يعمل فريق من العلماء من مركز اختبار الاهتزازات ومراقبة سلامة الهياكل في جامعة جنوب الأورال الحكومية على تطوير شبكة عصبية قادرة على التنبؤ الفوري «بإجهاد» المعادن ومنع الحوادث الصناعية.
في إطار سلسلة من المنح المقدمة من المؤسسة الروسية للعلوم، يتعاون فريق بحثي بقيادة دكتور العلوم الهندسية أليكسي إربالوف، نائب مدير مركز اختبار الاهتزازات ومراقبة سلامة الهياكل، والأستاذ المشارك في «قسم هندسة الطائرات»، بشكل فعّال مع شركاء صناعيين لإنشاء برنامج فريد من نوعه. يهدف المشروع بشكل أساسي إلى تزويد المهندسين بأداة قادرة على التنبؤ بعمر إجهاد الهياكل المعدنية في جزء من الثانية.
يرتكز التطوير على استخدام الشبكات العصبية الهجينة للاستغناء عن الحاجة إلى النمذجة الميكانيكية التقليدية التي تستغرق وقتًا طويلاً للغاية. فبينما يتطلب النهج التقليدي من المهندسين انتظار نتائج حسابات عددية معقدة، يُنتج النظام الجديد، المُدرَّب على بيانات ميكانيكا الكسر المُوثَّقة، تنبؤًا فوريًا تقريبًا.
«أوضح أليكسي فيكتوروفيتش قائلاً: نحن لا نحسّن الدقة فحسب، بل نحقق السرعة. يتطلب إيقاع الحياة والتطور الصناعي اليوم سرعة فائقة. يجب إنجاز كل شيء بسرعة وكفاءة عاليتين. على سبيل المثال، قد يقوم مهندس التصميم بتغيير دعامة أو إضافة صلابة، ويرغب فوراً في فهم تأثير ذلك على متانة الهيكل. سيقدم نموذجنا إجابةً، حتى في حال كانت الأحمال عشوائية وغير ثابتة، مثل اهتزازات المركبات على أنواع مختلفة من أسطح الطرق».
على الرغم من التركيز على السرعة، تظل دقة التنبؤات عالية، إذ تتراوح بين 95% و99% تقريبًا، وهي نسبة مماثلة للطرق التقليدية ولكنها أسرع بكثير. ومن السمات المميزة لهذا النهج تركيزه على الهياكل واسعة النطاق المصنوعة من مواد متجانسة الخواص (كالفولاذ وسبائك الألومنيوم) دون مكونات ملحومة، والتي تعمل في ظروف إجهاد دوري عالٍ لسنوات.
يُقدم هذا التطوير مجالين تطبيقيين استراتيجيين هامين للصناعة:
• التصميم: تسريع عمل المصممين، مما يسمح بالتقييم السريع لتأثير تغييرات هندسة المكونات على قوتها دون الحاجة إلى متخصصين لإجراء حسابات معقدة.
• المراقبة الآنية: إنشاء توائم رقمية للمعدات (مثل مصانع الدرفلة) للانتقال من الصيانة الدورية إلى الصيانة القائمة على الحالة. سيتمكن النظام من تحليل الشذوذات والاهتزازات الحالية والتنبؤ بالعمر التشغيلي المتبقي، مما يمنع الأعطال غير المتوقعة.
يُنفَّذ المشروع بدعم من برنامج منح «خطوة نحو المستقبل» الذي يحمل اسم ف. ب. خريستينكو، ويتميز بطابعه العملي. ويتعاون الفريق حاليًا بشكل وثيق مع شركات في منطقة تشيليابينسك، بما في ذلك مصانع ماغنيتوغورسك للحديد والصلب، وسيفيرستال، و مصنع أورال للسيارات. ووفقًا لأليكسي إربالوف، لا يوجد نظام مماثل جاهز ومتاح للجمهور، سواء في روسيا أو خارجها.
سيُسفر المشروع عن تسجيل برنامج حاسوبي (RID)، سيكون متاحًا في البداية لمهندسي التصميم لخفض التكاليف وتسريع إنتاج منتجات الهندسة الميكانيكية المعقدة. وتشمل الخطط المستقبلية توسيع نطاق المعايير المدروسة، بما في ذلك تأثير التآكل والبنية المجهرية للمواد.
يُنفَّذ المشروع في إطار برنامج منح «خطوة نحو المستقبل» الذي يحمل اسم ف. ب. خريستينكو، والذي يوفر دعمًا ماليًا سنويًا لبرنامج تطوير الجامعة ضمن برنامج «الأولوية - 2030». تُقدَّم المنح للبحوث المتقدمة، وتنمية الكفاءات، وتنفيذ برامج تعليمية فريدة (مكونات) تُسهم في تطوير جامعة جنوب الاورال الحكومية ومنطقة تشيليابينسك.