Искин, нарисуй мне шину: компьютерная система T-MODE – основа проектирования шин Toyo

Еще совсем недавно даже упоминание об искусственном интеллекте воспринималось как прерогатива научных фантастов и футурологов: где-то там, в далекой галактике, искины управляют звездолетами и могучими боевыми станциями. Интересно, но нереально. Но прошло не так уж много времени, и пожалуйста – технологии искусственного интеллекта участвуют в таком приземленном процессе, как разработка и изготовление автомобильных шин.

 

Партнерский материал

Казалось бы, что такого принципиально нового может произойти в шинной промышленности? Все важнейшие технические решения такого серьезного изделия, как автомобильная шина, сложились еще в середине прошлого века. Да, на выставках красуются образцы безвоздушных шин, но до их серийного воплощения пока что как до Марса. Из относительно свежих новаций достойна упоминания разве что технология RunFlat, избавляющая от необходимости возить с собой запасное колесо, но и она не стала достаточно массовой по причине дороговизны. Но, естественно, конструкторы и технологи продолжают совершенствовать шины: колдуют с составом резиновой смеси, мудрят с рисунком протектора… Но, похоже, цифровая эпоха вносит свои коррективы.

Как еще до недавнего времени происходил процесс создания нового изделия, неважно, будь то самолет, двигатель, магнитофон, авторучка или автомобильная шина? Сначала возникает некая идея. Выставляются параметры, которые конструкторы хотят получить. Затем наступает очередь расчетов (и не так уж важно, что коллективы расчетчиков с логарифмическими линейками сменили ровные ряды шкафов ЭВМ). Следом за дело берутся чертежники (и опять же, неважно, что кульманы с листами ватмана сменились дисплеями систем CAD и плоттерами). Рабочие чертежи поступают на опытное производство, по ним изготавливаются первые образцы. Нередко для изготовления образцов сначала нужно сделать соответствующую оснастку… Наконец, образцы поступают на испытания. В ходе испытаний измеряются основные параметры, сравниваются с показателями, которые изначально хотели получить… и, как правило, цикл, начиная с этапа расчетов, приходится повторить, и зачастую – не один раз. Любое конструирование – это огромный труд множества людей, и огромные затраты ресурсов и денег. Но в последнее время многое в этом процессе начинает меняться: целый ряд этапов можно слить воедино или просто пропустить, используя методы математического моделирования. Прогресс не обошел стороной и шинную отрасль, и одним из лидеров внедрения компьютерных методов стала японская марка Toyo Tires. Конечно же, произошло это далеко не вчера и совсем не внезапно. 

Еще на рубеже веков, в 2000-м году, специалисты Toyo Tires объединили две технологии моделирования с использованием суперкомпьютеров. Первая получила название «Tire Simulation». Она основывалась на математической модели, воспроизводящей движение шины в процессе эксплуатации. Работа с этой моделью обеспечивала конструкторов результатами, пригодными для дальнейшего структурного анализа, и позволяла прогнозировать характеристики новой продукции. Вторую технологию назвали «Driving Simulation»: она дала возможность вводить в модель информацию о различных марках автомобилей, количестве пассажиров, нагрузке, манере вождения и других параметрах, оценивая то, как движение автомобилей влияет на шины. Получилась базовая технология разработки, которую назвали T-mode. Она позволила серьезно сократить время разработки новых шин: ведь теперь можно было сначала вносить изменения в модель, досконально испытывать изделие виртуально и лишь потом тратить время и деньги на изготовление оснастки и испытание реальных образцов. Естественно, в течение всех этих лет совершенствовались и сами математические модели, и методы работы с ними, да и компьютеры становились все мощней. И, наконец, 9 июля прошлого 2019 года президент Toyo Tire Corporation Такаси Симидзу объявил, что компания внедряет новую технологию, построенную на базе T-mode и представляющую собой объединение подходов CAE (то есть Computer Aided Engineering, в переводе – автоматизированное проектирование) с технологиями искусственного интеллекта. Ну а чтобы подчеркнуть, с одной стороны, преемственность новой технологии с уже существующей, а с другой – ее возросшие возможности, все буквы в названии сделали заглавными. Так технология T-mode превратилась в T-MODE. 

Ну а главным инструментом объединения уже реализованных систем стало внедрение модуля SPDM, Simulation Process and Data Management, то есть управления процессом и данными моделирования. Так что же это такое, как это работает и чем T-MODE заглавными буквами лучше T-mode со строчными? В рамках традиционного подхода данные, получаемые разработчиком в процессе моделирования, обрабатываются только им самим. В новой системе все результаты автоматически сохраняются на сервере коллективного доступа и могут быть использованы другими разработчиками, работающими над другими моделями и задачами, причем в режиме реального времени. Это, конечно, важно – но все-таки не является самым главным. Куда важней интеграция систем искусственного интеллекта, способных решать так называемые «обратные задачи», причем имея способность к самообучению и все более точному моделированию. Чтобы понять, что такое «обратная задача», давайте посмотрим, какова была последовательность операций в системе T-mode: определение технических условий на проектирование, затем моделирование и, наконец, получение значений рабочих характеристик. Если полученные значения характеристик не соответствовали заданным требованиям, технические условия пересматривались, и моделирование повторялось. Технологии искусственного интеллекта позволяют получить расчетные данные для конструкций, форм и рисунков протектора, которые в итоге дадут возможность получить шину с заданными характеристиками. То есть на входе – размерность шины, некий набор моделей автомобилей, для которых она предназначена, физические характеристики, такие, как жесткость протектора или профиль, ну и ряд других параметров. На выходе имеем расчетные значения параметров, пригодных для испытания на стенде, включая потерю энергии (сопротивление качению) и максимальную нагрузку (характеристики торможения), рассчитанные в процессе моделирования. Роль SPDM заключается в центральном управлении вводом и выводом и объединение всей работы в единый процесс.. 

При этом в компании разработали модели, описывающие взаимодействие шины с различными поверхностями, например, со снегом. Такие технологии позволяют в режиме реального времени прогнозировать поведение шины на снегу и оценивать силы трения между снегом и резиной в условиях нагрузок и скоростей, соответствующих условиям использования реального автомобиля. При этом снег – это очень сложная среда для моделирования ее взаимодействия с шиной в пятне контакта. Нужно учесть массу параметров, включая размер частиц снега, плотность и содержание воды… К тому же очень важно, что эта технология позволяет визуально оценивать характеристики шины, которые трудно измерить в ходе эксперимента. В частности, количественно оценить то, как деформируется шина и как распределяется давление в пятне контакта на скорости выше 100 км/ч, очень сложно даже при помощи самых современных датчиков. Однако при помощи моделирования в режиме реального времени вполне можно воспроизвести и измерить изменение формы и распределение давления в пятне контакта, а также другие факторы, и все это в условиях движения на высокой скорости. С учетом того, что технология T-MODE разрешает опустить изготовление форм для вулканизации опытных образцов, в компании надеются, что она позволит серьезно сократить время на разработку как шипованных, так и фрикционных зимних шин, которые так важны на европейских рынках.

Наконец, специалисты Toyo включили в систему T-MODE еще один весьма интересный блок – возможность моделирования и виртуального исследования аэродинамических характеристик шин. Эта технология получила название «Mobility Aerodynamics». Тема аэродинамики шин последнее время привлекает все большее внимание. С одной стороны, оказалось, что воздушные потоки, образуемые вращающейся шиной, вступают в весьма сложное взаимодействие с воздушными потоками, обтекающими кузов движущегося автомобиля, и могут вносить серьезный вклад в общее сопротивление движению, а значит, существенным образом влиять на расход горючего. При этом уровень моделирования не имеет аналогов в шинной отрасли: конструкторы используют реальные варианты рисунков протектора, сопоставляя условия эксплуатации шин во время движения автомобиля (прежде всего, нагрузки на шины и скорости транспортного средства) с характеристиками различных колесных дисков и кузовов автомобилей, предварительно определив, как именно меняется форма шин во время движения. Все это позволяет надеяться, что оптимизация аэродинамических параметров позволит разработать новые, особо экономичные модели шин, и это очень важно не только для традиционных автомобилей с ДВС, но и для транспорта на электротяге. Ведь, разрабатывая «электрички», конструкторы ведут настоящий бой за каждый джоуль энергии, нужной для движения, и за каждый километр хода на одной зарядке. 

В целом в компании уверены, что система T-MODE со всеми своими компонентами станет надежной основой для дальнейшего прогресса, ведь она почти в 4 раза увеличивает эффективность процесса разработки новых шин.  

 

Добавить комментарий

Для комментирования вам необходимо авторизоваться

Добавить комментарий

Комментарий отправлен
0 комментариев

Новые статьи

Популярные тест-драйвы

Change privacy settings