Будущее рядом: омские учёные реализуют идеи из киновселенной Марвел

Мы продолжаем рубрику «Будущее рядом» в которой рассказываем об омских учёных и их исследованиях. На очереди очередная подборка из четырёх прорывных исследований в области альтернативной энергетики, технологического инжиниринга, создания специальной одежды и разработки деталей для усовершенствования работы технических узлов. Кстати, обязательно почитайте нашу прошлую подборку, если не читали её до этого.

Время прочтения ≈ 12 минут

Все смотрели фильмы из вселенной Марвел? Даже если не смотрели, то какие-то элементы той вселенной вам точно известны: Железный Человек, Халк, Альтрон и т.д. Сегодня мы немного похулиганим (вновь) и попробуем провести параллели между разработками омских учёных и некоторыми элементами киновселенной. Надеемся, что получится. 

Эра Альтена*

Эра Альтэна могла бы выглядеть примерно так

Об альтернативной энергетике (*аббревиатура АльтЭн) в последнее время говорят много и часто: о том, как и из чего можно получать энергию, о том, что переход на возобновляемые источники жизненно необходим и о том, что за такой энергетикой будущее. Мы тоже писали про это материал, в котором говорили с Антоном Бубенчиковым о перспективных альтернативной энергетики в Омске. Но вот о том, как её (альтернативную энергетику) интегрировать в уже существующую энергетическую систему пока что не совсем понятно и говорят об этом явно меньше. 

Для начала важно понять, как же всё устроено. Тут стоит обратить внимание на то, что электричество в наши розетки попадает не напрямую с ТЭЦ/АЭС/ветряка/солнечной панели и т.д. Всё электричество, которое условно «добывается» всеми способами сначала попадает на рынок оптовых продаж электроэнергии, а уже оттуда, через посредников в виде энергосбытовых компаний попадает в наши с вами розетки. При этом заявки на генерацию электрической энергии формируются по часовым интервалам суток, не учитывая, например, погодных факторов. А теперь вспоминаем, что для стабильной работы, например, ветряной мельницы, нужен ветер. Если ветра нет – то нет электричества. А значит в единой системе наступает некоторая нестабильность, что чревато сбоями в подаче электроэнергии. Ну а чем плохи сбои в подаче электричества каждый из вас знает из личного опыта. 

Вот так выглядит примитивная схема поставок электричества

Так вот, получается, что существует проблема, связанная с тем, как интегрировать альтэн в существующие системы. Но решение есть. 

В Омском государственном техническом университете старший преподаватель кафедры «Информатика и вычислительная техника» Дмитрий Тюньков, старший преподаватель кафедры «Информатика и вычислительная техника» ОмГТУ, уже два года занимается исследованиями данной проблемы.

Дмитрий Тюньков

«Это необходимо с целью повышения точности прогноза выработки электроэнергии на солнечных электростанциях, что позволит более эффективно загружать ТЭЦ и газотурбинные станции для выработки электрической энергии, увеличив их экономическую эффективность за счет экономии топлива»

Для того чтобы можно было перестать компенсировать неопределенную выработку электрической энергии солнечными электростанциями увеличенной выработкой мощности на ТЭЦ, соответственно, и уменьшить излишки затрат топлива, необходимо, по словам автора, более точное прогнозирование вырабатываемой мощности на солнечных электростанциях.

Автор предполагает, что с увеличением точности прогнозирования, увеличенную выработку электроэнергии в регионах, где солнечные электростанции являются частью электроэнергетической системы можно будет сведена к минимуму, а значит – будут уменьшены и затраты на топливо. Для традиционных источников энергии может быть уменьшен и тариф на покупку электрической энергии энергосбытовыми предприятиями на оптовом рынке и мощности. Всё это в конечном итоге теоретически должно привести и к уменьшению тарифа для конечных пользователей.

Важно отметить, что прогностическая модель строится на базе нейронной сети, для которой входными данными служат различные климатические факторы: уровень осадков, видимость, облачность, температура окружающей среды и т.д. Возможно также использование информации о модулях солнечной электростанции, таких как угол наклона, угол поворот, температура модуля и т.д. Обучение нейронной сети производится на данных за 15 дней предшествующих прогнозируемому дню и данных за 15 дней прошлого года, начиная от дня и месяца прогнозируемой даты.

Исследованием Дмитрия уже заинтересовались две компании: «АвеларСолар Технолоджи» (дочерняя компания отечественного гиганта «Хевел») и казахстанская Группа компаний M-KAT. Но для каждого региона, по словам учёного, необходимо учесть конкретные условия, так как на разных территориях различные климатические факторы влияют на выработку электроэнергии по-разному. Поэтому для определенных регионов можно будет опустить некоторые факторы, тогда как для других они будут важны.

На данный момент Дмитрием уже построен прототип модели краткосрочного прогнозирования и ведется его доработка для уменьшения ошибки прогнозирования.

Е.Ц.К.О.Т.И.

Помимо Е.Ц.К.О.Т.И./П.Я.Т.Н.И.Ц.Ы. на ум приходит ещё и база Мстителей, на которой обучали новичков

Если помните, то в Мстителях была П.Я.Т.Н.И.Ц.А. – искусственный интеллект, созданный для управления костюмами Тони Старка (про костюмы мы тоже поговорим, но позже). Но то в кино, а в Омске реализуется амбициозный проект Единого центра компетенций в области технологического инжиниринга (сокращённо, по нашему мнению – Е.Ц.К.О.Т.И., потому что в этом есть что-то итальянское, а значит, деловое)

В чём суть проекта? В том, что современное производство требует современных решений. Нужны специалисты и методы, позволяющие штамповать листы железа по-умному, по-новому, в соответствии с духом эпохи, запросом рынка на технологичность и т.д. А потом эти листы нужно куда-то девать. И для того, чтобы решить все эти маленькие задачки нужен именно центр компетенций.

Руководит проектом Виталий Штеле, научный сотрудник НИЛ «Современные технологии обработки давлением», НОРЦ «Обработка металлов давлением и литейные технологии».

Виталий Штеле

Совсем недавно проект стал одним из победителей VI конкурса на поддержку студенческих проектов «Студенческие конструкторские бюро и студенческие научно-исследовательские лаборатории». Этот конкурс ежегодно проводится Омским политехом, его целями являются поддержка активных студентов, занимающихся научной и инновационной деятельностью, развитие их предпринимательского мышления, повышение уровня технологической готовности продукта или технологии, разрабатываемых в СКБ, СНИЛ и вне их. На развитие проекта бюро получит материальную поддержку в размере 700 000 рублей.

«Основная цель – это снижение издержек по запуску новых технологических процессов в производство. Это достигается путем глубокого внедрения имитационного моделирования в инжиниринг. Еще недавно создание цифровых двойников изделия казалось чем-то новым и сложным. Сейчас это становится стандартным способом решения технологических задач. Актуальным в настоящее время стало создание цифровых двойников целых производств»

Что касается тех, кому проект мог бы быть интересен, то тут можно выделить средний и крупный бизнес, для которых команда Е.Ц.К.О.Т.И. готова предоставлять инжиниринговые услуги во время пиковых нагрузок на соответствующие отделы предприятий. Это особенно актуально сейчас, когда предприятия получают нестандартные задачи по импортозамещению. Также деятельность проекта могла бы быть интересно для малого бизнеса, где проект мог бы выступать в качестве разработчика новых технологических процессов и усовершенствования действующих. Наконец, нельзя не упомянуть молодых ученых и инновационных предпринимателей, которые могут привлечь команду проекта к повышению уровня технологической готовности своего продукта, вплоть до запуска технологии в серийное производство.

«Из первой группы предприятий мы активно работаем с авиа- и ракетостроительными предприятиями в области импортозамещения и разработки новых технологий. Из второй группы у нас есть проекты в области горнодобывающей промышленности, лесопереработки, приборостроения и металлургии. По третьей группе мы активно работаем с MARS Bike и IconBio –стартапами, реализующимися в стенах ОмГТУ»

 

В планах у проекта регламентация и оцифровка наработок НОРЦ «Обработка металлов давлением и литейные технологии» и СКБ, а также запуск портала для работы с заказчиками, внедрение системы имитационного моделирования процессов листовой штамповки. В следующем году планируется внедрение моделирования технологических процессов литья пластмасс.

Стоит также отметить, что у команды проекта уже есть идеи по монетизации проекта: в оказание инжиниринговых услуг предприятиям, подготовка новых специалистов, сочетающих в себе технические и бизнес-компетенции, а также создание и развитие собственных продуктов.

Умный костюм для электрика: увидеть электродугу и не умереть

Примерно так могло бы выглядеть противостояние электрика и электрической дуги в недалёком будущем

Тут даже и комментарии излишние не нужны. Вспоминается, правда, не только костюм Тони Старка (его звали Mark), а ещё дюжина фантастических фильмов, в которых одежда обладала некоторым уровнем самостоятельности в принятии решений. Чего стоят одни только кроссовки Марти Макфлая из «Назад в будущее».

Вообще, исторически, человечество стремилось к тому, чтобы обезопасить тех людей, чьи профессии связаны с риском для жизни. Скафандры, бронежилеты и акваланги – это уже прошлый век. Сегодня костюмы должны быть «умными»: уметь анализировать данные, работать в связке со смартфонами, реагировать самостоятельно на внешние угрозы. Одной из таких угроз является возникновение электродуги – разновидности электрического разряда в газе.

Электродуга – это примерно вот так. Она способна нанести человеку серьёзные ожоги, а скорость явления настолько высока, что человеческой реакции просто недостаточно.

 

Для того, чтобы электродуга не стала последним, что увидит работник в своей жизни, есть три решения: отказаться от использования электричества (такой идеальный мир, где нет всего, что имеет опасность); отправлять всех электриков на курсы повышения квалификации с целью развития у них молниеносной реакции, которая позволит им мастерски укорачиваться от электродуги (можно назвать это «Курсы кобры и магнуста»); создать умный костюм, в котором решения будет принимать не человек, а электроника, например (если честно, то сама мысль о наличии таких костюмов для простых электриков, работающих на ЛЭП – воодушевляет). Согласитесь, что последний вариант звучит реалистичнее всего? Так решила и аспирантка Омского государственного технического университета Анны Радзевич, которая занимается разработкой умного костюма для защиты от электродуги под руководством заведующей кафедрой «Конструирование и технологии изделий легкой промышленности» Маргариты Чижик.

Умный костюм представляет собой комплекс изделий (одежда, обувь, средства индивидуальной защиты и другое), которые способны интерактивно взаимодействовать с человеком и окружающей средой. Задача костюма заключается в том, чтобы принимать сигналы, обрабатывать информацию и запускать ответную реакцию.

Создание умной одежды напрямую зависит от современных разработок в области цифровых технологий. Аспирантка планирует получить костюм, обладающий высокими защитными, гигиеническими и эргономическими свойствами. Разработка будет оснащена системой климат-контроля и будет способствовать защите человека от воздействий окружающей среды и производства. К тому же спецодежда сможет передавать данные о возможных неблагоприятных и негативных для человека факторах.

Анна Радзевич

«На текущий момент был проанализирован рынок производства защитного костюма, технология изготовления, используемые современные материалы и способы повышения защитных свойств. В настоящее время мы изучаем условия труда при выполнении сварочных работ, топографию воздействия опасных факторов и характер износа существующих образцов, физико-химические процессы при сварке и многое другое. Также мы разрабатываем базу функционально-конструктивных элементов и деталей изделия. Одними из основных факторов, на которые мы ориентируемся при разработке, – это доступность и возможность практической реализации проекта. При эффективном решении поставленных задач исследования планируется внедрение защитного костюма в реальное производство»

Существует ряд проблем в проектировании защитного костюма от электродуги, которые требуют решения непростых задач: конструктивные особенности, повышение износостойкости и защитных свойств материала при горении, плавлении, возможность передачи данных об опасностях и многое другое. Поэтому работа над защитой ведется комплексно: учитываются современные материалы и методы пропиток, которые обеспечивают защиту от горения и плавления, брызг и искр расплавленного металла, конструктивно-технологические решения изделия, внешние факторы окружающей среды и производства. В первую очередь костюм должен выполнять защиту от высоких или низких температур, последствий рабочих процессов, препятствовать образованию излишних складок и заломов, что планируется обеспечить за счет разработки его конструкции с учетом условий труда при выполнении работ с электродугой и применения новых разработок в области цифрового и бионического дизайна. А ещё там будет климат-контроль.

По словам Анны, разработка будет полезна для любого вида одежды специального назначения и в различных сферах, где потребуется защита человека от повышенных температур, ожогов, брызг металлов, электрического тока и электрических дуг. Способы защиты основываются на полученном опыте, и всегда возможны дальнейшие совершенствования и заимствования с целью получения своих собственных разработок средств индивидуальной защиты.

Цилиндро-поршневые уплотнения как залог долговечности машин

Долго думая над визуалом мы решили взять картинку из последней серии Мстителей, символизирующей важность качественной работы всей системы, в том числе и отдельных её деталей. Ну и у нас тоже тут близится финал статьи, так что логика понятна

Сначала на пальцах о том, что такое «цилиндро-поршневые уплотнения». На самом деле это очень просто: есть поршень, а есть цилиндр. Поршень опускается в цилиндр. Ну и вот где-то между этим всем стоит такая круглая «условная резинка», а точнее кольцо, а ещё точнее – цилиндро-поршневой уплотнитель. И эти уплотнители изнашиваются, что сказывается на работе поршня и цилиндра. 

Работа поршня. А то вдруг непонятно о чём речь

Решить задачку об износостойкости решил аспирант Омского государственного технического университета Роман Кобыльский. Молодой ученый занимается разработкой цилиндро-поршневых уплотнений под руководством профессора кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, доктора технических наук Владимира Юши.

Цилиндро-поршневые уплотнения – один из наиболее ответственных узлов поршневой ступени, который отвечает за производительность компрессорного агрегата. По словам аспиранта, существующие в настоящее время уплотнения не способны обеспечить качественную работу ступени – по истечении 2 тысяч часов они подлежат замене.

В исследуемой разработке планируется использование манжета в качестве цилиндро-поршневых уплотнений, которые способны обеспечить высокую герметичность рабочей камеры. Такое уплотнение сможет работать до 100 тысяч часов без замены в бессмазочных компрессорных ступенях среднего и высокого давления, в роли которой выступает тихоходная длинноходовая ступень, уникальная своими параметрами рабочего процесса и конструкцией.

Роман Кобыльский

«Мы исследуем работу манжетных уплотнений на тихоходных длинноходовых ступенях, экспериментальные стенды которые находится на кафедре «Холодильная и компрессорная техника и технология»

На данном этапе мы разработали и подготовили к проведению экспериментальных исследований усовершенствованную тихоходную длинноходовую ступень с двумя поршнями, движущимися навстречу друг к другу. Ступень позволит достичь намеченной цели – долговечности манжетных уплотнений. Далее мы планируем провести целый ряд экспериментов, используя манжетные уплотнения из разных материалов, и определить коэффициент трения, износ, количество циклов до разрушения, контактные напряжения и прочее. В исследовании приняли активное участие студенты кафедры, которые помогали в разработке и сборе функционирующего агрегата».

Исследование Романа применимо для ведущих организаций страны и научно-исследовательских центров, которые занимаются массовым производством компрессоров, работают без применения смазки. Особое значение разработка будет иметь для автономных объектов, на которых трудно либо нецелесообразно осуществлять ремонт изношенных сопряженных элементов.

От редакции

Напоминаем, что если Вам нравится «Трамплин» и то, что мы делаем, то можете поддержать проект. Это можно сделать буквально в пару кликов. Все подробности ниже.