CC BY
8
УДК 004.94: 303.732.4: 661.11: 681.518
Григорьева А.А., Василенко В.А., Дикарева Ю.М., Бессарабов А.М.
РАЗРАБОТКА 3D-МОДЕЛИ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ НАУЧНОГО ЦЕНТРА «МАЛОТОННАЖНАЯ ХИМИЯ»
Григорьева Анна Александровна - бакалавр 4 курса кафедры информационных компьютерных технологий Василенко Виолетта Анатольевна - к.т.н., доцент кафедры информационных компьютерных технологий ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская пл., д. 9.
Дикарева Юлия Михайловна - к.т.н., заведующий аналитическим отделом
Бессарабов Аркадий Маркович - д.т.н., профессор, заместитель директора по науке, [email protected]; АО Научный центр «Малотоннажная химия», Россия, Москва, 107564, ул. Краснобогатырская, д. 42.
Проведены работы по созданию цифрового двойника одного из ведущих отраслевых институтов малотоннажной химии - АО Научный центр «Малотоннажная химия». На первом этапе разработки с помощью система автоматизированного проектирования AutoCAD создана SD-модель аналитической лаборатории, включающая новое множество SD-моделей специализированного оборудования (аналитические приборы, вспомогательное оборудование и мебель).
Ключевые слова: цифровой двойник, SD-модель, малотоннажная химия, научная организация, аналитическая лаборатория, специализированное оборудование
DEVELOPMENT OF A 3D MODEL OF THE ANALYTICAL LABORATORY OF THE SCIENTIFIC CENTER "FINE CHEMICALS"
Grigoreva A.A.1, Vasilenko V.A.1, Dikareva Ju.M.2, Bessarabov A.M.2
1 D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow
2 R&D Centre "Fine Chemicals", Moscow, Russia
The work has been carried out to create a digital twin of one of the leading industry institutes of the fine chemistry - R&D Scientific Centre "Fine Chemicals". At the first stage of development, using the AutoCAD computer-aided design system, a 3D model of the analytical laboratory was created, including a new set of 3D models of specialized equipment (analytical instruments, auxiliary equipment andfurniture).
Keywords: digital twin, 3D-model, fine chemistry, scientific organization, analytical laboratory, specialized equipment
В современном мире малотоннажная химия занимает одно из важнейших мест в структуре глобальной химической индустрии. В США и странах Евросоюза доля высокотехнологичной малотоннажной химической продукции составляет более 40% отраслевого выпуска. В России доля малотоннажной химии в химическом производстве в настоящее время не превышает и 10%, хотя её продукты используются во многих промышленных сегментах страны, включая машиностроение, нефтепереработку и нефтехимию, производство электроники, текстильное производство и др. [1]. Поэтому развитие производства продукции малотоннажной химии является важной государственной задачей [2], для решения которой в Минпромторге России проводятся работы по созданию межотраслевого координирующего органа [3].
Одним из перспективных примеров решения этой задачи является создание Научного центра «Малотоннажная химия» (2012 г.) на базе группы производственных компаний «ЭКОС-1» (основана в 1989 году). Получившийся научно--производственный комплекс (НПК) является одним из лидеров российского рынка малотоннажной химии [4]. В ассортимент выпускаемой продукции входит более четырехсот химических продуктов: органические растворители, кислоты и химические реактивы всех квалификаций, реагенты для промышленной
водоподготовки, текстильно-вспомогательные
вещества и др.
Научный центр «Малотоннажная химия» специализируется на разработках полного цикла: от идеи до внедрения технологических решений на производстве. Лаборатории научного центра оснащены новейшими исследовательскими приборами, разработанные технологии защищены патентами на изобретение. Научный центр разрабатывает инновационные материалы, создает химические композиции и технологии, контролирует качество продукции и проводит аналитические исследования. Специалисты центра занимаются научными разработками для микроэлектроники, фармацевтики, авиационно-космической отрасли и военно-промышленного комплекса. Исследовательские лаборатории оснащены современными приборами и оборудованием. Научный центр разрабатывает новые реактивы и особо чистые материалы, проводит сложнейшие аналитические исследования,
контролируя качество продукции.
В настоящее время проводятся работы по созданию цифрового двойника Научного центра «Малотоннажная химия». Цифровое дублирование является важной и новой тенденцией во многих приложениях [5]. Согласно международным стандартам цифровая модель изделия это система
математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающая структуру, функциональность и поведение вновь разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла. Системой компьютерной поддержки выбран программный комплекс AutoCAD компании Autodesk Inc. AutoCAD и специализированные приложения на его основе. Программа включает в себя полный набор средств, обеспечивающих комплексное трёхмерное моделирование, в том числе работу с произвольными формами, создание и редактирование SD-моделей тел и поверхностей, 3D-навигацию и эффективные средства выпуска рабочей документации.
На рисунке 1 приведены фотография и 3D-модель здания, в котором расположен Научный центр. На последнем 11-м этаже расположены исследовательские подразделения ^D-модель). Их расположение отражено в 3D-модели. В графической 2D-модели этажа в формате PNG (для печати) отражена планировка — расположение комнат, окон и дверных
проемов, а также лифтов. Это помогает точно визуально представить объект. Кроме чертежа введена таблица с распределением помещений (подразделений).
Аналитические лаборатории (химического и инструментального анализа) Научного центра «Малотоннажная химия» совместно с аналитической службой завода АО «ЭКОС-1» (Старая Купавна, Московская область) осуществляет разработку общих подходов к анализу реактивов и высокочистых веществ, выбор методов анализа основных групп примесей, разработку оптимальных алгоритмов анализа особо чистых продуктов, сырья для их получения и полупродуктов технологического производства. В настоящее время разрабатывается информационная ЭБ-модель аналитической лаборатории
инструментального анализа, включающая проектную ЭБ-модель и базы данных по элементам модели. К элементам относятся аналитические приборы и вспомогательное оборудование. На рисунке 2 приведено фото и 3D-модель одного из помещений лаборатории инструментального анализа.
20-модел[| исследонат-рльсянх подразделений (11 этлж|
Рис. 1 Виртуальная SD-моделъ Научного центра «Малотоннажная химия
Рис. 2 Фото и SD-моделъ аналитической лаборатории инструментального анализа
Инструментальные методы, применяемые в аналитическом контроле, позволяют анализировать вещества и материалы в газообразном, жидком, твердом, порошкообразном состояниях, а также в виде плазмы, суспензий и аэрозолей. Количество приборов, используемых в аналитическом контроле, достаточно велико и разнообразно как с точки зрения их физических, так и основных метрологических характеристик. Кроме того, очень важным аспектом
для обеспечения точности и достоверности аналитического контроля являются стандартные образцы состава и свойств веществ, которые во многих случаях также служат эталонными средствами для поверки и калибровки средств измерений для аналитического контроля.
Среди инструментальных методов важную роль играет элементный анализ. Количественный элементный анализ - это определение массы каждого
присутствующего элемента или соединения. Другие количественные методы включают гравиметрию, оптическую атомную спектроскопию и нейтронно-активационный анализ. Разработана 3D модель (рис. 3) элементного CHNS-анализатора марки «Vario EL Cube» (производитель: Elementar Analysensysteme GmbH, Германия). Модель представлена в видах: «каркас» и «реалистичный».
Разработана 3Б-модель сканирующего электронного микроскопа марки TM-3030 (производитель: HITACHI, Япония). На рисунке 4 представлены: фото электронного микроскопа, модель электронного микроскопа в «реалистичном» виде и модель электронного микроскопа в каркасном виде.
Рис. 3 Виртуальные 3D-модели элементного CHNS-анализатора вида «каркас» и «реалистичный»
Ï3 Î
H
BÏ
■111
-я-
эя
±
Рис. 4 Виртуальные 3Б-модели сканирующего электронного микроскопа вида «каркас» и «реалистичный»
Разработанные 3D-модели аналитической лаборатории являются частью перспективного направления работ - создание цифрового двойника АО Научный центр «Малотоннажная химия». Моделирование позволяет осуществлять более быстрый и качественный поиск необходимой информации. Разработанные 3D-модели используются для маркетинга, эффективнее продвигая аналитические исследования заказчикам.
Работа проводилась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) по проекту № 20-03-00515 «Системные исследования жизненного цикла разработки и производства в технологии материалов особой чистоты». Список литературы
1. Фролова А.В., Лопаткин Д.С. Создание инновационного научно-технологического центра развития малотоннажной химии и особо чистых веществ (на примере инновационного научно-технологического центра "Долина Менделеева") // Успехи в химии и химической технологии. — 2019. — Т. 33. № 12 (222). — С. 31-33.
2. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 15.12.2017 № 2834-р «Об утверждении плана мероприятий ("дорожная карта") по развитию производства малотоннажной химии в Российской Федерации на период до 2030 года»
3. Клевцов А.А., Трохин В.Е., Бессарабов А.М., Стоянов О.В. Разработка стратегии координирующего органа для эффективного управления производством продукции малотоннажной химии в РФ // Вестник технологического университета. — 2019. — Т. 22. — № 11. — С. 141-145.
4. Заремба Г.А., Трохин В.Е., Бессарабов А.М. Система управления качеством научно-производственного комплекса малотоннажной химии // Успехи в химии и химической технологии. — 2020. — Т. 34. — № 6 (229). — С. 163-165.
5. Пысин М.Д., Зубов Д.В., Филиппова Е.Б., Шушпанов В.С., Кольцова Э.М., Крашенинников Р.С., Лобанов А.В. Проектирование распределенной экосистемы передачи данных цифрового двойника // Автоматизация в промышленности. — 2021. — № 1. — С. 15-19.
