Виртуальная реальность

Виртуальная реальность

Испытание железнодорожной техники на 3D-полигоне
В зеркале модели

Испытание отдельных видов железнодорожной техники можно проводить посредством моделирования, что позволяет сократить как общую продолжительность испытательных процессов, так и финансовые затраты на их проведение.

В ОАО «ВНИИЖТ» в настоящее время разработан принцип формирования трёхмерного испытательного полигона железнодорожного транспорта с учётом необходимых параметров. Он является интерактивной моделью реального полигона – Экспериментального кольца в Щербинке. В нём учитываются новые условия развития автоматизации, предъявляющие более высокие требования к процессам моделирования.

Формирование виртуального полигона железнодорожного транспорта осуществляется в соответствии с двумя основными требованиями: возможностью проведения испытаний как на скорость, так и на грузонапряжённость испытуемых объектов, включая возможность проведения лабораторных исследований.

На данном этапе разработки 3D-модель Экспериментального кольца уже можно использовать для виртуальных экскурсий по испытательному полигону.

Для ознакомления с основными элементами инфраструктуры полигона в виртуальной экскурсии можно выбрать свой маршрут и «зайти» в несколько лабораторных корпусов, а именно: в копровую лабораторию, в здание групповой тормозной станции, в корпус рельсоиспытательной станции.

Сама модель способна отражать процесс испытания опытных объектов в зависимости от выбранного сценария. Анимация уже демонстрирует реальные процессы, происходящие на испытательных стендах, а в перспективе появится возможность проводить собственные испытания и по их результатам строить математические модели, предлагая обоснованные прогнозы и экспертные заключения по итогам проведённых испытаний.


Теория на практике

Конечное предназначение виртуального полигона заключается в возможности проведения испытаний опытных объектов железнодорожной техники в режиме моделирования.

Помимо сокращения расходов и времени проведения испытаний железнодорожной техники (или её отдельных элементов, например рельсов), целесообразность моделирования испытаний заключается также в переводе обработки и хранения результатов испытаний в автоматизированный режим.

Практическая ценность моделирования состоит в создании статических и динамических моделей опытной единицы железнодорожной техники.

Задачей создания статической модели является получение данных по распределению механических напряжений всей детали в целом на основе измерений механических напряжений в её отдельных точках. Статическая модель формируется в том числе и в зависимости от изменения внешних нагрузок в выбранных точках замера.

Целью создания динамической модели является моделирование движения поезда по железнодорожному пути за счёт проведения измерений в отдельных точках с распространением посредством расчётов зафиксированных значений на весь состав. Расчёт полученных параметров производится с учётом неровностей, колебаний и прочих внешних влияний.

Моделирование целесообразно применять для прогнозирования ресурса опытного объекта при проведении его усталостных испытаний.

Например, для получения сертификата соответствия новому рельсу при проведении циклических натурных испытаний в лабораторных условиях необходимо выдержать нагрузку на специальном оборудовании, равную 3 млн циклов. Моделирование сможет установить с определённой степенью вероятности поведение рельса при нагрузке, равной 10 млн циклов. Для этого нужна база статистических данных (коэффициенты, определённые значения требуемых величин и т.п.), полученная на основе замеров 3 млн циклов. Построенные на их основе цифровые модели позволяют с известной долей вероятности (или с заданной вероятностью) рассчитать, что будет с рельсом при нагрузке в 10 млн циклов.

Актуальна аналогичная задача и по расчёту наработки на отказ опытного объекта при 100 млн циклов или определении максимально возможного количества данных циклов, которое способен выдержать опытный объект. Экономия времени и материальных ресурсов при таком подходе очевидна.

Ещё одной задачей, решаемой при помощи моделирования, является прогноз схода или иного рода крушения подвижного состава при анализе аварийных ситуаций.


Горизонт ожидания

В перспективе 3D-модель должна поддерживать проведение испытаний полигонного и стационарного характера. Полигонные испытания (в динамике) – испытания на экспериментальных путях. Стационарные испытания (в лабораторных условиях) – испытания подвижного состава и его отдельных элементов в режиме статики.

В случае проведения на путях виртуального полигона сертификационных испытаний нового локомотива предлагается применение следующей схемы.
1-й этап: определение условий и скоростных параметров проведения экспериментов с целью обеспечения безопасности испытаний.
2-й этап: корректировка параметров проведения эксперимента с последующим моделированием процесса испытаний.
3-й этап: анализ полученных результатов, формирование экспертного заключения по результатам испытаний.

Наряду с разработкой новых технических решений для железнодорожного пути появляются и новые научные направления в исследовании поведения железнодорожного пути на участках значительной его протяжённости во взаимодействии с окружающей средой на всей территории пролегания.

Это научное направление предполагает изучение макротерриториальных деформаций пути вследствие длительного (по времени проезда по нему) воздействия длинносоставных тяжеловесных поездов.

Второе направление является следствием первого и заключается в разработке методов защиты окружающей среды от возможных техногенных катастроф, возникающих вследствие аварии подвижного состава. Как известно, кривые участки пути наиболее подвержены изменению геометрических форм из-за возникающего сопротивления (трения колеса подвижного состава о рельсы пути), в силу этого аварии поездов могут возникнуть именно в кривых участках пути по причине изменения их геометрических форм.

Решение задач по данным научным направлениям в перспективе предполагается именно на виртуальном 3D-полигоне.

Необходимо отметить, что стационарные испытательные полигоны не имеют технической возможности имитировать все условия реальной эксплуатации.

Принцип работы единого виртуального испытательного полигона заключает в себе:
• сбор данных о предназначении полигона железнодорожного транспорта;
• анализ всех видов испытаний, проводимых на Экспериментальном кольце;
• составление схемы проведения испытаний для каждого их вида;
• определение вариантов по формализации схем проведения испытаний.

При введении в программу виртуального полигона параметров местности, радиусов кривых, наличия прямых вставок, скорости движения и т.п., а также данных натурных испытаний на стендах с различными настройками (частота, усилия и т.д.) можно с высокой степенью точности спрогнозировать результаты эксперимента.

Для создания испытательных путей виртуального полигона с последующим проведением испытаний необходимо указать в программе наличие кривых с радиусом и прямых вставок. Это позволит дать более объективную оценку результатам испытаний. В перспективе планируется задавать уклоны для приближения испытательного процесса к реальным условиям эксплуатации.


Ближайшие перспективы

Одним из самых актуальных видов испытаний в сфере железнодорожного транспорта сегодня является испытание элементов верхнего строения пути. При задании определённого объёма тонно-километровой работы наблюдается износ стали с внутренней стороны головки, что характерно для условий реальной эксплуатации рельсов. Для достижения данного результата в натуре требуется достаточно длительное время – от 2 до 3 лет. Программа виртуального полигона может быстро рассчитать износ при задании определённых настроек.

На 1-м кольцевом пути движение организовано только для опытного пассажирского подвижного состава. По 2-му и 3-му путям должен следовать грузовой подвижной состав для анализа тонно-километровой работы. В настоящее время завершено строительство полигона конструкций путей безбалластного основания. В дальнейшем при развитии Экспериментального кольца на 2-м и 3-м кольцевых путях предлагается организовать полигоны испытаний опытных элементов по блокам: полигон испытаний рельсов, полигон испытаний шпал, полигон испытаний рельсовых скреплений и т.п.

Благодаря созданию прототипа 3D-модели Экспериментального кольца в ОАО «ВНИИЖТ» в дальнейшем планируется демонстрировать все протекающие испытательные процессы.

В настоящее время в институте ведутся работы по созданию трёхмерных моделей испытательных стендов и некоторых испытательных процессов на них. В модели реализована возможность движения опытного подвижного состава по 1-му пути. Предусматривается возможность посегментной замены верхнего строения пути.

Создана эквидистантная (на 360 градусов) панорама 3D-модели полигона. Использование данного типа панорамы снижает требования к вычислительной мощности компьютера и делает навигацию в трёхмерном пространстве более удобной.

При разработке 3D-экстерьера Экспериментального кольца в качестве дополнительного продукта создана интерактивная схема полигона с обрисовкой контуров по объектам инфраструктуры. Просмотреть схему можно по адресу: http://intranet.vniizht.ru/RailCircleScheme/. На её базе планируется разработка геоинформационной системы ЭК ВНИИЖТа с последующим хранением, отображением и анализом информации. На завершающей стадии проекта планируется моделирование испытательных процессов на полигоне.
Досье локомотивов
Олег Харин, директор Центра технологических информационных систем ВНИИЖТа,

Цифровые технологические платформы как основной инструмент цифровизации РЖД

Рубрики: IT-технологии
Развязать узел
Александр Борейко, генеральный директор ООО «Интеллектуальные транспортные технологии»,
Сергей Кокин, генеральный директор АО «Арктический транспортно-промышленный узел»,
Марина Крекова, заведующая кафедрой «Управление персоналом» ФГБОУ ВО «Московский политехнический университет» (Политех),

Цифровой подход: актуальные проблемы и современные технологии для их решения

Рубрики: IT-технологии
Обеспечили транспортом

В программу «Цифровая экономика» включат новое направление

Рубрики: IT-технологии
Революция № 4

Блокчейн обеспечивает доверие участников процесса друг к другу

Рубрики: IT-технологии
Цифровая революция

Беспилотные поезда сэкономят человеческие и материальные ресурсы

Рубрики: IT-технологии

Библиотека Руководителя

Метод McKinsey. Как решить любую проблему
Итан М. Расиел
«Метод McKinsey. Как решить любую проблему». «Альпина Паблишер», 2017 год
Победи прокрастинацию! Как перестать откладывать дела на завтра
Пётр Людвиг
«Победи прокрастинацию! Как перестать откладывать дела на завтра». «Альпина Паблишер», 2018 год
Стратегический менеджмент по Котлеру: Лучшие приёмы и метод
Филип Котлер, Роланд Бергер, Нильс Бикхофф
«Стратегический менеджмент по Котлеру: Лучшие приёмы и метод». Издательство «Альпина Паблишер», 2017 год
Автором и владельцем сайта WWW.GUDOK.RU © является АО «Издательский дом «Гудок».
Пожалуйста, ВНИМАТЕЛЬНО прочитайте Правила использования материалов нашего ресурса

Адрес редакции: 105066, Москва, ул. Старая Басманная, 38/2, строение 3
Телефоны: (499) 262-15-56, (499) 262-26-53 Реклама: (499) 753-49-53
E-mail: gudok@css-rzd.ru; welcome@gudok.ru
о проекте условия использования контакты

Rambler's Top100