أجرى علماء من معهد البوليتكنيك بجامعة جنوب الأورال الحكومية دراسة تهدف إلى تطوير أساليب وبرامج لإنشاء نماذج محاكاة لمحركات الاحتراق الداخلي المكبس كجزء من التوائم الرقمية. في سياق العمل ، تم تحديد المبادئ العامة لإنشاء توائم رقمية للمحركات ، وتم إنشاء برنامج فريد وحصل على براءة اختراع لتطبيق الأساليب المطورة والنماذج الرياضية باستخدام تقنية إنترنت الأشياء. تم نشر الدراسة في مجلة الطاقة العلمية ذات التصنيف العالي.
تقنيات جديدة لبناء المحركات
يتطلب الاقتصاد الحديث الحد الأقصى من الوقت والمال الذي يتم إنفاقه على تطوير وإطلاق المنتجات للإنتاج ، وتحليل الحالة الفنية للأشياء في جميع مراحل دورة الحياة ، وإجراء تغييرات فورية في معايير التصميم وأنماط التشغيل. ينطبق هذا تمامًا على محركات الاحتراق الداخلي الترددية - المصادر الرئيسية للطاقة الميكانيكية للمركبات وصناعة الطاقة الكهربائية الصغيرة.
أجرى فريق من العلماء من كلية السيارات بجامعة جنوب الأورال الحكومية تحت قيادة دكتور في العلوم التقنية ، أستاذ قسم «المركبات ذات العجلات والمتعقبة» أندريه مالوزيوموف بحثًا وطوّر برنامجًا لإنشاء توأم رقمي للمحرك ، مما سيسمح بتصميم محركات جديدة وتحسين تصاميم النماذج الحالية في المستقبل. حضر الدراسة دكتور في العلوم التقنية ، البروفيسور سيرغي أليوكوف ، مرشح العلوم التقنية ، الأستاذ المساعد فلاديمير بوندار والطالب غورغي مالوزيوموف ، الفائز في مسابقة أومنيك لعام 2019 بموضوع «تطوير مكتبة من المكونات بلغة Modelica لمحاكاة محركات الاحتراق الداخلي المكبس».
يتوقع الخبراء أن يصل سوق التوأم الرقمي إلى 16 مليار دولار في غضون خمس سنوات. تظهر الأبحاث أن 13% من المؤسسات التي لديها مشاريع إنترنت الأشياء لديها بالفعل توائم رقمية. بحلول عام 2021 ، ستستخدم نصف الشركات الصناعية الكبرى هذه التقنية ، مما سيزيد من كفاءة هذه المؤسسات بنسبة 10%. تتمثل مهمة العلوم المحلية في مساعدة الشركات الروسية على عدم الخروج من هذا الاتجاه.
«حاليًا ، هناك برنامج أجنبي متخصص لمحاكاة المحرك ، والذي يتوافق بدرجة أو بأخرى مع مفهوم التوائم الرقمية. العيب الشائع لمنتجات البرامج هذه هو الكود المغلق. هذا لا يسمح لك بالتحكم في موثوقية النموذج الرياضي ومعلماته وإجراء تغييرات على النماذج الرياضية للمكونات ، كما يعقد أيضًا إنشاء المكونات التي تصف الحلول التقنية الجديدة. التفاصيل المفرطة للمكونات والعكس صحيح ، لا توفر المكونات المكبرة بشكل مفرط مرونة كافية عند إنشاء توائم رقمية. إن طرق إنشاء محركات رقمية ثنائية لا تلبي تمامًا احتياجات الصناعة في الوقت الحالي»,- يقول أندري مالوزيوموف.
إن حاجة الاقتصاد الروسي إلى تطوير منتجات برمجية محلية قادرة على المنافسة لإنشاء توائم رقمية لمحركات الاحتراق الداخلي المكبسية تحدد أهمية هذا التطور. يعتقد العلماء أن هذا سيساعد في تحسين المستوى التقني للمنتجات وكفاءة صناعة المحركات ككل.
بديل عن النظائر الأجنبية
أثناء العمل في الدراسة ، درس العلماء المبادئ العامة لإنشاء محركات رقمية ثنائية ، وإنشاء برامج وفقًا للطرق والنماذج الرياضية المستخدمة.
«لقد ركزنا على حل مشكلات علمية وعملية محددة باستخدام نتائج البحث: لقد طورنا حلولًا تقنية للتعزيز قصير المدى لمحركات الديزل للمركبات المتعقبة ، لتحسين جودة بدء محركات الديزل في درجات حرارة منخفضة للغاية ، ولتحسين التوازن الحراري لمحطات توليد الطاقة للمركبات المتعقبة. البرنامج الحاصل على براءة اختراع ليس أدنى من وظائفه بالنسبة لنظرائه الأجانب. وأحيانًا يتفوق عليهم ، على سبيل المثال ، من حيث حساب عمليات التشغيل المسبق والبدء ، والتآكل ، وإمكانية توقع الموثوقية ، والقدرة على ضبط النماذج الرياضية بسرعة. لقد تم بالفعل استخدام البرنامج المطور في أداء العمل ، ليحل محل برامج الاستيراد باهظة الثمن - وهذا أحد الأسباب الرئيسية لضرورة إنشاء هذا البرنامج»,- يوضح سيرجي أليوكوف.
تجدر الإشارة إلى أن فريق البحث من جامعة جنوب الأورال الحكومية يتعاون لفترة طويلة مع مؤسسات بناء المحركات هذه ، على سبيل المثال ، تشيليابينسك تراكتور ، أورال ديزل-إنجن ، ألتاي إنجن-بيلانتس ، بارنوترانسمش ، كاماز تبدي الشركات اهتمامًا بهذه التطورات وهي على استعداد لشرائها واستخدامها. هذا ينطبق بشكل خاص على المؤسسات التي لا تستطيع استخدام خدمات الدعم الفني بشكل كامل ، لأن معلمات تصميم المحركات هي معلومات ذات وصول محدود.
يمكن تطبيق تطورات العلماء في إنشاء وتنفيذ التوائم الرقمية لمحركات الاحتراق الداخلي المكبس لتحسين المستوى التقني للمنتجات ، وتقليل الوقت والمال الذي يتم إنفاقه على التحسين البناء عن طريق استبدال معظم الاختبارات الفنية بالاختبارات الافتراضية.
يُعد البحث في مجال التقنيات الجديدة من بين أولويات مركز الأورال العلمي والتعليمي الأقاليمي على المستوى العالمي «تقنيات ومواد الإنتاج المتقدمة» ، والذي يتم إنشاؤه حاليًا على أساس الجهود المشتركة لكل من جامعة الأورال الفيدرالية و جامعة جنوب الأورال الحكومية و جامعة كورغان الحكومية وغيرها من مؤسسات التعليم العالي الإقليمية ، فرع الأورال التابع لأكاديمية العلوم الروسية والمؤسسات الصناعية وحكومة مناطق تشيليابينسك وسفيردلوفسك وكورغان.