Анонсы / События 24 Ноября 2017 года
Данная новость была прочитана 1027 раз

В преддверии ВУЗПРОМЭКСПО-2017: об участии Инжинирингового центра CompMechLab® СПбПУ в создании высокотехнологичной продукции нового поколения

13-14 декабря 2017 года в Центральном выставочном комплексе «Экспоцентр» (Москва) будет проходить ВУЗПРОМЭКСПО – ежегодное мероприятие, подводящее итоги реализации целого ряда государственных и федеральных целевых программ, заказчиком которых выступает Минобрнауки России.

ВУЗПРОМЭКСПО – это национальная выставка совместных разработок российских ученых и промышленных предприятий, и ее постоянными экспонентами выступают российские вузы, участвующие в реализации инновационной политики Российской Федерации.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) является постоянным участником дискуссионных и выставочных мероприятий ВУЗПРОМЭКСПО, представляя на данной площадке свои последние достижения в области компьютерного инжиниринга материалов, композитных структур, физико-механических и технологических процессов, современных машин и конструкций.

В 2014 году Инжиниринговый центр CompMechLab® СПбПУ представил на выставке, в частности, результаты выполненных НИОКР по заказам высокотехнологичных компаний на основе разработанных полномасштабных цифровых моделей судов из полимерных композиционных материалов и тормозных машин палубных аэрофинишеров, результаты разработки методик многоуровневых конечно-элементных расчетов прочности композитных структур самолета МС-21, многовариантных расчетов (crash-анализ) пассивной безопасности автомобилей ведущих зарубежных и отечественных компаний и многовариантных конечно-элементных расчетов диагностического оборудования термоядерного реактора ITER.

В 2015 году Политехнический университет усилил свое участие, выступив на выставке «триадой»: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) – Институт передовых производственных технологий (ИППТ) СПбПУ – Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) СПбПУ.

В числе экспонатов были представлены образцы напечатанных на 3D-принтере металлических деталей: металлические кронштейны, применяемые в авиационной промышленности, массу которых благодаря применению топологической оптимизации и аддитивных технологий удалось снизить более чем в 4 раза по сравнению с оригинальными изделиями на основе традиционных для отрасли решений, и опору силового агрегата автомобиля премиум-класса, также изготовленную на основе компьютерных технологий оптимизации и аддитивных технологий. Проект, представленный тогда профессором А.И. Боровковым в рамках конгрессной программы – «Разработка единой модульной платформы и кузовов отечественной линейки автомобилей представительского класса для руководителей государства (проект «Кортеж»: лимузин, седан, внедорожник и микроавтобус)», по мнению модераторов и экспертов, стал лучшим среди представленных университетами – участниками Программы «5-100».

В 2016 году команда CompMechLab® демонстрировала прототипы и готовые best-in-class оптимизированные изделия, созданные в рамках концепции Фабрик Будущего (Factories of the Future, FoF): Цифровых, «Умных» и Виртуальных фабрик. Среди проектов, выполненных с использованием технологий компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга, принципов бионического дизайна, технологий оптимизации и аддитивных технологий, экспонировались: прототип зеркала бокового обзора для автомобиля премиум-класса, изготовленный с применением аддитивных технологий в центре быстрого прототипирования и реверсивного инжиниринга CompMechLab® (ИППТ СПбПУ); композитная сетчатая панель солнечных батарей для космических аппаратов, на основе жгутов из углеродных волокон.

Также демонстрировался разработанный в ИЦ «ЦКИ» фотополимерный 3D-принтер BRAVO-2 (SLA), позволяющий создавать прототипы и мастер-модели для литья металлических изделий сложной формы. Разработанное в ИЦ «ЦКИ» программное обеспечение дает широкие возможности по кастомизации, предоставляются методики и рекомендации по проектированию моделей для печати, выжиганию и литью.

Кроме того, на ВУЗПРОМЭКСПО-2016 команда СПбПУ представляла результаты реализации первого этапа проекта Федеральной целевой программы (ФЦП) Минобрнауки России «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», в том числе программы 1.3 «Проведение прикладных научных исследований и разработок (ПНИЭР), направленных на создание продукции и технологий». Цель проекта, выполняемого для компании «Завод Спецтехники»разработка улучшенных прозрачных кабин с широким углом обзора, а также навесных элементов кузова для трактора нового поколения (уникальный идентификатор: RFMEFI57816X0206) по Соглашению с Министерством образования и науки РФ № 14.578.21.0206 от 03.10.2016).

На первом этапе ПНИЭР была разработана многомерная матрица целевых показателей и ограничений, разработана конечно-элементная модель кабины трактора индустриального партнера, проведена серия виртуальных ударных испытаний на соответствие сертификационным требованиям по пассивной безопасности в соответствии с актуальными ГОСТами; проведены патентные исследования; выбраны и обоснованы материалы конструкции, для чего проведены анализ существующих баз данных материалов (Total Materia) и экспериментальные исследования предоставленных индустриальным партнером образцов; разработана стилевая поверхность для проектируемых в рамках совместного с индустриальным партнером проекта изделий.

Результаты виртуального испытания кабины трактора на соответствие требованиям по защите кабины от падающих предметов

Результаты виртуального испытания кабины трактора на соответствие требованиям по защите

На ВУЗПРОМЭКСПО-2017 в числе прочих экспонатов Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ представит результаты второго этапа проекта, рассчитанного в общей сложности на три года (срок сдачи проекта – 2018 г.) и предполагающего в качестве конечной цели создание новой линейки усовершенствованных кабин для тракторов 5 тягового класса производства ООО «Завод Спецтехники», предназначенных для сельскохозяйственных и дорожных работ. Фронтальный горизонтальный угол обзора увеличится с 85 до 100 градусов при сохранении прочностных свойств и удовлетворении требований к безопасности, аналогичный угол обзора у машин основных конкурентов составляет 90-95 градусов. Дополнительно ожидается совершенствование технологии производства кабин с сокращением количества производственных операций на 10%.

Основным инструментом дальнейшего производства станет разрабатываемая ИЦ CompMechLab® СПбПУ методика цифрового проектирования кабин и навесных элементов кузова специальной техники, отвечающих мировому уровню, а также требованиям и стандартам отрасли по безопасности для человека, по эргономике, на базе современных методов мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга.

В настоящий момент инженерами ИЦ CompMechLab® СПбПУ разработана полномасштабная цифровая модель компоновки трактора, позволившая определить технологические и пространственные ограничения при проектировании новой конструкции кабины и навесных элементов. Цифровая модель трактора в сборе включает в себя все основные подсистемы и агрегаты.

Разработана стилевая поверхность для проектируемых в рамках проекта изделий, на которых проводится апробация созданной методики. Стилевая поверхность задает дополнительные ограничения на дальнейшее проектирование, в частности ограничивает внешний объем конструкций разрабатываемых изделий с учетом требований, предъявляемых со стороны технического регламента ТР ТС 031/2012.

Результаты второго этапа ПНИЭР:

  • Разработаны математические модели материалов, используемых при проектировании кабины и навесных элементов трактора. Совместно с партнером – ГК «Композитные решения» разработаны математические модели композитных материалов для деталей экстерьера.
  • Разработаны программы и методики проведения виртуальных испытаний конструкции кабины и навесных элементов кузова трактора, включающие оценку пассивной безопасности силового защитного каркаса кабины, микроклимата кабины, эргономики и обзорности рабочего места.

  • Проведена топологическая оптимизация конструкции кабин и навесных элементов в соответствии с матрицами целевых показателей на проектирование. Конструкция кабин оптимизировалась по требованиям виброакустического комфорта и пассивной безопасности (ROPS и FOPS).
  • Разработаны математические модели конструкции навесных элементов (дверей, крышки капота, облицовки радиатора, крыльев) и кабины трактора (для двух модификаций: с реверсивным постом управления и без него), включающие сварной силовой защитный каркас, остекление, панели экстерьера, рабочее место оператора и принадлежности кабины. Математические модели кабины скорректированы на основе результатов топологической оптимизации.
  • Разработаны программные комплексы виртуальных испытаний конструкций кабин и навесных элементов специальной техники по пассивной безопасности, виброакустическому комфорту и статической прочности. На основе них проведены виртуальные испытания силового защитного каркаса кабины трактора по требованиям ROPS и FOPS, выполнен анализ эргономики и обзорности рабочего места оператора, произведена оценка микроклимата кабины, а также выполнены расчеты на прочность навесных элементов. Реализован виртуальный краш-тест ROPS.
  • Разработан комплект эскизной конструкторской документации для двух модификаций кабины (с реверсивным постом управления и без реверсивного поста управления), включающий сборочные чертежи, чертежи деталей, спецификации в полном соответствии с требованиями ЕСКД.

Однако этим проектом участие команды CompMechLab® в разработке высокотехнологичной продукции нового поколения – в частности, новейшего трактора, предназначенного для сельскохозяйственных и дорожных работ, – не ограничивается.

В рамках проекта «Развитие мультидисциплинарных подходов компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга в интересах реализации цифрового производства изделий для передачи крутящего момента без разрыва потока мощности от двигателей к исполнительным механизмам» по государственному заданию Министерства образования и науки РФ (ЗАДАНИЕ № 9.2580.2017/ПЧ) Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ выполняет работы целями и задачами которых станут:

  • развитие подходов компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга для исследования характеристик современных инженерных решений передачи крутящего момента от двигателей к исполнительным механизмам без разрыва потока мощности в условиях высокой нагрузки;
  • апробация разрабатываемых подходов при реализации совместного с промышленным партнером проекта (ООО «Завод СПЕЦТЕХНИКИ») по созданию новой коробки переключения передач для отечественных тракторов пятого тягового типа.

Разнесенная схема элементов коробки передач

Разнесенная схема элементов коробки передач

На выставке ВУЗПРОМЭКСПО-2017 будут представлены первые результаты по данному проекту, которые включили в себя разработку и согласование с индустриальным партнером матрицы целевых показателей, представляющей собой сформированные технические характеристики изделия, обеспечивающие достижение потребительских свойств в соответствии с требованиями к изделию и отраслевых стандартов.

На данный момент выполнены следующие работы:

  • каскадирование целевых значений, основанное на последовательной детализации требований к изделию от общих до конкретных характеристик компонентов;
  • анализ материалов и технологических ограничений индустриального партнера;
  • анализ представленных на рынке аналогов разрабатываемого изделия;
  • анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы;
  • патентные исследования в предметной области;
  • разработка функциональной схемы изделия.

Сравнительная характеристика диапазона скоростей тракторов

Сравнительная характеристика диапазона скоростей тракторов

Разработаны несколько вариантов кинематических моделей изделия с учетом компоновки компонентов; проведен предварительный анализ прочности и ресурса всех зубчатых зацеплений, валов и подшипников; разработаны гидродинамические и кинематические модели управления элементами включения передач.

Разработан альбом виртуальных испытаний, в состав которого входят: кинематические модели изделия, трехмерные компоновочные модели изделия, упрощенная кинематическая модель трактора, информация о шинах, грунтах, характеристика двигателя, распределение масс по осям трактора, необходимые для проведения виртуальных испытаний, методика расчета спектра нагружения, трехмерная модель трактора в сборе.

Подготовлены рекомендации по выбору материалов и покупных изделий для разрабатываемого изделия. Произведен анализ материалов для изготовления основных компонентов изделия с точки зрения стоимости, прочности, доступности и технологических возможностей производства; осуществлен анализ рынка покупных компонентов с точки зрения компоновки, стоимости и доступности; проведен полный патентный поиск в предметной области (глубина поиска – 10 лет); поданы заявки на патентую защиту результатов интеллектуальной деятельности.

Стоит подчеркнуть, что участие Инжинирингового центра CompMechLab® СПбПУ в данных работах выполняется в полном соответствии с концепцией цифровой экономики – приоритетной государственной программы – и с учетом глобальных трендов IV промышленной революции, обозначившей «перевес центра тяжести» в современном высокотехнологичном производстве на этап проектирования.

Эффективность и глобальную конкурентоспособность такого подхода продемонстрируют и другие экспонаты, которые будут демонстрироваться Политехническим университетом и ИЦ CompMechLab® СПбПУ на ежегодной выставке ВУЗПРОМЭКСПО 13-14 декабря 2017 года:

  • Разработка и применение технологии мультидисциплинарного кросс-отраслевого компьютерного инжиниринга (Виртуального полигона) для проектирования и создания класса высотных воздушных винтов для беспилотных воздушных судов большой продолжительности полета;
  • Разработка кузова, шасси, элементов экстерьера и интерьера и организация высокотехнологичного производства автомобиля «УАЗ Патриот» 2020 модельного года;
  • Разработка подхода к проектированию, расчету и изготовлению малоразмерного газотурбинного двигателя на основе методов компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга и аддитивных технологий производства;
  • Разработка интегрированной системы компьютерного проектирования и инжиниринга для аддитивного производства легких и надежных композитных конструкций ключевых высокотехнологичных отраслей промышленности.
Новости на сайте по теме публикации: