Ученые НГУ разработали концепцию цифровых паспортов материалов и создают ПО для их наполнения

Концепция цифрового паспорта материала (ЦПМ) была разработана Центром компетенций НТИ по Новым функциональным материалам на базе Новосибирского государственного университета совместно с инжиниринговым центром «ИК ЦТО».

Цифровой паспорт материала (ЦПМ) — набор данных о материале, гарантирующий его точное воспроизведение и достаточный для его применения в изделии.

Цифровой паспорт материала можно создать для любого материала, которому найдено полезное применение: для керамики, стекла, металлов, полимеров, композитных материалов и других классов материалов и веществ. Потенциальное количество цифровых паспортов ограничено только количеством материалов, применяемых в промышленности, а их тысячи.

Фото - nsu.ru

ЦПМ нужны для стандартизации хранения и представления данных о материалах на государственном уровне в России. В этом заключается основная идея и основное отличие от уже существующих в мире баз данных материалов. Подобная стандартизация позволит инженерам и конструкторам в разных организациях применять ЦПМ с минимальными требованиями к испытаниям материалов и с максимальной уверенностью в надежности данных. Также у ЦПМ может быть применение в разработке и поиске новых материалов – стандартизация поможет в анализе баз данных с помощью различных алгоритмов для предсказания свойств материалов.

В цифровом паспорте материала должна отражаться известная точная технология изготовления материала. Она может содержаться в ЦПМ явно или находиться в собственности компании производителя, который предоставляет гарантии. За материалом, получившим ЦПМ, должен производиться контроль – должно быть известно состояние поставки материала, произведены проверки с помощью телеметрии на производстве, тестирование, неразрушающий контроль. Кроме того, в ЦПМ необходимо обозначить область применения и четко определить те свойства материала, которые необходимо знать, чтобы применить его в выбранной области. Например, для авиационных композитов важным требованием является наличие специальной квалификации материала – проверки различных видов укладок на прочность при разных условиях эксплуатации.

— Цифровой паспорт материала необходим, в первую очередь, для промышленных отраслей, где встречается дублирование дорогостоящих и затратных по времени испытаний, где важна уверенность в повторяемости данных и в свойствах материала. Это наиболее критично для композиционных материалов в авиационной отрасли. Поэтому первые материалы, для которых разрабатываются цифровые паспорта, — это именно авиационные композиты. Критерии для стандартизации здесь — полнота данных и согласование достаточности этих данных со стороны авиационных конструкторских бюро. Нужно определять область применения ЦПМ и, исходя из нее, назначать критерии для стандартизации. Критериями могут служить наличие данных о производителях, гарантирующих повторяемость свойств материала или наличие полных данных о технологии изготовления и составе материала; наличие полных данных о физико-механических или физико-химических свойствах; наличие полных данных об эксплуатационных характеристиках; наличие данных для неразрушающего контроля; наличие информации о способах утилизации материала и другое, — объяснил руководитель проекта Дмитрий Глуздов.

Время, необходимое на разработку ЦПМ для разных областей, может различаться. Например, для специальной квалификации композитных материалов в области авиации необходимы длительные проверки на усталостную долговечность. В таком случае процесс создания цифрового паспорта на один материал может растянуться на многие месяцы и годы. Но во многих сферах нет требований к усталостным испытаниям материалов, и создание ЦПМ для материала с уже известными свойствами может занять считанные дни или недели, а в отдельных случаях проходить автоматизировано.

— Самая главная сложность в составлении ЦПМ состоит в количестве данных, которое необходимо получить и проанализировать. Материаловедение – это междисциплинарный раздел науки, включающий в себя элементы прикладной физики и химии, а также химической, механической, гражданской и электротехнической инженерии. Чтобы удовлетворить запросы всех, заинтересованных в применении ЦПМ, необходимо включать в них знания разработчиков материалов, производителей, технологов, конструкторов, инженеров, химиков, испытателей, а также учитывать интересы закупщиков, менеджеров и т.д. Следует собрать всю необходимую информацию и представить ее в удобной для всех форме. Также стоит обратить внимание на сложности разработки соответствующего для этих целей программного обеспечения. Существуют экономические, бюрократические, юридические и кадровые препятствия, мешающие разработке качественной платформы. Для разрешения таких препятствий необходима консолидация российских коллективов разработчиков, правительственных институтов и имеющихся ресурсов. Необходима активная поддержка на государственном уровне, своевременное и оперативное принятие решений, — рассказал Дмитрий Глуздов.

Пользователями цифровых паспортов материалов станут разработчики, производители и испытатели, заинтересованные в представлении данных о материалах, а также конструкторы и инженеры, которые намерены использовать материалы для создания изделий и конструкций. Ярким примером пользователей ЦПМ являются авиационные конструкторские бюро, которым необходимо сокращать сроки разработок новых конструкций и снижать издержки на повторные испытания материалов, конструкций и корректировочные расчеты.

— Составлять и проверять цифровые паспорта материалов должны профессионалы из областей физики, химии и инженерии, поэтому база данных ЦПМ разрабатывается с упором в первую очередь на удобство ее заполнения. Каждый специалист будет отвечать за свою часть работы на разных этапах составления ЦПМ. Существенную часть работы будут выполнять Центры компетенций НТИ, в которых разработчики будут трудиться над оформлением множества паспортов востребованных и новых материалов, а также работать над коммерческой привлекательностью единой материаловедческой платформы, — уточнил Дмитрий Глуздов.

ЦПМ планируется разрабатывать и размещать в единой базе данных при помощи программного комплекса, создаваемого в рамках проекта «Разработка концепции, прототипа и программных комплексов «Цифровой паспорт материала» и «Управление жизненным циклом системы материал-конструкция с заданными свойствами». Проект выполняется в ЦК НТИ НГУ «ЦНФМ» в рамках Дорожной карты развития ВТН «Технологии новых материалов и веществ». Разработкой занимается НГУ, компания ИК ЦТО, Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Московский физико-технический институт, Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики имени Н. Л. Духова.

В дальнейшем рассматривается возможность интегрирования данных разработок с единой платформой цифрового материаловедения, разрабатываемой Центром компетенций НТИ "Цифровое материаловедение" МГТУ им. Н. Э. Баумана (https://nauka.tass.ru/nauka/20777405).

Источник: Пресс-служба НГУ