Цифровой инжиниринг – описание учебных блоков

Программа магистратуры ВИШ МИФИ «Цифровой инжиниринг» включает в себя девять укрупненных блоков учебных дисциплин и практической деятельности. Основной целью обучения по программе является формирование комплекса связанных компетенций в сфере инженерной деятельности с применением прорывных цифровых технологий. Получаемые знания, умения и навыки каждого блока активно применяются в проектно-производственной и учебной деятельности. Обучение носит практико-ориентированный характер. На протяжении всего периода обучения происходит работа над задачами, сформированными индустриальными партнерами.

Программа построена на базе ключевых технологий Четвертой промышленной революции, цифровой трансформации индустрии и экономики. Программа базируется на запросах высокотехнологичных перспективных предприятий и отраслей экономики, в первую очередь - предприятий ГК «Росатом».

Курсы построены по модульному принципу. Внутри каждого модуля - теоретический лекционный блок, обсуждение методик и технологий на семинарских занятиях и практическая наработка навыков и компетенций при работе с реальными лицензионными цифровыми продуктами. Практические работы выполняются на мощных современных компьютерных комплексах, классы оснащены последними версиями профильных инженерных цифровых продуктов.

Учащиеся выполняет учебные задания и учебно-практические проекты как очно, в компьютерных классах ВИШ МИФИ, так и с использованием технологий удалённой и распределённой работы с эмуляцией комплексной информационной среды современного производства в едином информационном пространстве.

Блок 1. Цифровое проектирование сложных инженерных объектов и цифровое конструирование

Сквозной курс дисциплин, обеспечивающий компетенции выпускников в сфере современного подхода к инженерному проектированию и конструированию, а также цифровому описанию и управлению жизненным циклом инженерных объектов и продуктов.

Учащиеся получают знания, умения и навыки по ключевой сквозной технологии четвертой промышленной революции - Digital Design & PLM.

Внутри каждого модуля - теоретический лекционный блок, обсуждение методик и технологий на семинарах и практическая наработка навыков и компетенций при работе с реальными лицензионными цифровыми продуктами лидирующих мировых и российских вендоров.  В программу курса включено обучение навыкам работы с цифровым инструментарием мировых лидирующих производителей прикладного инженерного ПО - AUTODESK, TEKLA, Intergraph, SolidWorks, Siemens, MS Project, Primavera, а такжеизучение российских импортозамещающих цифровых продуктов - T-FLEX и других.

Изучаются технологии BIM-проектирования, создания цифровых информационных моделей и цифровых двойников инженерных технологических объектов, цифровое проектирование технологических систем для энергетики и промышленности, цифровое конструирование промышленных изделий, цифровое моделирование кинематики изделий.

Студенты выполняет учебные задания и учебно-практические проекты как очно, в компьютерных классах ВИШ МИФИ, так и с использованием технологий удалённой и распределённой работы по проектированию и конструированию в едином информационном пространстве проектов.

Курс дисциплин построен по модульному принципу. В результате освоения курса выпускник приобретает навыки как локального, так и удаленного взаимодействия в проектных группах и способен к самостоятельной работе в качестве проектировщика инженерно-технических систем сложных инженерных объектов, конструктора технических изделий с применением современных инженерных цифровых технологий в сфере Digital Design & PLM, в том числе с взаимодействием в проектно-конструкторских коллективах на различных ролях.

Блок 2.  Основы Smart Manufacture. Проектирование, технологии и организация функционирования роботизированных кастомизированных производств. Аддитивные технологии.

Сквозной курс дисциплин, обеспечивающих компетенции выпускников в сфере построения современных инновационных производств на базе набора цифровых технологий.

Базовая идея - построение производственных процессов на базе бесшовного стыка цифровой проектной документации и комплексной системы моделирования и управления производственным комплексом.

В состав курса входит изучение направлений по роботизированным производственным комплексам и аддитивным технологиям для различных отраслей индустрии. Учащиеся получают навыки построения технологических схем и цепочек для различных типов производств и технологических этапов в энергетике, массовом унифицированном производстве, кастомизированном цифровом производстве и производстве разнородных уникальных, индивидуальных и опытных изделий.

Изучаются технологии роботизации производства на различных уровнях - от вспомогательных и транспортно-технологических операций до сквозной схемы роботизации.  В результате освоения курса выпускник приобретает навыки как локального, так и удаленного взаимодействия в рабочих группа группах по разработке, сопровождению и эксплуатации цифровых умных производств и способен к самостоятельной работе с применением современных инженерных цифровых технологий в сфере SmartManufacture.

Блок 3 Технологии работы с виртуальной и дополненной реальностью.

Основные модули: цифровые технологии 3D моделирования, визуализации и анимации; компьютерное зрение; технологии построения виртуальной и дополненной реальности; приложения виртуальной и дополненной реальности в индустрии.

Набор дисциплин составляет единый сквозной курс в сфере визуализации проектно-конструкторских решений, преобразования наблюдаемой реальности в виртуальную, её наложения и компоновки с генерируемой виртуальной реальностью, комплексного дополнения атрибутивной цифровой информацией и применения всего пула технологии работы для решения инженерных задач. В ходе изучения набора дисциплин у учащихся формируется знания, умения и навыки по цифровым продуктам и технологиям, используемые для:

трехмерного моделирования физических объектов, их свойств, структур и параметров, визуализации на классическом плоском экране и в системах объемного моделирования, способов анимации и визуализации взаимодействия физических объектов, моделирование динамики трансформация объектов во времени;

построения визуализированных образов проектных решений, виртуализации вариантов инженерно-технических объектов, систем и устройств, рассматриваемых для реализации в различных проектах;

формирования визуальных образов наложения виртуальной и физической реальностей;

формирования дополненной реальности с применением разнородной атрибутирующей информации о параметрах и свойствах визуализируемых объектов, порядке выполнения операции с ними;

получение визуализации прогнозов развития событий и реализации проектов решений при различных сценариях;

моделирование действия машин, механизмов и персонала при реализации штатных сценариев функционирование-инженерно технических объектов и отклонений от них, включая аварии различий степени тяжести;

визуализации ненаблюдаемых человеческими органами чувств полей, процессов и явлений, измеряемых приборами, в том числе трёхмерной визуализация быстропротекающих природных и технологических процессов, наложение этих изображений на цифровые визуализированные модели и объекты реальности.

В сфере получение навыков практической реализации описанных технологий учащимися будет изучены и усвоены технологии и методы применение систем виртуальной и дополненной реальности для повышения эффективности инженерно-технических, экономических, управленческих решений за счёт визуализации хода процессов и проектов при анализе, рассмотрении, обсуждении, принятии решений и выполнении операций. Также будут формироваться навыки построения учебно-тренировочных систем для специалистов в различных отраслях в ходе цифровой трансформации индустрии и экономики.

Блок 4. Технологии интернета вещей и промышленной автоматизации

Основные модули: архитектура и технологии промышленного интернета вещей; основы промышленной робототехники; приложения промышленного интернета вещей в индустрии и бизнесе.

Данный блок дисциплин направлен на формирование у учащихся знаний, умений и навыков в сфере сквозной инновационной технологии цифровой трансформации промышленности и экономики - промышленный интернет вещей (IIoT). Студенты систематически изучают области применения технологии, эффекты и последствия её внедрения в различных сферах. В ходе изучения предметов учащиеся получают компетенции проектирования и построения  систем интернета вещей, подбора программных и аппаратных решений для их реализации, разработки ПО, физической сборки прототипов систем интернета вещей и их апробации, а также анализу и выбору вариантов эффективного инженерно-технического применения IoT в различных сферах - производственной, урбанистической, потребительской и иных. Практические работы выполняются в компьютерных классах цифровой лаборатории ВИШ МИФИ.

Блок 5. Инструментарий цифровой работы с базовой предметной информацией в инженерной сфере

Основные модули: инструменты компьютерного расчетного моделирования; цифровые технологии работы с технической нормативной документацией.

В курсе по работе с нормативно-технической и справочной документацией формируются навыки создания информационно-справочных систем на базе цифровых технологий. Наряду с получением учащимися понятия о системе нормативной документации в различных сферах технического регулирования, реализуется овладевание технологией оцифровки нормативных документов, от печатного текста до индексированных гипертекстовых систем различной широты тематического охвата. Моделирование прикладных информационно-справочных систем в сфере технического регулирования ведется в формате цифровых лабораторных работ и прикладной проектной работы. В курсе изучаются методы и технологии проектирования, создания и функционирования систем нормативно-технического информационного обеспечения, а также содержательные задачи регулирования в высокотехнологичных сферах на национальном и международном уровне, включая регулирование сферы использования атомной энергии со стороны МАГАТЭ.

В курсе по расчётному моделированию проводится сравнительный анализ и наработка практики цифрового моделирования различными средствами - классическими вычислениями через программирование разностных схем, специализированными пакетами математического и физического моделирования (ANSYS), встроенными системами расчётного моделирования продуктов проектно-конструкторского назначения ( Autodesk, Dassault Systèmes и другие вендоры). Рассматривается прочностные расчеты, электротехнические расчеты, расчетное моделирование в гидрогазодинамике и теплофизике в приложении к инженерным задачам.

Блок 6. Классические, инновационные и перспективные информационные технологии

Основные модули: языки программирования; технологии разработки програмно-информационных систем; нейронные сети и искусственный интеллект; машинное глубокое обучение; системы распределенных и облачных вычислений; обработка больших данных.

Блок дисциплин по классическим, инновационным и перспективным информационным технологиям является базовым для решения инженерно-технических задач. В составе блока изучается широкий спектр дисциплин, от классического программирования до самых современных отходов к построению информационных систем на базе искусственного интеллекта, реализуемого в системах распределённых облачных вычислений. Общее понимание принципов и владение навыками применения таких технологий, наряду с умением модифицировать их спектр, является необходимым требованием к инженеру практически во всех областях в ближайшем будущем. Изучение теоретических основ и подходов в рамках блока дисциплин обязательно сопровождается практическими работами.

Блок 7.  Системный анализ и системная инженерия. Управление проектами и методология проектной деятельности.

Курс обеспечивает  набор компетенций по системному анализу и  системной инженерии, необходимых для эффективной деятельности современного инженера на этапе цифровой трансформации индустрии и экономики. Учащиеся получают знания, умения и навыки сквозного применения подходов, методов и принципов системного анализа и системной инженерии при организации проектной деятельности на всех стадиях жизненного цикла проектов, инженерных объектов, продуктов и изделий. Курс включает ряд модулей, затрагивающих ключевые направления и задачи дисциплины:

Основы системного анализы и системной инженерии;

Управление проектами и методология проектной деятельности;

Анализ и поддержка принятия решений;

Моделирование архитектуры систем на различных стадия жизненного цикла;

Верификация и валидация;

Управление конфигурациями;

Управление рисками,

а также ряд других тематик.

Блок 8. Английский язык

Иностранный язык (Foreign Language) и технический английский язык (Technical English)

В рамках программы реализуются системные курсы подготовки по английскому языку общим объёмом 252 часа аудиторных и самостоятельных занятий. Целью обучения является овладение навыками общения на английском языке в объеме, достаточном для самостоятельного профессионального общения в сфере инженерно-технической деятельности при работе с иностранными контрагентами. Требования к письменному общению - умение свободно понимать специализированную литературу инженерно-технического направления, техническую документацию, включая документы МАГАТЭ, умения и навыки введения деловой переписки на английском языке, способность самостоятельно переводить технические и научные документы в инженерно-технической сфере на английский язык. Требования к устному общению - способность воспринимать и понимать доклады на английском языке по инженерно-технической тематике, участвовать в их обсуждении, самостоятельно докладывать подготовленные презентации и отвечать на вопросы без дополнительной подготовки. Также предполагается овладение навыками бытового общения. Блок учебных курсов встречает в себя два курса (Иностранный язык и Технический английский язык), занятия проводятся на протяжении трёх семестров.

Блок 9. Практическая проектная деятельность

Обучение носит практико-ориентированный характер. В ходе обучения учащимися выполняются различные виды практик. Научно-исследовательская, производственная и преддипломная практики, а также выполнение выпускной квалификационной работы (ВКР) проводятся на базе индустриальных партнеров в соответствии с востребованными ими задачами. Общий объем практической деятельности студентов составляет более  25% общего во времени обучения. Практическая деятельность выполняется на протяжении всех семестров. В ходе практической работы студенты применяют весь спектр компетенций, приобретаемых в ходе обучения. Для проведения практических работ используется инфраструктура индустриальных партнеров, а также компьютерные классы, виртуальные и офлайн-лаборатории ВИШ МИФИ.

Большинство проектов в ходе производственной практики выполняются в составе проектных групп и коллективов под руководством наставников - опытных сотрудников индустриального партнера.

В результате двухлетнего цикла работы с индустриальным партнером учащиеся и работодатели получают возможность избежать мало продуктивного периода адаптации на рабочем месте, вхождения в проблематику производственных задач и знакомства с обычаями делового оборота и производственной этикой компании.