Активная цифровизация сфер деятельности человека снижает время создания новых конструкций в любой отрасли — от строительной до оборонной, за счет разработки их численных аналогов. Для создания эффективного, приближенного к реальной конструкции цифрового двойника необходимо основательно подходить к описанию математических моделей материалов, используемых в конструкции. Ученые ПНИПУ разрабатывают программно-аппаратный комплекс, который позволит качественно и количественно описывать поведение различных материалов. Это значительно снизит погрешность между цифровым аналогом и реальной конструкцией. С его помощью станет возможным эффективно реализовывать различные технологические решения и снизить затраты на изготовление итогового продукта.
Цифровой аналог опорной части моста / © Юрий Носов, Пермский Политех
Команда проекта выиграла миллион рублей на реализацию стартапа в федеральном проекте «Платформа университетского технологического предпринимательства». Разработка проводится в рамках гранта РНФ.
Создание цифрового аналога (ЦА) позволяет значительно сократить материальные и временные затраты на изготовление итогового продукта, так как на численной модели можно рассмотреть различные технологические решения без явного создания конструкции. Такой подход применяют в мостостроительной, авиационной, машиностроительной и других промышленных отраслях. Сейчас для формирования ЦА на предприятиях используют современные системы автоматизированного проектирования (САПР): ANSYS, ABAQUS, FIDESYS и другие.
Программно-аппаратный комплекс (ПАК) ученых Пермского Политеха позволяет облегчить задачу при создании численного аналога конструкции. Он сокращает длительность работы специалиста над описанием модели материалов, что иногда может занимать месяцы. Так же его особенностью является возможность использования результатов в САПР, что существенно упрощает создание ЦА на предприятиях.
Программно-аппаратный комплекс ученых Пермского Политеха на основе экспериментальных данных подбирает параметры выбранной математической модели. Он позволяет облегчить задачу при создании численного аналога конструкции. ПАК сокращает длительность работы специалиста над описанием модели, что иногда может занимать месяцы.
Проект решает ряд фундаментальных проблем. Во-первых, нехватку высококвалифицированных сотрудников, которые способны качественно определять математические модели поведения материалов для цифровых аналогов. Ежегодно количество выпускников соответствующей специальности на всю Россию исчисляется менее чем 5000 инженеров, только 10 процентов из которых работают по специальности. Во-вторых, исследование поведения конструкции на всем ее жизненном цикле эмпирическим подходом – крайне трудозатратно и дорогостояще.
Важное преимущество разработки политехников – возможность при минимальном наборе физико-механических и термомеханических свойств материалов получить набор моделей, которые описывают их поведение. А также рекомендации по использованию при проектировании рабочих условий конструкций. Ко всему прочему, стоимость решения будет составлять примерно 100 тысяч рублей в год, что значительно ниже аналогов.
«Наш программно-аппаратный комплекс за счет авторского алгоритма автоматизации подбирает параметры нелинейных математических моделей материалов. Он позволит существенно снизить требования к квалификации специалиста, ускорить расчеты, а также даст возможность в удобной форме получать данные для задания математической модели в современных системах автоматизированного проектирования для качественного описания поведения материалов в различных рабочих условиях», – поделился аспирант, старший преподаватель кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Юрий Носов.
Пользователь выбирает вид эксперимента, который он проводил над материалом, например, одноосное растяжение, задает данные в ПАК и выбирает необходимую ему математическую модель. После этого происходит работа системы: данные передаются на сервер и обрабатываются программным алгоритмом, после обработки выдает необходимые параметры с погрешностью менее одного процента. Далее специалист использует их для построения численного аналога конструкции.
«Нашу разработку могут применять мостостроительные организации, предприятия экспертизы и оборонной отрасли, а также авиационная, строительная и другие отрасли промышленности. Общими словами – компании, которые занимаются внедрением и созданием современных полимерных, композиционных материалов и наукоемкие предприятия, которые участвуют в создании современных конструкций разного назначения. Кроме того, научно-исследовательские лаборатории, научные центры и исследовательские институты», – дополнила кандидат технических наук, заместитель директора Передовой инженерной школы ПНИПУ Анна Каменских.
Пилотную версию продукта на предприятиях-партнерах планируют запустить к середине 2025 года, а для широко пользования ПАК станет доступен в 2026 году.
Разработка ученых Пермского Политеха позволит эффективно и быстро создавать цифровые двойники и численные аналоги реальных конструкций и материалов. Программно-аппаратный комплекс снизит затраты финансовых и временных ресурсов для изготовления итогового продукта на различных предприятиях.
