Агрозавод в 3D-формате. Челябинские ученые создали механизм применения технологии трехмерного моделирования для АПК

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 Челябинске III Всероссийском техническом форуме, вызвал огромный интерес.

Как работает эта инновационная система и что она может дать нашему АПК? Это и стало главной темой разговора со старшим преподавателем кафедры прикладной механики Южно-Уральского 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, 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 трудности, поэтому приобрели лицензии российских программ. Однако они носили слишком «универсальный» характер, и нам пришлось их адаптировать для сельхозмашиностроения.

Сквозная 3D-технология— это разработка двух российских компаний — московско-санкт-петербургской «АСКОН» и НТЦ АПМ, расположенной в «космическом» городе Королеве. Они, будучи резидентами «Сколково», разработали программные продукты для отечественного машиностроения.

К примеру, компания «АСКОН» создала систему CALS — непрерывной информационной поддержки жизненного цикла продукции. Поначалу она предназначалась для военных нужд, но распространилась на другие сферы и на весь рабочий цикл продукта, от маркетинга до утилизации.

А партнер «АСКОНа», компания АПМ, разработала систему инженерных расчетов, позволяющих оценивать прочность и надежность изделий на этапе проектирования. НТЦ АПМ тесно сотрудничает с «Росатомом» и ведет разработки для атомной промышленности.



Вошли «в матрицу»

— Но как совместить такую «матрицу» со специфическими особенностями аграрного машиностроения?

— Для гражданской сферы была выработана концепция Рroduct Life Маnagement —  «управление жизненным циклом изделия». У этой технологии три программные 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 студенту. Правда, «написать» управляющие программы для станков с ЧПУ мы сами пока не можем, это следующий этап.

«Полевые» IT-проекты

— Что реально дает сквозная 3D-технология? Какие «полевые» проекты позволила запустить?

— Пожалуй, самый крупный 3D-проект — протравливатель зерна, который сконструировали наши студенты Виталий Мухамадиев, Алексей Бегман и Кристина Пушкарева. Они создали компьютерную трехмерную модель машины, в мастерских НИИ автоматизации и механизации нашего вуза изготовили опытный образец. Протравливатель успешно прошел испытания и уже запущен в производство.

Другой наш студент, Алексей Курчин, с помощью 3D-технологии и системы APM WinMachine разработал модель особо прочного плуга для трактора Т-150. Он рассчитал нагрузки на раму и оценил долговечность конструкции, возможные причины износа.

А другой наш выпускник, Павел Самойловских, разработал модель роторного плуга, ширина захвата которого регулируется в зависимости от сопротивления почвы. Если почва тяжелая, захват можно уменьшить с помощью винтового механизма изменения геометрии рамы. Кроме того, Павел заменил ременной привод, который быстро изнашивался, 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?

— Есть примеры. Наш студент Евгений Булаев с напарником Максимом Неустроевым озаботились проблемой очистки молокопроводов на 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. 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. А задняя крышка открывается с помощью гидравлики. Трактористу не нужно насыпать корм вручную, это сделает за него автоматика. Я 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. Добавлю, что в компьютерном моделировании АПК мы во многом обогнали французов.

Учить 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, используя компьютерную модель, сконструировал инновационный мембранно-клапанный пульсатор доильного аппарата. Животноводы часто сетуют, что серийные аппараты быстро 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 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 бункера для хранения зерна. Оказалось, что давление на стенки распределяется неравномерно. Разбив бункер на секции с разной толщиной стенок, Гаспар добился солидной экономии металла.

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 2017 года сократило 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 набор и вовсе прекращен! Кто будет конструировать сельхозмашины завтрашнего дня?