Агрозавод в 3D-формате

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.

 

 

— 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.

— 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.

— 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».

— 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