присутствия в последующих релизах REPEAT. Работы по созданию новых библиотек требуют много сил, как технических, так и научных, однако по мере их выпуска «в свет» в этих новых областях физики они станут достойным аналогом иностранных программных продуктов. Нам требуется не менее пяти лет для завершения формирования всех библиотек, которыми располагает Matlab. Мы являемся авторами трех библиотек, прошедших апробацию в атомной отрасли и занявших свое место в реестре российского ПО, а библиотека теплогидравлики – единственная в России имеет аттестацию Ростехнадзора для применения в атомной отрасли.
Насколько коммерческий продукт REPEAT дороже или дешевле западных аналогов?
При разработке стратегии вывода продукта REPEAT на рынок было принято решение о его продаже по стоимости, близкой к стоимости иностранного софта: на начальном этапе стартовая цена будет на 15-20% дешевле, а в дальнейшем сравнится с ценой иностранных аналогов. Таким образом, мы ориентируемся на цену, сформированную у западных вендоров за период 30 или 40 лет инвестиций, и при выходе на рынок с новым продуктом ставим задачу по предложению продукции сопоставимого или даже более высокого качества – а это очень непростая задача.
Зарубежные компании уже выразили интерес к покупке коммерческого продукта REPEAT?
Мы занимаемся поставкой тренажеров, это наш основной бизнес. Наш китайский партнер по атомной отрасли уже приобрел у нас несколько лицензий на теплогидравлический код, один из компонентов REPEAT. Старт продаж в России запланирован на 2023 год в свете высокого запроса на импортозамещение. В плане продаж на 2024-2025 годы фигурируют такие страны, как Индия, Китай, Армения и Беларусь. На рынке тренажеров от этих стран мы уже получали подобные запросы.
Какие расчетные методы используются в REPEAT?
Для разных задач используются разные методы. Например, применяется комбинация явного и неявного метода Эйлера, методы трапеции для решения дифференциальных уравнений, а для решения узловых задач существуют собственные решения и авторская библиотека, которую мы также зарегистрировали. Она использует систему линейных алгебраических уравнений на основе LU-разложения. Это основные методы в текущих библиотеках.
Сложно ли вашу CAE-систему интегрировать с системой автоматизированного проектирования?
Технически никаких сложностей в интеграции нет, можно интегрировать, вопрос лишь в том, какими данными мы хотим обмениваться с САПР и какая стоит задача. Если говорить о функционале «из коробки», то такого функционала нет. Есть ли у нас методы API, которые позволяют это делать «из коробки»? Частично есть.
Насколько параллельные вычисления увеличили мощность вычислений REPEAT?
Параллельные вычисления нашли применение лишь в одном demo-кейсе. Однако ядро системы настолько оптимизировано, что потребности в использовании суперкомпьютера для распараллеливания вычислений не возникало. В ходе проведения тестирования под нагрузкой 50 пользователей запустили на моделирование все свои модели – при этом мы увидели всего 4% загрузки одного ядра процессора. Отсюда вывод, что параллельные вычисления необходимы скорее для каких-то суперсложных задач. Если же брать атомную станцию, то при наличии полномасштабного тренажера он симулирует работу всех ее систем. И даже в этом случае нет необходимости в супервычислениях – достаточно нескольких серверов с хорошей производительностью. Такая возможность есть, она заложена в ядре, но на практике такого рода задач мы пока не встречали.
Каким вузам, кроме Казанского государственного энергетического университета, вы уже поставили тренажеры REPEAT?
Мы открыли школу моделирования в Томском политехническом университете – вторую в сети образовательных центров (первая школа моделирования торжественно открыла свои двери в Казанском государственном энергетическом университете в начале сентября текущего года), предоставив полный класс тренажеров с REPEAT. Сейчас предоставили REPEAT Ивановскому государственному энергетическому университету, ведутся переговоры с МЭИ и МИФИ.
Как у вас получилась веб-версия REPEAT?
Мы использовали наши наработки из тренажера и начали писать отдельную облачную версию REPEAT с чистого листа. Переупаковали весь бэкенд, разбили на микросервисы, добавили обслуживающие сервисы – идем по пути создания серьезного облачного решения. В наличии имеется десктоп-версия продукта, которая была передана в вузы. На сегодняшний день в вузах имеется более полный функционал, а облачная версия сможет сравняться с десктопной только после Нового года. Планируем, что с первого квартала 2023-го облачная версия будет представлять интерес для вузов. Кроме того, в некоторых ведущих вузах страны нами были открыты школы моделирования, поставлен аналитический тренажер шестого блока Нововоронежской АЭС. Эти кафедры специализируются на подготовке студентов, чья профессиональная жизнь будет связна с атомной отраслью. С помощью современного тренажера студенты будут делать лабораторные работы, проводить исследования и тесты, моделировать аварийные ситуации и т.п. Тренажер создается на базе REPEAT, и студенты получают возможность обучаться работе именно на этом ПО, создавать математические модели энергетических и других объектов с учетом появления новых библиотек. Таким образом, будет идти подготовка студентов сразу по двум специальностям: специалист по эксплуатации атомных станций и специалист инженерного состава, способный разрабатывать математические модели на базе REPEAT.
У вас есть конкретные специалисты, которые помогают вузам создавать лекции и лабораторные работы с использованием REPEAT?
Да, в каждом вузе присутствует научный руководитель, отвечающий за функционирование школы моделирования. Он обладает широкими компетенциями, ведет регулярную коммуникацию с нашими специалистами, ответственными за ту или иную часть математической модели, в том числе тренажера.
Вузы этот коммерческий программный продукт получают бесплатно?
Школы моделирования приобретают наше ПО на условиях академических лицензий – это подход, общий для любого мирового вендора. Но мы готовы поставлять его для некоммерческих целей на льготных условиях, практически даром. Сейчас идет переход к облачной модели, обсуждается вариант передачи вузам REPEAT для их коммерческой деятельности – на платной основе, для целей извлечения прибыли. Как я уже сказал, передавать REPEAT мы будем практически бесплатно по академической лицензии. Мы будем компенсировать наши постоянные затраты на облако, вычислительные ресурсы.
Какой нужно обладать квалификацией, чтобы начать работать с REPEAT?
Начать пользоваться нашим продуктом смогут студенты энергетических кафедр, а уже с третьего курса вполне смогут работать с ним. Достаточно иметь базовые теоретические знания в этих областях, а практические навыки будут приобретены в процессе работы.