Быстрее и меньше брака: ученые создали универсальный инструмент для производства оптоволокна
Современный интернет, цифровая связь и медицина сильно зависят от качества оптоволоконных кабелей. Однако их производство — сложный процесс, где ошибка в доле миллиметра или градуса ведет к порче всей заготовки. Основная сложность заключается в том, что промышленные станки запрограммированы для обработки деталей строго определенных, эталонных размеров. Однако реальное сырье в силу технологических особенностей всегда имеет небольшие отклонения. В этом случае технологи вынуждены подбирать настройки оборудования «на глаз», что резко увеличивает долю брака и снижает эффективность производства оптического волокна. Ученые Пермского Политеха создали инженерный инструмент, который рассчитывает идеальные параметры для любой заготовки. Внедрение метода позволит в два раза ускорить обработку и на 75% снизить долю бракованной продукции.
Оптическое волокно — основа современного интернета, связи и многих медицинских приборов. Его производство — очень сложный процесс, требующий высочайшей точности на каждом шаге. Даже небольшие отклонения в технологии могут привести к существенному повышению себестоимости готового материала и к тому, что дорогостоящая заготовка окажется непригодной для дальнейшего применения.
Один из ключевых начальных этапов создания оптоволокна — процесс «жакетирования» кварцевых труб. Это процесс, когда тонкая кварцевая трубка аккуратно нагревается и надевается на производственный стержень. Жакетирование нужно, чтобы создать прочную и толстую заготовку, из которой потом вытягивают тонкое оптическое волокно. Однако оборудование для этого процесса обычно рассчитано на работу с несколькими стандартными размерами трубок. На практике размеры сырья могут немного отличаться от идеала. Так, отсутствие инструкций для разных видов заготовок вынуждает технолога подбирать настройки методами расчета промежуточных значений между несколькими известными установленными режимами. Однако такой подход не работает, потому что процессы тепломассопереноса подчиняются более сложным, нелинейным законам.
Как правило, в такой ситуации специалисту приходится вручную адаптировать все настройки. Чаще всего это делается путем простой корректировки. Например, если диаметр трубки на 2% больше стандартного, то скорость нагревания волокна интуитивно снижают примерно на те же 2%. Однако на процесс жакетирования влияет множество взаимосвязанных факторов, а примерная корректировка одного параметра не может учесть всех аспектов производства. В итоге дорогостоящая заготовка может потерять свои оптические свойства, а процент брака вырастет, увеличивая себестоимость конечного продукта.
Оптимальные режимы работы также часто охраняются компаниями как производственная тайна (ноу-хау). Это приводит к тому, что научно-обоснованных и общедоступных методик расчета параметров для такого процесса практически не существует. В итоге это создает дефицит знаний, мешает стандартизации отрасли и замедляет общий технологический прогресс.
Ученые Пермского Политеха создали универсальный инженерный инструмент для процесса жакетирования. Он позволит в два раза ускорить обработку заготовок с нестандартными размерами и сократить долю брака в производстве на 75%. Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления».
Сначала эксперты проанализировали весь цикл жакетирования, разбив его на ключевые этапы. Они сосредоточились на трех наиболее важных: травление (очистка поверхности), полировка и сплавление трубки со стержнем.
Для каждого этапа производства ученые создали свою виртуальную модель: указали размеры кварцевой трубки, стержня и зазора между ними, задали свойства материалов и прописали, как движется горелка, с какой мощностью она греет, предложили метод расчета температурных полей в кварце.
Далее в созданных цифровых моделях они стали изменять исходные параметры так, как это происходит в реальности: варьировали толщину стенки трубки, ее диаметр, скорость движения горелки и множество других факторов. Созданная компьютерная программа для каждого варианта рассчитывала, как будет вести себя система, и будет ли результат соответствовать критериям качества.
Ученые проверили свои модели, используя реальные заводские данные. Они взяли стандартные размеры труб и стержней из промышленного норматива, а также фактические режимы работы горелки с ее скоростями и температурами. В расчетах учли также точные свойства материалов кварца и газов из профессиональных баз данных, чтобы убедиться, что виртуальная модель работает с теми же параметрами, что и физический процесс.
— Финальным и самым практическим шагом стало преобразование массива сложных данных в удобный для производства инструмент. На основе выявленных закономерностей мы построили так называемые технологические номограммы. По сути, это набор наглядных инструкций, где отражены измеряемые параметры трубки (например, диаметр и толщина), а также какую скорость движения горелки нужно выставить для таких показателей, — прокомментировала Дарья Владимирова, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Прикладная математика» ПНИПУ.
Для работника на производстве решение сводится к простому и быстрому поиску нужных значений на номограммах. В начале работы он измеряет размеры реальной трубки и, опираясь на созданные при моделировании графики, находит все нужные параметры: с какой скоростью двигать горелку, какую выставить мощность или сколько подать газа. Благодаря готовому инструменту даже для нестандартных трубок можно мгновенно найти верные настройки, не тратя время на ошибки и не рискуя испортить заготовку.
— В результате работа с нестандартными заготовками стала в два раза эффективнее, потому что отпала необходимость в долгом подборе параметров. Также важно, что количество брака на основных этапах производства сократилось на 75%. Это означает, что дорогое сырье теперь расходуется экономнее, а качество готовой продукции стало стабильно высоким. Наша разработка поможет создать общую научную базу для важной отрасли, поскольку раньше такие знания часто были коммерческой тайной, — рассказал Владимир Первадчук, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Прикладная математика» ПНИПУ.
Сам подход, который использовали ученые, можно применить и в других сферах. Метод создания точной компьютерной модели сложного процесса, а затем — простых инструкций для работников, подходит для многих высокотехнологичных производств.
Например, его можно использовать для управления плавкой специального стекла, где пузырьки и неоднородности недопустимы. Специалист, измерив температуру и вязкость сплава, мог бы по готовой инструкции сразу определить, как скорректировать режим печи. Точно так же с помощью предложенного инструмента можно будет настраивать химические реакторы для синтеза сложных веществ. По показаниям датчиков о температуре и концентрации компонентов технолог находил бы точные значения для регулировки подачи реагентов.
Telegram 
Дзен 
VK Молодая женщина, возвращения которой из мертвых местное общество, по-видимому, сильно опасалось, имела скандинавские корни и поэтому могла считаться чужестранкой, предположили авторы нового исследования. Ученые также смогли установить много других интересных подробностей о жизни и смерти девушки.
Качественное дошкольное образование закладывает прочный фундамент успехов на долгие годы вперёд — вплоть до выпускного класса. Двадцатилетнее исследование показало, что дети, которые в возрасте четырех лет перед поступлением в школу посещали бесплатные государственные подготовительные классы, учатся существенно лучше сверстников, посещавших обычные детские сады с упором на простой присмотр или оставшихся на домашнем воспитании.
Ученые из МФТИ и Объединенного института ядерных исследований завершили комплексный анализ поведения констант связи Стандартной модели на высоких энергиях. Используя ренормализационную группу, авторы оценили вероятность того, что наш вакуум — физическое состояние, в котором существует все вещество во Вселенной,— рано или поздно «провалится» в более глубокое энергетическое состояние.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Со стороны профессия летчика-испытателя часто выглядит как череда опасных полетов, требующих бесстрашия и способности мгновенно импровизировать. В действительности ее основу составляют методика, дисциплина, технические знания и умение честно рассказать о каждой особенности машины. Его задача — не просто поднять самолет в воздух, но и понять, насколько точно он выполняет команды, предсказуемо ли ведет себя на сложных режимах и какие изменения необходимо внести в конструкцию или систему управления.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно