Самарский университет создает роботизированную фабрику наноспутников

До конца 2023 года Самарский университет имени Королева планирует открыть роботизированное опытное производство наноспутников формата "кубсат". Оно создается в университете совместно с Ракетно-космическим центром (РКЦ) "Прогресс" в рамках федерального проекта "Передовые инженерные школы". Предусмотрен запуск на территории кампуса двух киберфизических и одной цифровой фабрики по разработке и выпуску продукции в авиационной, космической и энергетической сферах. 

Теоретической основой для проектирования опытных производств аэрокосмической техники стала концептуальная модель цифрового завода, созданная в университете.

Директор Передовой инженерной аэрокосмической школы (ПИАШ) Самарского университета имени Королева Иван Ткаченко рассказал:

- Киберфизическая роботизированная фабрика по разработке и производству наноспутников формата "кубсат" создается на территории университетского кампуса в интересах госкорпорации "Роскосмос". Планируется, что первое опытное производство откроется в декабре этого года, сейчас для него закупается и готовится специальное оборудование. Это первый проект, который будет реализован в рамках концептуальной модели цифрового завода, разработанной сотрудниками Передовой инженерной аэрокосмической школы (ПИАШ) Самарского университета имени Королева. 

По его словам, конструкция наноспутников, разрабатываемых сейчас в ПИАШ Самарского университета имени Королева, будет изначально "заточена" под автоматическую сборку роботами. В перспективе здесь планируется отработать технологию автоматизированного производства наноспутников “АИСТ-СТ” размерностью 12U, предназначенных для радиолокационного наблюдения за поверхностью Земли в Х-диапазоне. Прямо сейчас в университете идет разработка первого спутника этой серии совместно с питерской компанией "Специализированный технологический центр", запуск на орбиту запланирован на 2024 год. Объемы производства будущей киберфизической фабрики пока не определены.

- Разработка конкретных спутников - это лишь одна из задач, стоящих перед создаваемой сейчас киберфизической фабрикой. А главное - это отработка типовых роботособираемых конструкций, а также технологий роботизированной сборки, автоматизированного хранения компонентов и материалов, автоматизированной транспортировки деталей и корпусов изделий, контроля и испытаний спутников. В рамках ПИАШ мы уже создали значительный научно-технический задел, опробовали ряд решений, связанных с роботизацией процесса сборки космических аппаратов нанокласса, и движемся дальше, - рассказал Иван Ткаченко.

 
В отработке роботособираемых конструкций и технологий роботизированного производства помимо научных сотрудников ПИАШ участвуют и студенты Передовой инженерной аэрокосмической школы, для них это часть образовательного процесса. А инфраструктурной базой, на которой сейчас формируется киберфизическая фабрика, стал производственно-испытательный комплекс малых космических аппаратов, который был создан совместно Самарским университетом имени Королева и РКЦ "Прогресс" в рамках постановления Правительства РФ №218.

В дальнейшем на территории университетского кампуса планируется открыть еще одну киберфизическую фабрику - по разработке и выпуску малогабаритных газотурбинных энергоустановок. Это опытное производство также создается в рамках концепции цифрового завода и будет работать в интересах "ОДК-Кузнецов" (входит в структуру Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха).

- Создание концепции цифрового завода - один из ключевых моментов в развитии нашей Передовой инженерной аэрокосмической школы. Это стержень, вокруг которого уже сейчас выстраивается ее научная, организационная и образовательная деятельность. В фокусе нашего внимания те интеллектуальные производственные системы и технологии, которые сегодня только внедряются на наших предприятиях и в которых они очень нуждаются. Мы готовим инженерные кадры, владеющие такими технологиями и способные внедрить их в реальное производство, а поскольку принцип нашего университета - "Образование через исследования", то в первую очередь мы разрабатываем и внедряем эти технологии у себя в университете, - отметил Иван Ткаченко.

В разработанной сотрудниками ПИАШ концепции цифровой завод представлен как киберфизическая система, которая объединяет в себе информационные (цифровые) и физические (реальные) компоненты. Их совместная работа обеспечит гибкость производства, снижение себестоимости, ускорение и повышение эффективности всех процессов по разработке и изготовлению малых космических аппаратов, малоразмерных газотурбинных установок и другой аэрокосмической техники. 

Базовых принципов, на которых строится модель цифрового завода, несколько. Прежде всего это иерархичность ее структуры, она разбита на несколько уровней. Модель строится на использовании сквозных технологий - больших данных, искусственного интеллекта, интернета вещей. В нее заложена способность системы к самообучению. Модель представлена как мультиагентная система, в которой агентами выступают интеллектуальные производственные ячейки, причем их роботизация и автоматизация должны привести к созданию на производстве безлюдного пространства.

В структуре цифрового завода разработчики выделили три иерархических уровня: цифровая фабрика - "умная фабрика" - виртуальная фабрика. Фабрики более высокого уровня включают в себя одну или несколько фабрик нижестоящего уровня по принципу матрешки. 

Цифровая фабрика - это самый первый, начальный уровень, где рождается новое изделие и технология его производства.

Например, в опытном киберфизическом производстве кубсатов, которое ПИАШ Самарского университета имени Королева создает сейчас на территории кампуса, цифровая фабрика будет заниматься проектированием наноспутников, созданием цифровых двойников материалов и изделий, разработкой технологических процессов сборки наноспутников и их испытаний. Один из ключевых продуктов на этом уровне - цифровой паспорт изделия. Это "живая" электронная структура, в которой отражаются все актуальные характеристики космического аппарата и которая сопровождает его на протяжении всего жизненного цикла.

Второй, более высокий структурный уровень цифрового завода - "умная фабрика". Здесь организуется серийный выпуск продукции. "Умная фабрика" - роботизированное производство, насыщенное современным оборудованием. Это оборудование находится под контролем и управлением автоматизированной производственной системы. Автоматизация позволяет исключить влияние человеческого фактора и повысить качество продукции, но требует особых подходов к проектированию изделий.

Самый высокий уровень в структуре цифрового завода - виртуальная фабрика. Это информационно-аналитическая система, которая управляет предприятием в целом. Вся производственная, логистическая и экономическая информация стекается на этот уровень для анализа и подготовки управленческих решений. Отличие концептуальной модели, разработанной в ПИАШ Самарского университета имени Королева, в том, что кроме цифровых и "умных" фабрик в структуру виртуальной фабрики включены сторонние предприятия-партнеры.

- Ключевая особенность нашей модели цифрового завода в том, что на входе она охватывает поставщиков оборудования, комплектующих и материалов, а на выходе - дилеров и эксплуатантов выпущенных изделий. Это принципиально важный момент для предприятий аэрокосмической отрасли, поскольку создание авиационной и ракетно-космической техники требует широкой кооперации предприятий, а разработчики и изготовители этой техники сопровождают свои изделия на протяжении всего жизненного цикла, обеспечивают их доработку и модернизацию, а также замену узлов и агрегатов, - подчеркнул Иван Ткаченко.