Платформа REPEAT аккумулирует функционал для создания математических моделей сложных объектов и процессов в различных отраслях промышленности

В сентябре 2022 года Госкорпорация «Росатом» впервые представила новый цифровой продукт — модельно-ориентированную среду проектирования и математического моделирования REPEAT (REal-time Platform for Engineering Automated Technologies), разработанную Инженерно-техническим центром «ДЖЭТ» (входит в состав АО «Русатом Сервис», Госкорпорация «Росатом»). В современных реалиях данный импортонезависимый программный продукт  приобретает всё большую актуальность для широкого применения в проектных институтах, конструкторских бюро и образовательных учреждениях для создания суверенной информационной среды.

Этапы становления продукта

Официальный запуск программного комплекса состоялся в сентябре 2022 года в рамках проведения международной научной конференции «Суперкомпьютерные дни в России». При этом работы по его созданию начались летом 2020 года и происходили при активном содействии Российского фонда развития информационных технологий (РФРИТ) — оператора государственных мер поддержки Министерства цифрового развития, связи и средств массовых коммуникаций РФ. Соответствующий грант на реализацию проекта был выделен фондом АО «ИТЦ «ДЖЭТ» в 2021 году. Благодаря поддержке РФРИТ была сформирована мощная проектная команда, в которую были привлечены IТ-кадры с высококонкурентного рынка труда цифровой индустрии. АО «ИТЦ «ДЖЭТ» более 30 лет разрабатывает тренажерные средства обучения (далее — ТСО) в энергетике. Данные наработки стали основой для создания нового продукта для моделирования процессов в теплогидравлике, электрике, автоматике, а также создания цифровых двойников объектов.

Практически сразу после официального выхода продукта со стороны потенциальных клиентов был проявлен интерес к продукту, а в течение 2023 года в целях подтверждения функциональности и жизнеспособности продукта совместно с клиентами было реализовано более 20 пилотных задач применительно к различным отраслям промышленности. Так, был значительно расширен функционал продукта в дополнение к заложенному в дорожной карте на этапе создания. По состоянию на ноябрь 2023 года количество минорных релизов достигает 14, при этом на декабрь запланирован большой мажорный релиз № 2.

Следует отметить, что АО «ИТЦ «ДЖЭТ» в 2022 году дал старт проекту Школа моделирования, направленному на подготовку специалистов по направлению цифрового моделирования и инженерных расчетов. Это стало толчком для тиражирования программного комплекса REPEAT в образовательных учреждениях, которые будут готовить специалистов с цифровыми компетенциями, навыками работы с REPEAT и иными отечественными инженерными IT-продуктами с целью их дальнейшего применения на производстве. Так, в сентябре 2022 года в Казанском государственном энергетическом университете (КГЭУ) и Томском политехническом университете (ТПУ) начали свою работу Школы моделирования — первые центры создаваемой сети инженерно-математических школ ИТЦ «ДЖЭТ», которая активно разрастается. В 2023 году студенты начал постигать азы математического моделирования в ДГТУ (г. Ростов-на-Дону), КубГТУ (г. Краснодар), МЭИ (г. Москва), а также УрФу (г. Екатеринбург).

В арсенале каждой Школы моделирования — 10-15 ПК с установленным ПО REPEАТ и штат преподавателей, прошедших подготовку в ИТЦ «ДЖЭТ».

Обучение в центрах осуществляется также на базе программного комплекса REPEAT, а дополнительно предоставленный КГЭУ аналитический тренажер энергоблока с реактором ВВЭР-1200 позволяет будущим инженерам получить навыки эксплуатации атомных электростанций, знания в области проектирования и инжиниринга, а также дополнительные цифровые компетенции.

Цели и задачи

REPEAT предназначен для разработки математических моделей сложных объектов и процессов в различных отраслях промышленности, включая создание цифровых двойников. Его применение способствует повышению эффективности энергообъектов, снижает затраты на производственные процессы, количество простоев и непредвиденных инцидентов. Для проектных институтов и конструкторских бюро REPEAT обеспечивает возможность проверки проектных решений.

Программный комплекс актуален для применения в образовательных учреждениях, которые нацелены на повышение цифровых навыков учащихся, получение ими знаний в области проектирования и инжиниринга.

REPEAT призван расширить спектр решаемых задач в высокотехнологичной промышленности и образовании, а также функциональность всей российской линейки САЕ-продуктов. В целом курс Росатома — это движение к созданию комплексной мультифизической среды моделирования, которая функционально и технически будет иметь возможность решения широкого спектра задач промышленности и выполнения фундаментальных исследований. Синергия программных продуктов компании, таких как «Логос», который позволяет осуществлять 2D/3D-моделирование, а также REPEAT, предназначенный для 0D/1D-моделирования, позволяет переводить в модель сложные физические явления в достаточно короткий срок, основываясь только на математических расчетах.

REPEAT проходит стадию активного развития, чтобы в будущем стать достойной и конкурентоспособной альтернативой зарубежному ПО, такому как MATLAB, Simulink и Amesim (Siemens). Такой результат представляется возможным благодаря внедрению ряда важных функциональных составляющих: облачной инфраструктуры с гибким доступом через web-браузер, мультифизические расчеты, значительное количество библиотечных элементов, интеграции данных и моделей. 

Главное окно графического интерфейса приложения REPEAT

Функциональные возможности и архитектура

Платформа модельно-ориентированной среды проектирования и математического моделирования REPEAT предлагается в нескольких вариантах.

Одной из них является десктопное приложение с расчетным ядром, а также со всеми доступными модулями и библиотеками, которое работает на ПК с ОС как Linux, так и Windows.

В расчетное ядро входят три основные библиотеки для генерации расчетного кода:

• кодогенератор CMS (Compressible Media Solver) — используется для задач численного моделирования динамики теплогидравлических процессов при работе любого теплоэнергетического оборудования, включая ядерный реактор, паровой котел, газовую турбину и другое энергетическое оборудование;
• кодогенератор ELECTROCITY — применяется для решения задач установившегося режима в энергосистеме и расчета динамической устойчивости, а также электромеханических переходных процессов в системах электроснабжения, включая подстанции;
• кодогенератор AUTO — используется для создания сложных блоков из целой библиотеки простых визуализированных компонентов схемы для расчетов различных моделей систем регулирования, пропорционально-интегрально-дифференцирующих регуляторов и объектов управления.

В расчетное ядро можно без ограничений занести большую проектную базу данных, например информационную модель атомной станции или нефтеперерабатывающего завода, которые содержат сотни насосов, несколько тысяч задвижек, запорной, регулирующей арматуры и десятки тысяч датчиков.

Пример визуализации на выходе генератора прямоугольных импульсов и инерционного звена

К примеру, можно автоматически переводить в расчетные схемы REPEAT исходные данные из CAD-системы SmartPlant Foundation, которая используется для проектирования.

Также в десктопной версии присутствуют конвертеры и редакторы, которые упрощают разработку модели.

Другая версия — это web-приложение, которое реализовано  в виде облачного сервиса и набора услуг (backend + frontend) с полнофункциональным доступом через web-браузер. Web-приложение REPEAT  предназначено для предоставления цифровых сервисов симуляционного моделирования, функционирующих на технологической платформе с микросервисной архитектурой.  Кроме того, web-приложение REPEAT имеет дополнительные сервисы, которые обеспечивают защиту информации, биллинг для оплаты подписки, управление учетными записями и балансировку нагрузки. При этом все вычисления выполняются на удаленном сервере, что снижает требования к рабочей станции. Если отраслевые ограничения по информационной безопасности не допускают применение ПО с выходом в Интернет, то можно развернуть облачную версию REPEAT в закрытом контуре предприятия.

Клиентская часть (frontend) приложения представляет собой ПО, доступ к которому осуществляется через web-интерфейс, посредством которого оно загружается на ПК пользователя и обеспечивает графическую среду для создания и моделирования. В процессе работы приложение обращается за реализацией необходимых функций к серверной части (backend) посредством API-интерфейса. Дизайн выполнен в виде одностраничного приложения (SPA) с соответствующей компоновкой основных средств управления вокруг его рабочей области, где пользователь создает соответствующую проекту мнемосхему для ее расчета и моделирования.

«Equation-based» подход

Основное содержание окна справочной системы оформлено в виде сворачиваемых блок-разделов, среди которых — «Общая информация», «Описание интерфейса пользователя», «Режим проектирования», «Режим моделирования», «История версий» и «Техподдержка». Доступна всплывающая панель визуализации, которая предназначена для вывода данных моделирования в графическом виде при выполнении пользовательской задачи. Также в состав REPEAT входит редактор графических интерфейсов.

Модель можно создавать с различной степенью детализации узлов, а разные модели, например автоматики, теплогидравлики и электроснабжения, можно объединять в цифровой двойник через единое окно данных.

Серверная часть (backend) представляет собой набор взаимодействующих сервисов, в число которых входят сервис исполнительной системы (ядро моделирования), сервис кодогенерации и сборки задачи, сервис авторизации и аутентификации пользователей, сервис журнала событий, сервис обмена данными с моделью, подсистема cерверной логики, сервис управления пользователями и шлюз API.

Системный дизайн

Всё моделирование происходит в схематичном режиме, что позволяет анализировать любые процессы, в том числе аварийные, в реальном времени. Например, можно определить температуру в различных зонах и выход из строя определенных блоков (датчиков, насосов или задвижек) в случае аварии на атомной станции.

Среди уже реализованных функциональных возможностей платформы — «Equation-based» подход, системный дизайн, ко-симуляция и интеграция с внешними системами, возможность разработки собственных блоков на Python, ядра реального времени, наличие систем контроля версий и доступность коллективной работы над моделью. С помощью REPEAT можно провести анализ установившихся режимов, рассчитать токи коротких замыканий, построить однолинейные диаграммы, проанализировать динамическую устойчивость энергосистем, смоделировать динамики объектов управления, САР, устройства решений защиты и автоматики, а также высокоточные модели объектов.

Преимущества

В целом, REPEAT обеспечивает возможность моделирования процессов на ранних стадиях проектирования до создания реальных прототипов, а также позволяет осуществлять проверку готовых проектных решений на предмет ошибок.

Благодаря наличию облачной версии, REPEAT не требует установки  и обеспечивает работу с самой последней версией продукта в единой среде для различных устройств (ПК, планшет, ноутбук).  Имеется возможность одновременной работы над проектом большого количества пользователей, переключения языка интерфейса для удобства использования в международной команде, а также наличие подсказок от интерактивного помощника.

У продукта формируется комплексная техническая поддержка ИТЦ «ДЖЭТ» с каналом обратной связи непосредственно с разработчиками, которые проводят регулярные опросы по улучшению системы.

Первый шаг при вызове интерактивного помощника

Доступны создание кастомизированного интерфейса и ознакомительная демо-версия. Также предоставляются возможности отладки и подстройки модульной системы и даже использование REPEAT по подписке.

Как уже отмечалось, REPEAT можно интегрировать с другими программными комплексами класса CAE, например с «Логосом» или сторонними системами для разработки и проектирования.

Немаловажно, что все компоненты десктоп-версии REPEAT и облачная версия включены в реестр отечественного ПО.

Наконец, среди плюсов продукта нужно упомянуть привлекательную стоимость (на 15-20% ниже зарубежных аналогов), которая складывается из цены программной и аппаратной частей, а также гибкий подход к ценообразованию в принципе. При гарантированной стабильной стоимости непосредственно самого программного обеспечения предусмотрена возможность как задействовать имеющиеся готовые серверы, так и поставить новые или купить место в облаке.

Планы на будущее

Разработчик планирует постепенное расширение функциональных возможностей REPEAT за счет появления новых библиотек, в первую очередь в сегменте силовой электроники. Это позволит осуществлять параллельное моделирование теплогидравлики и электротехники на единой расчетной платформе для комплексной оценки разных режимов работы оборудования или целых систем.

Также в планах на будущее — создание электронной площадки по продаже библиотек REPEAT Place, в которой смогут принять участие и сторонние разработчики, готовые присоединиться к развитию своих идей на платформе REPEAT.

Старт коммерческих продаж REPEAT в России состоялся 2023 году, но в планах поставок на 2024-2025 годы фигурируют такие страны, как Индия, Китай, Армения и Беларусь, откуда уже поступили запросы на данный продукт.

Кроме того, планируется расширение списка Школ моделирования на базе REPEAT.