Цифровой двойник Атома: как процесс симуляции меняет профессию инженера

Привет, меня зовут Андрей, я занимаюсь виртуальными расчетами прочности и жесткости для Атома.

Моя задача — сделать электромобиль максимально надежным, комфортным и долговечным, и сейчас я расскажу как делаю это с помощью компьютерного моделирования (CAE).

Самый ценный объект в отделе расчетов прочности сегодня — это цифровой двойник. Виртуальный клон автомобиля, который ломают, давят и испытывают тысячи раз, не потратив ни грамма металла. 

Почему без него невозможно построить ни один электромобиль — рассказываю изнутри.

Начнем! 

От молотка — к алгоритму

Раньше интуиция инженера проверялась на железе. Создавали прототип детали или конструкции, проводили физические испытания, дорабатывали… и так по кругу. Запас прочности был синонимом перестраховки и лишнего веса. Сегодня все иначе.

Мой главный инструмент — не калькулятор и не набор ключей, а мощная рабочая станция, которая моделирует поведение будущего электромобиля Атом в различных условиях. Это не просто 3D-модель. Это точная копия автомобиля, знающая все: от геометрии каждой детали до характера сварного шва и свойств каждого компонента. На базе огромного количества данных создается расчетная модель. Этой модели я могу «задать все законы физики» и начать экспериментировать.

Что происходит внутри симуляции?

Представьте, что у вас есть машина, которую можно испытывать бесконечно. Вы можете ее бить, ломать, разгонять до предельных скоростей и так далее. CAE-анализ покажет, какие последствия для автомобиля возможны в каждом конкретном случае и укажет на слабые места.

·   Усталость металла? Цифровой двойник проезжает тысячи километров по виртуальным дорогам с выбоинами, рельсами и бордюрами. Алгоритмы отслеживают, в каком болте через 10 лет появится микротрещина, и предлагают усилить именно это, а не соседнее, уже прочное соединение. Это и есть точный, а не интуитивный запас прочности.

·   Новые враги — тишина и вес. В электромобиле нет рева двигателя, маскирующего посторонние звуки, как в автомобиле с ДВС. Поэтому я нагружаю модель вибрациями от мотора и дороги и ищу резонансные частоты, на которых элементы кузова могут начать «дребезжать» и разрушаться через какое-то время. А огромная масса батареи заставляет по-новому распределять нагрузки — оценивать как прогибаются силовые элементы в основании кузова, и усиливать именно их.

Компромисс, рожденный в цифре

Главная дилемма инженера-прочниста — конфликт между массой и надежностью. Лишний килограмм — это потерянные километры запаса хода для электромобиля. Цифровой двойник позволяет вести борьбу за каждый грамм.

Приведу пример. Допустим, что мы видим на цветной карте напряжений (где красный цвет — критические зоны, синий — зоны, подвергающиеся наименьшим нагрузкам), что 80% материала в некоторой детали работает вхолостую. Значит, можно сделать ее легче, перфорировать, уменьшить толщину или заменить марку материала, получая при этом минимальные потери в прочности, но выигрывая в весе, запасе хода и стоимости. Это и есть оптимизация, которая невозможна без точного цифрового инструмента.

Концепция Атома подразумевает отсутствие средней стойки в дверном проеме и распашные двери. Для того, чтобы реализовать это решение, потребовалось провести большую работу над прочностью и жесткостью кузова и самих дверей.

В процессе оптимизации конструкции было принято решение об использовании высокопрочной стали для основных несущих элементов, чтобы обеспечить достижение целевых показателей и при этом минимизировать увеличение веса. Был проведен тщательный анализ всех узлов и самого электромобиля в сборе, выполнено огромное количество различных виртуальных расчетов. В результате после серии реальных физических испытаний инженерные решения, принятые на этапе проектирования, показали себя с наилучшей стороны. Электромобиль успешно прошел весь цикл испытаний и подтвердил высокий уровень надежности и безопасности.

Для хорошего инженера очень важно пройти весь цикл от разработки до запуска серийного производства: это дает более глубокое понимание процессов проектирования, изготовления, эксплуатации электромобиля и т.д. Не каждая компания может предоставить такой шанс. В Атоме каждый сотрудник имеет возможность участвовать в любом этапе жизненного цикла электромобиля, что стимулирует быстрое развитие компетенций и получение уникального опыта. 

Не инженер, а исследователь

Профессия инженера радикально меняется. Если раньше я был тем, кто хорошо знает сопромат и решает задачи прочности через решение уравнений, то теперь я — проводник и «интерпретатор» данных. 

На основе большого опыта всех членов команды, занимающихся разработкой Атома, передо мной ставится ряд вопросов: «что будет, если здесь заменить материал?», «как поведет себя эта конструкция при -30°C после пробега в 300 тыс. км?» и т.д. После декомпозиции каждого запроса я задаю цифровому двойнику исходные данные (нагрузки, закрепления и т.д.), моделируя различные ситуации. Моя экспертиза нужна, чтобы правильно поставить задачу, оценить результат и определить наиболее оптимальное конструктивное решение.

В результате электромобиль Атом получает ускорение инноваций, более предсказуемое обслуживание, повышенную безопасность и надежность, и конкурентное преимущество на рынке электромобилей.