Команда ученых Центра виброиспытаний и мониторинга состояния конструкций ЮУрГУ разрабатывает нейросеть, которая сможет мгновенно предсказать «усталость» металла и предотвратит аварии на производстве.
В рамках реализации серии грантов РНФ исследовательская группа под руководством заместителя директора Центра виброиспытаний и мониторинга состояния конструкций, доцента кафедры «Летательные аппараты», к.т.н. Алексея Ерпалова ведет активную работу с индустриальными партнерами для создания уникального программного продукта. Главная цель проекта – дать инженерам инструмент, способный за доли секунды предсказывать усталостную долговечность металлоконструкций.
Суть разработки – в применении гибридных нейронных сетей с целью отказа от традиционного, крайне длительного механического моделирования. Если в классическом подходе инженер вынужден ждать результатов сложных численных расчетов, то новая система, обученная на проверенных данных механики разрушения, выдает прогноз практически мгновенно.
«Мы не увеличиваем точность, мы добиваемся скорости, – пояснил Алексей Викторович, – Сегодняшний темп жизни и развития промышленности требует высоких скоростей. Необходимо делать все очень быстро и при этом качественно. К примеру, инженер-проектировщик поменял кронштейн или добавил жесткости и тут же хочет понять, как это скажется на долговечности конструкции. Наша модель даст ему ответ, даже если нагрузки носят случайный, нестационарный характер, как, например, вибрации автомобиля на разных типах дорожного покрытия».
Несмотря на ставку на скорость, точность прогнозов остается на высоком уровне — порядка 95 – 99%, что сопоставимо с классическими методами, но достигается кратно быстрее. Особенностью подхода является фокус на крупногабаритных конструкциях из изотропных материалов (стали, алюминиевые сплавы) без сварных узлов, работающих в режиме многоцикловой усталости годами.
Разработка имеет два стратегически важных прикладных направления для промышленности:
- Проектирование: ускорение работы конструкторов, позволяющее быстро оценивать влияние изменений геометрии детали на прочность без привлечения узких специалистов по сложным расчетам.
- Онлайн-мониторинг: создание цифровых двойников оборудования (например, прокатных станов) для перехода от системы плановых ремонтов к обслуживанию по фактическому состоянию. Система сможет анализировать текущие аномалии, вибрации и прогнозировать остаточный ресурс, предупреждая внезапные аварии.
Проект реализуется при поддержке Грантовой программы В.Б. Христенко «Шаг в будущее» и имеет выраженный прикладной характер. Команда уже плотно сотрудничает с предприятиями Челябинской области и крупным бизнесом, включая ММК, «Северсталь» и УралАЗ. По словам Алексея Ерпалова, готового аналога такой системы в публичном доступе нет ни в России, ни за рубежом.
Итогом работы станет регистрация программы для ЭВМ (РИД), которой на первом этапе смогут пользоваться инженеры-проектировщики для удешевления и ускорения создания сложных машиностроительных изделий. В перспективе планируется расширить учитываемые параметры, включив в анализ влияние коррозии и микроструктуры материала.
Проект реализуется в рамках Грантовой программы В.Б. Христенко «Шаг в будущее». Это программа ежегодной финансовой поддержки программы развития Университета в рамках «Приоритет-2030». Гранты предоставляются на проведение перспективных исследований, формирование кадрового резерва и реализацию уникальных образовательных программ (компонентов), определяющих вектор развития ЮУрГУ и Челябинской области.