На XVII Конференции CADFEM/Ansys обсудили тенденции развития технологий Индустрии 4.0 в российской промышленности

Ключевые тренды в среде инженерного численного моделирования, а также роль моделирования в цифровой трансформации промышленных предприятий стали главной темой XVII Международной онлайн-конференции CADFEM/Ansys, организованной АО "КАДФЕМ Си-Ай-Эс" (КАДФЕМ), элитным партнером компании Ansys. В этом году мероприятие впервые прошло в новом формате, собрав более 1000 слушателей из разных отраслей российской промышленности. За два дня эксперты обсудили главные аспекты цифровизации промышленного производства и внедрения продвинутых технологий Индустрии 4.0, а также изучили лучшие практики применения решений Ansys и сопутствующих программных продуктов.

Цифровые двойники на промышленных предприятиях

Одной из главных тем прошедшей конференции стало применение технологии цифровых двойников. Согласно аналитическим данным, уже к 2025 году их рынок вырастет до $35,8 млрд. долларов. В своих выступлениях эксперты КАДФЕМ подчеркнули роль инженерного моделирования как ключевого компонента технологии. Цифровые двойники используют информацию из систем PLM, PDM, SCADA и делают ее доступной в виде данных и имитационных моделей. Виртуальные датчики предоставляют информацию об измеряемом параметре объекта на основе результатов математического моделирования. Таким образом, технология применяет данные для обработки задач моделирования на конкретной стадии жизненного цикла.

В рамках выступлений эксперты КАДФЕМ также рассказали о различных сценариях применения цифровых двойников. Так, цифровой двойник может использоваться для оптимальной эксплуатации актива и создания рекомендательной системы за счет использования метамодели, которая содержит данные о процессах и показания с датчиков физического объекта. Цифровой двойник может также выступать в качестве системы диагностики, позволяя определить наличие отклонений в физических показателях и спрогнозировать остаточный ресурс. Кроме того, он может использоваться для отработки сценариев либо в качестве основы для управления активами.

Эксперты представили несколько примеров уже существующих цифровых двойников. Среди них цифровой двойник:

По прогнозам экспертов КАДФЕМ, технология цифровых двойников будет развиваться по пути консолидации знаний и разработки унифицированных методик и алгоритмов. Они станут основой для демократичных проектов внедрения даже для небольших активов.

Управление эффективностью производства и ТОиР

Ещё одной важной темой конференции стало управление эффективностью на производстве с помощью предсказательного обслуживания активов. Назначение такой системы - автоматизация технического обслуживания активов производства, ремонта и эксплуатации изделия с полной интерактивностью процесса выполнения сервисных операций. Это позволяет структурировать всю работу по обслуживанию активов и получить цифровую базу знаний предприятия по ТОиР.

Согласно аналитическим данным, сегодня 20% мирового ВВП затрачивается на ТОиР, а в разных отраслях его себестоимость составляет от 5 до 60%. При этом производство становится более интеллектуальным, усложняются процессы и оборудование. Следовательно, возрастает риск простоя при неправильном обслуживании или ремонте. Однако его можно снизить с помощью AR-инструментов. Технологии дополненной реальности обеспечивают доступ к необходимой информации на месте и предоставляют данные о порядке обслуживания, наложенные на реальное оборудование.

Эксперты КАДФЕМ Диджитал продемонстрировали разработанное ими типовое решение предиктивного технического обслуживания и ремонта. Комплекс информационной поддержки инженеров позволяет визуализировать основную информацию и управлять производственным оборудованием.

Беспилотный транспорт: разработка встраиваемого ПО и опыт МАДИ

В рамках конференции речь также шла о создании беспилотных транспортных средств. Эксперты продемонстрировали решения, позволяющие настраивать человеко-машинные интерфейсы (HMI) и разрабатывать встроенное ПО. В среднем такое ПО может содержать от 50 до 100 млн. строк кода. Чтобы ускорить процесс его разработки, повысить производительность и точность, Ansys создала модельно-ориентированную среду Ansys SCADE. Она снижает финансовые и временные затраты на этапе работы с ПО благодаря возможностям оценки соответствия проекта требованиям безопасности и выявления ошибок на ранней стадии проектирования, а также автоматической генерации сертифицированного кода.

Среди других задач, возникающих при разработке встроенного ПО, эксперт КАДФЕМ выделил:

Кроме того, в рамках конференции были представлены проекты МАДИ по разработке беспилотного транспорта. Эксперты МАДИ продемонстрировали Цифровую модель дороги (ЦМД) для движения высокоавтоматизированных транспортных средств (ВАТС). Они запустили пилотный проект по обмену информацией между ВАТС и цифровой дорожной инфраструктурой на маршруте протяженностью 1250 м. В рамках проекта было выполнено два сценария - базовый, с передачей данных в ЦМД о месторасположении, скоростном режиме и планируемых действиях ВАТС, и дополнительный, с передачей информации о безопасной скорости движения в зависимости от текущих погодных условий от ЦМД к ВАТС. Качеством проводимых экспериментов являлось количество вмешательств водителя в управление ВАТС. Желаемый индикатор заключался в 1 управляющем воздействии на 10 км пути.

Кроме того, университет МАДИ совместно с ГБУ "МосТрнасПроект" запустил еще два проекта - "беспилотный паркон", который на постоянной основе администрирует центральные улицы Москвы и фиксирует нарушения правил парковки, и беспилотный автомобиль на территории Первой градской больницы имени Н.И. Пирогова, перевозящий материалы COVID-19 от места их сбора до лабораторий. Беспилотное транспортное средство также было запущено по маршруту МАДИ-Полигон МАДИ. Он характерен тем, что проходит через несколько категорий дорог и включает различные скорости движения. Специалисты университета также разработали модель полигона, используя Ansys VRXPIRIENCE Driving Simulator, чтобы провести моделирование движения ВАТС. Модель включает те же параметры, что и реальная дорога, в том числе информационные табло и технические средства организации дорожного движения (знаки, светофоры, разметка). Одна из основных задач этого проекта - разработка сценариев движения ВАТС в штатных условиях, в нештатных ситуациях (в зонах ремонта дороги/неровного дорожного покрытия, неудовлетворительных погодных условиях, во время аварийных ситуаций) и в фоновом режиме при технических неисправностях/ухудшении состояния водителя.

Разработка сетей 5G

Важной темой конференции стала разработка сетей 5G. Эксперты КАДФЕМ отметили, что компьютерное моделирование является неотъемлемой частью этого процесса. Согласно данным Ansys 5G Simulation Solutions Brief, оно в 5 раз улучшает характеристики антенн при сокращении цикла разработки на 25%, снижает время проектирования на 50%, уменьшает время разработки аппаратуры на 67% и снижает стоимость компонентов.

В связи с этой тенденцией одной из главных тем в докладах, посвященных 5G, стали приобретения Ansys, сделанные в 2020 году. Первое из них - компания Lumerical, разработчик ПО для моделирования нанофотонных устройств. Продукты Lumerical позволяют разработчикам решать самые сложные задачи фотоники, которые включают в себя взаимосвязанные оптические, электрические и тепловые эффекты. Приобретение дало возможность добавить программные продукты для моделирования фотоники к мультифизичному портфолио Ansys и позволило проводить анализ целостности сигналов при оптоэлектронных преобразованиях.

Одной из наиболее существенных проблем при разработке электроники и систем 5G является моделирования электромагнитной совместимости. Помехи могут возникать как из внешних источников, так и быть вызваны внутренними устройствами. Задачу помогает решить еще одно приобретение Ansys - Electro Magnetic Applications, Inc. (EMA). Оно позволило Ansys предоставить своим пользователям усовершенствованный рабочий процесс EMA3D Cable для сертифицированных моделей кабельных жгутов и сборок в самолетах и автомобилях. Он существенно снижает риски электромагнитных помех для кабельных жгутов, сокращает время на разработку и ускоряет сертификацию.

В своем выступлении эксперт КАДФЕМ также затронул различные аспекты применения ПО Ansys - от разработки антенных систем и базовых станций в Ansys HFSS, выполнения электрически больших сценариев с высокой точностью полноволновых методов в Ansys HFSS SBR+ до оценки ветровых воздействий на башни и антенны базовых станций с помощью Ansys Discovery Live и Ansys Discovery AIM, а также проектирования электроники, основанной на физике надежности, в Ansys Sherlock Automated Design Analysis.

Эти решения позволяют обеспечивать каналы очень большой емкости, широкополосный прием для передачи больших объемов информации, а также кардинально снижать задержки, передавая больше данных в тех же диапазонах, повышая стабильность и надежность емкостей каналов.

Роль моделирования в аддитивном производстве

В рамках конференции эксперты КАДФЕМ также отметили рост интереса пользователей к моделированию процессов аддитивного производства. Появляется все больше программ, позволяющих моделировать процесс 3D-печати и изменять геометрию таким образом, чтобы она была напечатана удачно с первого раза. Важную роль здесь также играет определение свойств материалов и предсказание микроструктуры на основе распределения температур, скорости затвердевания, размера и форма расплава. Это нужно для того, чтобы подобрать оптимальный режим работы оборудования, в том числе мощность лазера и скорость подачи сканирования.

Сегодня уже есть несколько компаний, применяющих численное моделирование при подготовке к печати. Так, своим опытом поделились эксперты из АО "ЦАТ". Компания использует CAE-технологии для подбора оптимальной ориентацию изделия по заданным приоритетам, получения доступа к базе данных материалов для аддитивного производства, подготовки изделия к печати и многого другого. В качестве одного из тестовых образцов компания взяла втулку закатки, состоящую из 2-х импортированных STL. Изначально в результате построения в стороннем ПО произошел отрыв изделия от поддерживающих структур. После этого компания использовала Ansys Additive Suite для проведения моделирования с максимальным повторением фактических дефектов печати. Кроме того, использовался Ansys SpaceClaim Additive Prep, позволивший оценить рекомендованные способы ориентации, а также выполнена термомеханическая задача в Workbench Additive Print.

Опытом использования новых методов топологической оптимизации и подходов к 3D-печати в промышленности также поделилась компания "Современное оборудование", выполнявшая проект для компании из сельскохозяйственной отрасли. Перед компанией стояли задачи создания конструкции с бионическим дизайном с сохранением высоких эксплуатационных качеств, сокращения количество конструктивных элементов, ускорения разработки новой продукции и производства. В качестве основной технологии производства была выбрана песчано-полимерная Binder Jetting. Ее особенность в том, что литьевая форма печатается без необходимости создания модельной оснастки. А на этапе эскизирования с помощью Ansys Discovery удавалось проводить анализ нескольких вариантов в кратчайшие сроки и получать до 1-2 промежуточных вариантов каждый день.

В рамках конференции эксперты также обсудили способы проектирования электрических машин и аккумуляторных батарей с помощью решений Ansys для задач в области электромагнетизма и особенности 3D-проектирования в режиме реального времени с помощью Ansys Discovery. Кроме того, были продемонстрированы особенности программных продуктов Ansys, Rocky DEM, Flownex SE и Particleworks для учебных организаций, программа лицензирования Ansys для стартапов и возможности облачных сервисов КАДФЕМ, в том числе CADFEM eLearning для дистанционного обучения.

www.cadfem-cis.ru