Челябинские ученые создали механизм применения технологии трехмерного моделирования для АПК
Можно ли научиться «виртуальному управлению» жизненным циклом сельхозмашин, проектировать их так, чтобы не допустить преждевременного выхода из строя?
Челябинские ученые-аграрии справились с этой непростой задачей. Они внедрили сквозную 3D-технологию компьютерного проектирования сельхозтехники, позволяющую конструировать трехмерные модели с заранее заданными свойствами. Этот проект, озвученный на прошедшем в начале декабря в Челябинске III Всероссийском техническом форуме, вызвал огромный интерес аграриев и конструкторов агротехники. Как работает эта инновационная система, и что она может дать нашему АПК? Это и стало главной темой нашего разговора со старшим преподавателем кафедры прикладной механики Южно-Уральского государственного агроуниверситета Виктором Шатруковым.
Технология жизненного цикла
— Что это за технология, в чем ее принципиальная новизна?
— Сквозная 3D-технология — это совокупность программного обеспечения и методик его применения для создания на предприятии единого информационного пространства по управлению жизненным циклом изделия (ЖЦИ) в цифровом формате по безбумажным технологиям. То есть не нужно кульмана, чертежей, машина сразу предстает в виртуальном «рабочем варианте», в который всегда можно внести изменения. Эта технология экономит массу времени на проектирование (раньше на это уходили годы, а сейчас — месяцы, а то и недели), дает целостную картину изделия. Причем есть возможность прогнозировать сроки и долговечность — как она будет себя вести в полевых условиях, когда проводить ремонт, а когда «списывать в утиль».
— Это российский или зарубежный продукт? И в чем ваш научный вклад в ноу-хау?
— Поначалу мы использовали американские аналоги таких программ — «Автокад» и «Солид», но их адаптация к российским стандартам вызывала некоторые трудности из-за отсутствия баз данных стандартных изделий (болты, винты, подшипники и др.), поэтому приобрели лицензии российских программных продуктов — и не прогадали. Однако эти программы носили слишком «универсальный характер», и нам пришлось их адаптировать для сельхозмашиностроения.
Сквозная 3D-технология — это разработка двух российских компаний — сотрудничающих между собой московско-санкт-петербургской «АСКОН» и НТЦ AПМ, расположенной в «космическом городе» Королеве. Они разработали оригинальные программные продукты для отечественного машиностроения.
К примеру, резидент «СКОЛКОВО» компания «АСКОН» создала систему CALS – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукции. Поначалу она предназначалась для военных нужд, но распространилась на другие сферы экономики и на весь рабочий цикл продукта — от маркетинга до утилизации.
А партнер «АСКОНа» компания AПМ также является резидентом «СКОЛКОВО» разработала систему инженерных расчетов, которая позволяет выполнять оценку прочности и надежности изделий на этапе проектирования. НТЦ АПМ тесно сотрудничает с РосАтомом и ведет разработки для атомной промышленности.
Вошли «в матрицу»
— Но как совместить такую «матрицу» с очень специфическими особенностями аграрного машиностроения?
— Для гражданской сферы была выработана концепция Рroduct Life Маnagement (РLМ-технологии) «управление жизненным циклом изделия». У этой технологии три программных ступени — «Компас 3D», «Вертикаль» и «Модуль ЧПУ» — для станков с числовым программным управлением. Все они объединены в программу «Гольфстрим».
Добавлю, что совместить компьютерные «матрицы» с потребностями АПК было очень непросто, но мы преодолели все эти трудности, и теперь 3D- моделирование сельхозмашин доступно даже обычному студенту. Правда, пока «написать» управляющие программы для станков с ЧПУ мы сами пока еще не можем (нужно приобрести специальные программы) — это следующий этап. Сегодня приходится привлекать «головных» разработчиков, но я уверен, что вскоре мы научимся и этому — и будем сами учить других.
«Полевые» IT-проекты
— А что реально дает сквозная 3D-технология? Какие «полевые проекты» позволила запустить?
— Пожалуй, самый крупный 3D-проект — протравливателя зерна, который сконструировали наши студенты Виталий Мухамадиев, Алексей Бегман, стипендиат Уралвагонзавода и Кристина Пушкарева. Они создали компьютерную трехмерную модель машины, затем в мастерских НИИ автоматизации и механизации нашего вуза изготовили опытный образец. Протравливатель успешно прошел испытания и уже запущен в массовое производство.
Есть и другие примеры. Так, другой наш студент, Алексей Курчин, с помощью 3D- технологии и системы APM WinMachine разработал функциональную схему, а затем и модель плуга для трактора Т-150. Он рассчитал нагрузки на раму, провел инженерные расчеты и оценил долговечность конструкции, возможные причины износа. Учтя все эти моменты, Алексей в программе «Компас 3D» создал модель надежного плуга.
А другой наш выпускник, Павел Самойловских, используя 3D-технологию, разработал модель роторного плуга, ширина захвата которого может регулироваться в зависимости от сопротивления почвы. Если почва тяжелая, вязкая, и трактор «не тянет», захват можно уменьшить с помощью винтового механизма изменения геометрии рамы. Кроме того, Павел ременной привод, который быстро изнашивался и выходил из строя, заменил на более надежный гидравлический. Подобные механизмы пока производят только за рубежом, в России их аналогов нет. Проект студента высоко оценен на всероссийском конкурсе компании «АСКОН» «Будущие асы 3D-моделирования», и вполне возможно, выйдет на производственную стадию.
— А возможно ли применить эти IT-технологии для животноводства?
— Наш студент Евгений Булаев, не раз побеждавший на всероссийских олимпиадах по компьютерному моделированию, с напарником Максимом Неустроевым озаботились проблемой очистки молокопроводов на животноводческих фермах. Промывка с использованием поролонового пыжа не дает должного эффекта, и они создали трехмерную модель устройства, призванного решить эту проблему.
Новые возможности для отрасли открывает и дипломный проект Андрея Третьякова, который теперь заканчивает аспирантуру. Он создал 3D-модель кормораздатчика, который «навешивается» на трактор МТЗ и может стать незаменимым для фермеров. Его особенность в том, что он работает от вала отбора мощности трактора. Причем задняя крышка сделана в виде щита и открывыется с помощью гидравлики. Трактористу не нужно насыпать корм вручную, лопатой, это сделает за него автоматика. В России подобных устройств я не встречал, а высмотрел ноу-хау у французских фермеров. В свое время я с группой наших студентов побывал во Франции, в городке Шато-Гонтье, и позаимствовал немало агроновинок. Это не первая моя заграничная командировка: в середине 80-х преподавал в Алжире, в Институте гидротехники и мелиорации, а в 2012-ом — в высших сельскохозяйственных школах Нанта и Анже. Добавлю, что в компьютерном моделировании АПК мы во многом обогнали французов.
Научить французов?
— В вашем вузе по международной программе обучаются немало студентов из Франции. Чему можете их научить?
— Они с интересом постигают 3D-моделирование, и многому уже научились. К примеру, Антуан Мартинон из Нанта (он закончил высшую школу по дереву ESB), используя компьютерную модель, в своей выпускной работе сконструировал инновационный мембранно-клапанный пульсатор доильного аппарата. Животноводы часто сетуют, что серийные аппараты часто выходят из строя, и мы, направив модель в систему инженерных расчетов APM WinMachine, выяснили причину — острая кромка шайбы. Изменив радиус скругления, Антуан повысил долговечность механизма, что не повлияло на качество его работы.
Это ноу-хау мы передали на одно из предприятий-изготовителей Екатеринбурга, и есть реальная надежда на внедрение в производство.
— Наверно, и нам есть чему поучиться у французов?
— Мы многому могли бы поучиться друг у друга, и не только «в плане» 3D-моделирования: у французов высокий уровень автоматизации и компьютеризации ферм, и наши студенты, возвращаясь на родину, привозили целый багаж инновационных технологий...
Немало интересных идей нам подсказали и французские студенты. Земляк Антуана, Гаспар Амет из Нанта, во время обучения в нашем вузе разработал 3D-модель необычного силоса — бункера для хранения зерна. Он исследовал давление на стенки силоса и выяснил, что оно распределяется неравномерно — внизу оно больше. Разбив бункер на секции с разной толщиной стенок, Гаспар добился солидной экономии металла. Свои разработки французы представляли в представительстве компании «АСКОН-Урал» и были награждены лицензионным комплектом «Компас 3D».
Кадры не решают все?
— Какие при этом возникают проблемы?
— Я 15 лет преподавал французским студентам сопромат и убедился, что проблем с взаимопониманием нет. Но недавно встала другая проблема: из-за урезания финансирования в нашем вузе ликвидируется группа с углубленным изучением французского языка, и набор иностранных студентов, как и обучение наших за рубежом, «заморожен»...
С другой стороны, Минобразования РФ с будущего года уменьшило набор на инженерные специальности. К примеру, в нашем вузе количество бюджетных мест по очень востребованной специальности «технические средства АПК» уменьшено вдвое — с 20 до 10, а на «сельхозмашины и оборудование» по системе бакалавриата и вовсе прекращен! Кто будет конструировать сельхозмашины завтрашнего дня? На федеральном уровне не раз заявлялось, что в стране не хватает инженеров (особенно в сельхозмашиностроении), молодежь призывали выбирать технические профессии. Почему тогда «технари» первыми попали под сокращение? Не пора ли государству пересмотреть такой подход?
— А есть ли, на ваш взгляд, будущее у высоких технологий сельхозмашиностроения Южного Урала?
— В нашей области есть все для их запуска «на поток» — развитая металлургия, металлообработка, инженерная подготовка. Когда-то ЧТЗ далеко за пределами СССР славился своими тракторами, а сегодня оказался на грани банкротства. Производство упало в разы, многие цеха пустуют. В схожей ситуации и другие заводы, роаботающие на АПК. Но есть и «первая ласточка» надежды — Еманжелинский завод, производящий фермерские мини-тракторы «Уралец», вошел в федеральную программу субсидирования производителей сельхозтехники. Мы готовы предложить производственникам свои наработки по компьютерному проектированию. Надеюсь, это послужит возрождению отрасли, от которой во многом зависит и импортозамещение, и продовольственная безопасность России.
Беседовал Евгений Аникиенко
Журнал "Нивы России"
№1(145) январь-февраль 2017
Нет комментариев. Ваш будет первым!