طور العلماء في جامعة جنوب الأورال الحكومية نظاماً ذكياً لمراقبة التآكل والاهتراء في الهياكل المعدنية، صُمم خصيصاً للاستخدام في الظروف الصناعية المعقدة. تم تنفيذ هذا التطوير من قبل فريق من العلماء تحت إشراف دميتري شنايدر، وذلك ضمن برنامج القيادة الأكاديمية الاستراتيجية "أولوية ٢٠٣٠"
ويركز النظام على المراقبة طويلة الأمد للتغيرات في سماكة جدران أنابيب النفط، والأوعية التي تعمل تحت الضغط، وغيرها من العناصر الحيوية للمعدات في منشآت تكرير النفط والصناعات الكيميائية ومحطات الطاقة.
أهمية التطوير
يظل التآكل والاهتراء الناجم عن التعرية من الأسباب الرئيسية للحوادث، والإصلاحات غير المخطط لها، وتوقف المعدات الصناعية عن العمل. وتمثل مراقبة الأجسام التي يتم تشغيلها في درجات حرارة عالية وتتميز بخشونة سطح واضحة صعوبة خاصة. في مثل هذه الظروف، غالباً ما تفقد الطرق التقليدية للفحص بالموجات فوق الصوتية دقتها بسبب تشوه الإشارات والمستويات العالية من الضوضاء.
مبدأ عمل التقنية
يعتمد هذا التطوير على طريقة لمعالجة الإشارات بالموجات فوق الصوتية قائمة على "الارتباط المتبادل المنزلق" (sliding cross-correlation) مع تقدير "تحت عينات" (sub-discrete) للإزاحات الزمنية. يقوم الخوارزمي بتحليل تسلسلات نبضات الموجات فوق الصوتية، مما يسمح بزيادة استقرار القياسات في ظل تشتت الموجات والضوضاء المميزة للأسطح الخشنة.
يوفر النهج المتبع حساسية للتغيرات في السماكة على مستوى ميكرونات قليلة، حيث يبلغ هامش الخطأ في القياسات المختبرية والتجريبية حوالي ١٠ ميكرومتر، وهو ما يتجاوز دقة العديد من الحلول التقليدية المستخدمة للفحص في الظروف الصناعية المعقدة. كما يأخذ الخوارزمي في الاعتبار تأثير درجة الحرارة على سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في المعدن.
التنفيذ البرمجي والعتادي
تم تطوير برمجيات متعددة المنصات (Cross-platform) للنظام بواجهة رسومية، مخصصة لضبط أوضاع القياس، واختبار الخوارزميات، وعرض البيانات في وقت قريب من الوقت الفعلي. تتمثل الأجهزة في مستشعر ثابت بالموجات فوق الصوتية، مصمم للتركيب في أكثر مناطق المعدات إجهاداً وعرضة للتآكل، مثل مناطق اللحام وانحناءات الأنابيب والوصلات. ويسمح التركيب الثابت باستبعاد الأخطاء المرتبطة بإعادة تحديد موقع الأجهزة اليدوية،
مما يساعد على تكوين سلاسل زمنية موثوقة للبيانات لتحليل ديناميكيات الاهتراء.
التشغيل في المنشآت ذات درجات الحرارة العالية
تتحقق إمكانية استخدام النظام في المنشآت عالية الحرارة (درجة حرارة السطح تصل إلى ٦٠٠ درجة مئوية) من خلال تصميم خاص للموجهات الموجية فوق الصوتية، التي تنقل الإشارة من منطقة الفحص إلى إلكترونيات القياس. يسمح هذا الحل الهندسي بوضع المكونات الإلكترونية ومصادر الطاقة خارج مناطق التسخين المفرط، مما يحافظ على استقرار القياسات ويعزز سلامة تشغيل المعدات.
يمكن أن تتراوح وتيرة القياسات من عدة دقائق إلى ساعة واحدة، وهو ما يتجاوز بكثير وتيرة الفحص الدوري التقليدي باستخدام الأجهزة المحمولة، ويسمح بالكشف عن العلامات المبكرة للتآكل المتسارع. بالإضافة إلى ذلك، يغني الحل المقترح عن حاجة الأفراد للتواجد في القرب المباشر من المعدات الخطرة التي تعمل في درجات حرارة عالية، مما يقلل من المخاطر الإنتاجية، ويرفع مستوى السلامة الصناعية، ويتوافق مع المتطلبات الحديثة لتنظيم ظروف عمل آمنة.
التكامل وإنترنت الأشياء الصناعي
يستهدف هذا التطوير الاستخدام ضمن أنظمة المراقبة الموزعة، ويدعم التكامل مع نظام إنترنت الأشياء الصناعي IIoTSense الذي تم تطويره في الجامعة. يضمن ذلك نقل بيانات القياس إلى منصات تحليلية مركزية، وإمكانية المراقبة عن بُعد لحالة المعدات، واستخدام تقنيات التحليل التنبؤي.
كما أن استخدام مكونات موفرة للطاقة ومستقرة حرارياً يقلل من المخاطر التشغيلية، ويضمن إمكانية العمل المستقل للمستشعر لفترات طويلة في ظروف الإنتاج الصناعي.
مرحلة الجاهزية والخطط المستقبلية
تم حالياً تطوير نموذج أولي وظيفي للوحدة الإلكترونية، والذي خضع لاختبارات على بيانات اصطناعية وعينات معدنية حقيقية. وقد أكدت الاختبارات التي أُجريت كفاءة الطريقة المقترحة في ظل خشونة السطح العالية والمستويات المرتفعة من الضوضاء.
تتمثل المرحلة التالية في إجراء الاختبارات الصناعية التجريبية وتطوير النظام مع مراعاة متطلبات قطاعات صناعية محددة.
آفاق التعاون
يقول دميتري شنايدر، رئيس مختبر الأتمتة الصناعية وإنترنت الأشياء في جامعة جنوب أورال الحكومية: "لقد وضعنا أمامنا هدفاً لا يقتصر فقط على إيجاد حل بديل للواردات، بل يمتد لتطوير تقنية قادرة على ضمان دقة واستقرار أعلى في القياسات ضمن ظروف التشغيل المعقدة. اليوم، لدينا أساس علمي متين ونموذج أولي وظيفي، ونحن منفتحون على التعاون مع الشركاء الصناعيين لمزيد من التطوير والاختبار وتطبيق هذه التقنية في ظروف الإنتاج الحقيقية".
مجالات التطبيق
يمكن أن يكون هذا التطوير مطلوباً في شركات تكرير النفط، والصناعات الكيميائية، وقطاع الطاقة، والمعادن، وبناء السفن، والبنية التحتية للنقل، ومجال الخدمات السكنية والمجتمعية — أي في كل مكان يتطلب مراقبة عن بُعد لحالة الهياكل المعدنية والانتقال إلى الصيانة التنبؤية للمعدات.
لجميع الاستفسارات، يرجى التواصل عبر: الهاتف: ٨٦-٩٢-٢٦٧(٣٥١)٨، ١١-٣٠-٢٧٢، ٦٤-٣١-٢٧٢ البريد الإلكتروني: press[at]susu[dot]ru | shnaiderda[at]susu[dot]ru
يتم تنفيذ المشروع في إطار منحة "أولوية ٢٠٣٠" (Priority-2030)، اتفاقية رقم 075-15-2025-228.
للحصول على المزيد من الأخبار، تابعوا قناة جامعة جنوب الأورال الحكومية على منصة ماكس.