К 2027-му планируется на 90 % заменить крайне важные для инженеров и учёных иностранные программы математического моделирования (computer-aided design, или CAD, и computer-aided engineering, или САЕ) на отечественные аналоги. К этому стремится созданный в прошлом году по инициативе «Росатома» Консорциум российских разработчиков программ математического моделирования.

Возможно ли реализовать данное начинание на практике и в такие сжатые сроки? Да, считает Сергей Букреев, технический директор АО «ИТЦ “ДЖЭТ”», структуры «Росатома», входящей в Консорциум, но для этого необходимы серьёзные усилия всех причастных к инициативе специалистов. В том числе в таком сложном и крайне необходимом процессе, как верификация программного обеспечения (ПО) — проверке соответствия продуктов исходным математическим моделям.

Очевидно, что «пробным камнем» для ПО до недавнего времени выступали иностранные программы. Однако сегодня они по большей части недоступны. Заменить их, впрочем, возможно: использование уже валидированного и верифицированного отечественного ПО может и должно стать доступным и удобным инструментом для проверки новых продуктов, которые будут выходить на российский рынок во всё больших объёмах.

Сергей Букреев обосновывает своё мнение успешным опытом верификации кода библиотеки электрики. Этот модуль входит в одну из немногих практически применяемых в различных сферах промышленности российских программ — платформу моделирования технологических процессов REPEAT. Ядро сервиса уже много лет лежит в основе тренажёров, имитирующих работу АЭС, на которых обучают персонал станций «Росатома». Оно позволило создать собственную среду моделирования, с успехом применяющуюся для разработки цифровых двойников в энергетике.

В перспективе платформа способна справиться с различными задачами в области математического моделирования, ранее решаемыми только с помощью недоступных сейчас иностранных CAD/CAE-программ. В том числе в качестве инструмента верификации.

Перед создателями REPEAT ещё в середине 2010-х годов встала задача разработки математических моделей электросборок для тренажёров АЭС, а также создания нового кодогенератора. Это инструмент, который на основе сведений об электросхеме, паспортных данных оборудования генерирует исходные тексты математических моделей по определённому численному алгоритму. Он стал одним из модулей новой платформы моделирования.

Чтобы успешно её внедрить для технологических разработок в различных отраслях, нужно было оценить, насколько программа соответствует теоретической основе. Для этого сделали верификацию. Она проводилась в два этапа:

● с помощью эксперимента, в ходе которого имитировались нагрузки на оборудование и системы, а результаты сравнивались с документацией;

● проверкой сторонними продуктами. Использовался комплекс ETAP, один из самых известных мировых продуктов для расчёта электротехнических процессов, а также EMTP-RV — программный инструмент для анализа электромагнитных переходных процессов и связанных с ними проблем изоляции.

«Ни одно из данных решений не могло прямо применяться в составе полномасштабных и аналитических тренажёров, — объясняет Сергей Букреев (АО «ИТЦ “ДЖЭТ”»). — Это зарубежные программы. Они к тому же ничего не воспроизводят в реальном времени — это полностью офлайн-симуляция. Однако данные продукты являются очень точными и повсеместно используются специалистами для расчёта электроэнергетических систем и цепей, поэтому весь мир моделирует с их помощью. Нам они помогли установить, что компьютерная модель в области электрики соответствует математической с высокой точностью (до 1 %) и с большим запасом вписывается в заданные границы в 2 %.

Нужно отметить, что сегодня процесс верификации в России имеет нормативное обоснование, в частности в ГОСТ Р 57700.2-2017 и ГОСТ Р 57700.37–2021, в единственном в мире стандарте, описывающем процесс использования технологии цифровых двойников. Хотя в них и не конкретизируются способы проверки, но указано, что она производится путём сравнения с результатами аналитических тестов, теоретического анализа и включает обоснование точности, сходимости, устойчивости применяемых численных методов.

«Проверка каждого компонента модели показала, что мы практически всегда укладывались в погрешность ~0,1%, — говорит Сергей Букреев. — То есть платформа с верифицированной библиотекой уже может служить достаточно надёжным способом поверки других программ моделирования. Соответственно, по мере наработки различных модулей возможности отечественного ПО в плане использования его для верификации будут расти. Благодаря этому уже в ближайшие пять лет в критически важных сферах мы сумеем достичь цифрового суверенитета в области моделирования, а значит, дать основу для быстрого технологического развития».