Оказание услуг по моделированию динамики грузового вагона и формированию рекомендаций о контроле его составных частей
 |
Область компетенции:
Отрасли промышленности:
|
| Период проведения | 2023 |
Заказчик: Железнодорожная логистическая компания
Исполнитель: Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (ИЦ «ЦКИ») (CompMechLab®) ПИШ СПбПУ
Ответственный исполнитель: Ю.Б. Житков, руководитель отдела системного инжиниринга ИЦ «ЦКИ» ПИШ СПбПУ
Руководитель проекта: А.И. Боровков, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг», НЦМУ СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ
Сотрудники Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ впервые применили методы цифрового инжиниринга и технологию цифровых двойников в разработке элементов подвижного состава железнодорожного транспорта.
Существующие методики расчетов в железнодорожном машиностроении были разработаны еще в середине XX века на основе опытных данных.
Они имеют достаточную качественную сходимость (результаты компьютерного моделирования качественно совпадают с поведением реального объекта) для уже существующей техники, однако для разработки новой зачастую оказываются неэффективными, так как не учитывают множества факторов, связанных с особенностями материалов и конструкций, предполагаемых режимов и условий эксплуатации подвижного состава.
Для реализации проекта в сегодняшних условиях инженеры ведут работу на базе уникальной российской разработки – Цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench®.
Алексей Боровков, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель ПИШ СПбПУ, НЦМУ СПбПУ, Центра НТИ СПбПУ и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ:
«В основе технологии цифровых двойников лежит матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, позволяющая учитывать множество факторов, что сложно сделать без применения передовых цифровых технологий, математического и компьютерного моделирования на основе моделей с высоким уровнем адекватности реальным материалам, конструкциям и эксплуатационным режимам. Очень своевременным стало утверждение Правительством Российской Федерации стратегического направления в области шифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности, которое впервые вводит понятие «цифровой сертификации» как специализированного бизнес-процесса, основанного на тысячах и десятках тысяч цифровых (виртуальных) испытаний как отдельных компонентов, так и системы в целом, целью которого является прохождение с первого раза всего комплекса натурных, сертификационных и прочих испытаний».
В рамках реализации программы НЦМУ СПбПУ «Передовые цифровые технологии» специалисты Инжинирингового центра разработали архитектуру цифрового двойника экипажной части локомотива
и создали математические и компьютерные модели составных частей тележки локомотива. Также ин-
женеры разработали более 40 виртуальных испытательных стендов и виртуальный испытательный полигон для многочисленных цифровых испытаний и проверок соответствия элементов конструкции матрице требований и целевых показателей, предложили применить методы анализа видов и последствий потенциальных отказов конструкции и методы расчета стоимости жизненного цикла конструкции, основываясь на информации, генерируемой с помощью цифрового двойника изделия.
Кроме того, в рамках проекта предложены новые подходы для проведения расчетных проверок методами мультидисциплинарного компьютерного моделирования, разработана система обмена данными между моделями, а также программные модули для сбора и обработки результатов моделирования на Цифровой платформе CML-Bench®.
Юрий Житков, научный сотрудник, руководитель отдела системного инжиниринга Инжинирингового
центра (CompMechLab®) СПбПУ:
«Применение технологии цифровых двойников и российского программного обеспечения позволяет повысить положительный экономический эффект по критериям качества, скорости и стоимости разработки. Уже сейчас в результате оптимизации достигается результат по обоснованному снижению металлоемкости различных частей конструкций тележек на 14% с учетом показателей прочности и ресурса согласно матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. То есть конструкция сохраняет свои габаритные ограничения, прочностные характеристики, но имеет меньшую массу, а значит, и материалоемкость. Применение Цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® позволяет существенно сокращать сроки проведения и анализа многовариантного моделирования и провести обоснованный выбор конструкторских решений, тем самым сокращая сроки разработки до двух и более раз по сравнению с традиционным цифровыми подходами».
Команда специалистов планирует дальнейшее совершенствование новых методик и подходов к проектированию сложной железнодорожной техники, комплексную интеграцию виртуальных испытательных стендов с целью развития технологии цифровых двойников изделий на базе Цифровой платформы CML-Bench®, развитие системы хранения и обмена данными результатов мультидисциплинарных расчетов, совершенствование методов анализа результатов моделирования с использованием технологий машинного обучения, интеграцию инструментов анализа видов и последствий потенциальных отказов конструкции, а также анализа стоимости жизненного цикла конструкции, уточнение матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Полученные результаты актуальны и применимы в практике проектирования новой техники и разработке проектов модернизации существующей железнодорожной техники.