Учёные Южно-Уральского государственного университета (вуз входит в Союз машиностроителей России) разработали и запатентовали уникальную компьютерную программу, которая с помощью алгоритмов искусственного интеллекта позволяет в разы ускорить и упростить создание вентильных двигателей. Новая технология не только повышает качество разработок, но и открывает путь к созданию дешёвых и технологичных изделий для гражданских и оборонных нужд.
Коллектив кафедры электропривода, мехатроники и электромеханики на протяжении 15 лет занимается вопросами оптимизации электрических машин. Использование нейросетевых технологий добавило разработкам скорость и гибкость. Новая программа представляет собой проектную систему, которая берет на себя рутинные функции типовых расчетов, оставляя за инженером творческий процесс. Ключевое новшество заключается в использовании гибридного блока-оптимизатора. Если раньше поиск оптимального варианта двигателя занимал около двух часов, то теперь этот процесс сократился до 7-10 секунд.
«Мы нашли оптимальное сочетание двух алгоритмов: генетического, основанного на принципах эволюции, и пошагового метода Хука-Дживса, – поясняет профессор кафедры электропривода, мехатроники и электромеханики ЮУрГУ Сергей Ганджа. – Сначала мы локализуем область поиска, а затем быстро находим лучший вариант. Это позволяет перебирать огромное количество переменных за считанные секунды».
Второй важной инновацией стала многоуровневая оптимизация. Программа позволяет разработчику вносить любые ограничения, диктуемые реальным производством. Например, заказчик может указать: «использовать только имеющиеся магниты» или «не менять форму паза». Система покажет, как эти ограничения повлияют на итоговые характеристики (например, КПД снизится с 96% до 93%), и даст возможность сравнить идеальный вариант с реалистичным. В основе программы лежит точная математическая модель, построенная на основе метода конечных элементов.
Разработка челябинских учёных – это часть более глобальной концепции «сквозной безбумажной технологии». Идея заключается в том, чтобы пройти путь от технического задания до готового опытного образца, минуя создание огромного количества бумажной документации. Эффективность такого подхода была подтверждена экспериментально. Для изготовления подшипникового щита шагового двигателя создали 3D-модель и чертеж. В первом случае модель передали технологу для написания программы для станка с ЧПУ, во втором чертёж отдали токарю.
«Результат был впечатляющим, – рассказывает учёный. – Деталь, изготовленная по безбумажной технологии, была готова за 4 дня. В традиционном варианте на это ушло 2 недели. При этом деталь, сделанная на станке с ЧПУ, отличалась лучшим внешним видом и точностью. А главное – если в программе была ошибка, её исправление занимает минуты и исключает повторение брака. В ручном производстве человеческий фактор может приводить к ошибкам снова и снова».
Потенциал новой программы огромен. В первую очередь, она предназначена для предприятий электромашиностроения. Среди потенциальных пользователей – легендарный челябинский завод «РЭД», разрабатывающий двигатели для «Ласточки» и тяговых электровозов в рамках импортозамещения, а также Снежинский завод специальных электрических машин, НПО «Электромашина» и завод «Динамо».
«Программу, возможно, придется адаптировать под конкретное предприятие, но она вполне работоспособна. Достоверность результатов, полученных с использованием программы, проверена на реальных проектах», – отмечают разработчики. Особое внимание уделяется применению технологии в условиях СВО. Ученые занимаются разработкой роботизированного транспортного средства: автоматизированной тележки для доставки снарядов, продовольствия и эвакуации раненых с передовой. Задача сделать ее максимально простой, надежной и дешевой для массового производства.
«Сейчас на таких тележках стоит дорогой привод и электроника. Наша цель – удешевить и упростить конструкцию, – говорит Сергей Ганджа. – Это важно, когда в условиях специального и боевого применения жизненный цикл изделия сокращается в несколько раз. Вторая важная особенность разработки заключается в импортозамещении основных узлов и деталей. Мы все можем делать свое, из отечественных материалов. Смысла закупать за рубежом нет».
Новая программа позволяет не просто копировать существующие образцы, но и анализировать их, улучшая характеристики за счет оптимизации. В планах ученых расширить систему на все возможные исполнения электрических машин. Это позволит одному инженеру за одним рабочим местом проектировать несколько вариантов, сравнивать их и предлагать руководству оптимальное решение. И если раньше над одной конструкцией работал отдел из 5-10 человек, то теперь это может сделать один специалист, при этом сроки разработки будут меньше, а качество выше.
