Методы синтеза и предиктивного анализа гидромеханических триботронных систем с использованием машинного обучения

Научная идея проекта заключается в формировании методологического подхода, объединяющего принципы оптимального проектирования и предиктивной аналитики гидромеханических триботронных систем на основе совмещения модельно-ориентированного подхода и обработки больших объемов данных с целью поиска системных закономерностей и интерпретации полученных сведений для повышения эффективности функционирования разрабатываемых изделий на различных этапах жизненного цикла. Тенденции развития науки и техники в индустриальной сфере в значительной мере связаны с робототехникой, мехатронными и интеллектуальными технологиями. Отдельный акцент делается на совершенствовании методов конструирования и эксплуатации технических объектов на основе цифровых моделей, в том числе, с использованием алгоритмов машинного обучения. Современный уровень развития средств проектирования и контроля позволяет рассматривать роторно-опорные элементы машин как многокомпонентные триботронные системы, в которых на синергетическом уровне объединяются узлы трения, сенсорные и электронно-вычислительные средства для реализации функций автоматизированной диагностики и управления режимами работы. При создании триботронных устройств требуется совместно решать задачи оптимизации и прогнозирования их свойств с учетом влияния управляющих подсистем, что значительно повышает размерность решаемых задач синтеза и анализа. Решение подобных задач с использованием традиционных методов сталкивается с объективными трудностями их реализации, связанными со значительным уровнем неопределенности предъявляемых к триботронным объектам проектных критериев; вариабельности их свойств ввиду во многом недетерминированного характера управляющих воздействий; ростом требуемых объемов вычислений и невозможностью адаптации современных программно-аппаратных и вычислительных средств для решения задач управления в режиме реального времени. Наличие таких ограничений и составляет суть решаемой в настоящем проекте научной проблемы. Сложившаяся ситуация требует решения ряда взаимосвязанных задач по адаптации имеющегося методологического аппарата для реализации системного подхода по обеспечению взаимодействия элементов механики, триботехники, мехатроники, вычислительной математики и информатики при решении задач оптимального проектирования роторных систем с заданными свойствами, предиктивного анализа их параметров на этапе эксплуатации, а также создания основ комплексных экспертных систем по решению типовых задач данной области на основе методов машинного обучения. Результаты предлагаемого исследования должны стать теоретической и инструментальной основой прикладных научных исследований и разработок как традиционных, так и перспективных триботронных опор жидкостного трения, совмещающих функции автоматизированной диагностики и управления режимами работы. Создание нового методологического аппарата позволит обеспечить новый уровень комплексности рассмотрения перспективных изделий, значительно снизить время проектирования новых машин с новыми свойствами, и в том числе преодолеть в них за счет применения триботронного подхода имеющиеся технологические барьеры, связанные в первую очередь с комплексной динамической устойчивостью и энергетическими характеристиками роторно-опорных систем. Отдельный класс поставленных в проекте задач связан с предиктивной аналитикой опорных узлов роторных агрегатов, в которых интегрированы функции автоматизированного контроля и активного управления параметрами, что позволяет на информационном, аппаратном, алгоритмическом и программном уровне выполнить оценку работоспособности и остаточного ресурса изделий. Научная новизна предполагаемых результатов обусловлена формированием специализированной теоретической и методологической базы для решения многомерных задач оптимального синтеза и предиктивного анализа роторных систем с триботронными опорами жидкостного трения с учетом взаимного влияния структурных элементов и параметров физических процессов. В проекте будет разработан целый комплекс новых методов как для непосредственного проведения процедуры оптимального параметрического синтеза триботронных роторно-опорных систем, так и для обеспечения учета в таких процедурах особенностей триботронных опорных узлов, таких как особенности динамических процессов в условиях вариабельности параметров опор. Методы анализа динамического поведения ротора, идентификации нелинейных процессов в триботронных роторно-опорных системах, новые методы численного расчета сдвигово-напорных течений, а также методы синтеза оптимальных регуляторов будут построены с обширным использованием методов машинного обучения, что позволит обеспечить им новые свойства адаптивности, повысить точность и производительность. Новизна разрабатываемых методов решения задач оптимального синтеза и предиктивного анализа активных гидромеханических опор роторов будет строиться на объединении классических подходов к проектированию роторных систем с интеллектуальными методами учета адаптивных составляющих в триботронном варианте. При этом на основе анализа фундаментальных свойств протекающих в триботронных опорах процессов будут обоснованы необходимые усовершенствования в применяемых методах синтеза и анализа, а также принципы и механизмы совмещения модельно-ориентированного и основанного на данных подходов к дескриптивному и предиктивному анализу параметров и состояний триботронных узлов. На основе разработанных методов и предлагаемых подходов будет сформирован комплекс практических рекомендаций по применению созданного методологического аппарата для проведения прикладных научных исследований и разработок различных классов триботронных опор роторов.