INSTITUTE NEWS

Система управления данными и процессами расчетных и экспериментальных научных исследований «УРАНИЯ» введена в эксплуатацию в АО «Прорыв»

Летом 2024 года в АО «Прорыв», входящем в структуру госкорпорации «Росатом», введена в эксплуатацию система управления данными и процессами расчетных и экспериментальных научных исследований «УРАНИЯ». Автоматизированная система для повышения прозрачности и управляемости расчетных и экспериментальных исследований была разработана ИБРАЭ РАН совместно с Передовой инженерной школой «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого для проектного направления (ПН) «Прорыв», целью которого является достижение нового качества ядерной энергетики путем разработки, создания и промышленной реализации замкнутого ядерного топливного цикла на базе реакторов на быстрых нейтронах.

Для инженерных расчетов и обоснования безопасности ядерных установок четвертого поколения со свинцовым теплоносителем и уран‑плутониевым нитридным топливом в мире решений нет. Поэтому в России в рамках проекта «Прорыв» началась разработка расчетных кодов, принципиально отличающихся от предшественников. Исполнителем проекта «Коды нового поколения» стал ИБРАЭ РАН, у которого был богатый опыт математического моделирования физических, химических, теплогидравлических процессов в ядерных установках.

В ходе расчетных обоснований проводятся многие тысячи расчетов, и для каждого нужно знать исходные данные, модели и сетки, коды и конечные результаты. Для хранения и управления этим массивом данных потребовалась автоматизированная система. «Урания» позволяет обеспечить повторяемость расчетов, взаимодействие конструктора и расчетчика, проверку соответствия результатов расчета требованиям, в системе можно отслеживать историю изменения исходных данных и результатов расчетов и многое другое.

Основная задача системы «УРАНИЯ» — максимальный перевод натурных испытаний, применяемых в атомной промышленности, в цифровую среду и повышение эффективности расчетных и экспериментальных обоснований. В основе системы «УРАНИЯ» лежит цифровая платформа разработки и применения цифровых двойников CML-Bench^®.

Леонид Александрович Большов, академик РАН, научный руководитель ИБРАЭ РАН, руководитель проекта «Коды нового поколения» ПН «Прорыв»: «Решение использовать в качестве программной платформы для построения «УРАНИИ» отечественную платформу CML-Bench^® обусловлено максимально подходящим задачам ПН «Прорыв» функционалом платформы, а также сжатыми сроками разработки системы. Платформа разработки цифровых двойников позволила нам взаимоувязать разнородные информационные и расчетные системы и подходы к их использованию, применяемые в атомной отрасли, а также осуществлять сквозную межпроектную трансляцию результатов выполняемых НИОКР. Кроме того, благодаря возможностям CML-Bench^®, «УРАНИЯ» позволяет учесть значительную вариативность путей достижения результатов при реализации проектов. В настоящий момент «УРАНИЯ» находится на стадии развертывания и внедрения в двух других участниках ПН «Прорыв» — АО «ОКБМ Африкантов» (ввод в эксплуатацию запланирован в конце 2024 года) и АО «НИКИЭТ».

На сегодняшний день архитектура системы «УРАНИЯ» построена, помимо цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench^®, на операционной системе Astra Linux и системе управления базами данных PostgreSQL, а также включает в себя клиент-сервер и веб-клиент для пользователей.

«Цифровая платформа CML-Bench^® имеет широкие возможности отраслевой кастомизации — с ее помощью было реализовано более 150 проектов для более чем 10 высокотехнологичных отраслей промышленности, включая атомную отрасль. Поэтому логично, что зарекомендовавшая себя отечественная платформа легла в основу столь сложной программной системы, как «УРАНИЯ», позволяя ей обеспечивать сохранение связи между расчетными случаями и исходными данными (версиями частных математических моделей) для возможности воспроизведения расчетов. Также цифровая платформа CML-Bench^® предоставила гибкий инструментарий для навигации и просмотра расчетных данных интегральных расчетных математических моделей. Напомню, что пять из десяти базовых подсистем «УРАНИИ» разработаны на основе CML-Bench^® — это модули структурированного хранения  и управления расчетными данными, модуль управления целевыми значениями, выдачи и контроля заданий исполнителям, подключение пакетов CAE, запуск решателей», — отметил проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков.

Остальные подсистемы «УРАНИИ» были разработаны ИБРАЭ РАН в соответствии с требованиями пользователей: интеграция с платформой анализа данных и оптимизации pSeven, система расширенного пре- и пост- процессинга, возможности интеграции с PLM-системами и др.

Андрей Федоровский, директор по цифровизации ПН «Прорыв»: «Разработка передовых проектов реакторных установок требует применения самых современных технологий. И мы удовлетворены, что АО «Прорыв», являющееся интегрирующей структурой ПН «Прорыв», стало первой организацией, где внедрена система «УРАНИЯ», направленная на повышение качества процессов и сокращение сроков разработки изделий и объектов. На данный момент в АО «Прорыв» система «УРАНИЯ» используется в отделе науки и отделе математического моделирования и цифровизации. Внедрение системы «УРАНИЯ» позволило сократить время на выполнение расчетов (в ряде случаев — до 10 раз), а также автоматизировать подготовку необходимых отчетных материалов и сократить на 20% сроки их подготовки. В наших планах — расширение использования «УРАНИЯ» в АО «Прорыв», а также её внедрение на других предприятиях-участниках ПН «Прорыв».

Святослав Кириенко,  начальник отдела математического моделирования и цифровизации АО «Прорыв»: «Оперативность анализа результатов расчетов на интегральных математических моделях энергоблоков благодаря «Урании» увеличивается на 20–30%. Но в отделе науки скорость именно расчетов выросла в 10 раз! Это рывковое ускорение. Сокращение срока проведения расчетов — далеко не единственный эффект. «Урания» наводит порядок в расчетных данных, систематизирует их и хранит полный архив изменений и правок. В итоге повышается качество интегральных моделей как расчетного представления цифровых двойников».

Сергей Сумароков, заведующий отделом проблем управления жизненным циклом объектов атомной энергетики ИБРАЭ РАН: «Мы сразу отказались от идеи разрабатывать цифровую платформу с нуля. Несколько лет назад, еще в начале проекта, мы узнали, что команда питерского Политеха (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, СПбПУ.— «СР») разрабатывает платформу управления расчетными данными под названием CML-Bench. Мы договорились, что их система станет платформой, на базе которой мы подготовим программу под задачи проведения расчетов, анализа и обоснования безопасности для атомной отрасли. У нас уже был опыт разработки сходной системы на базе зарубежных платформ для Опытного конструкторского бюро машиностроения им. Африкантова, и было понимание, какой функционал нужен для программной среды». 

Пока «Урания» полноценно работает только в АО «Прорыв», но в ближайшей перспективе ее планируется внедрить в Опытном конструкторском бюро машиностроения им. Африкантова и Научно-­исследовательском и конструкторском институте энерготехники им. Доллежаля.

«У них в десятки раз больше расчетов, чем в «Прорыве». Ежедневно проводятся сотни расчетов для различных реакторных установок, постоянно взаимодействуют конструкторы и расчетчики. И там программа в полной мере покажет свою эффективность», — утверждает Сергей Сумароков.

Статья (автор — Андрей Соколов) о системе управления данными и процессами расчетных и экспериментальных научных исследований «Урания», опубликованная на интернет-портале «Страна Росатом» (перейти по ссылке)