Simulation numérique

Digital Twin

Pour décrire l’équipement et les processus physico-chimiques de la production métallurgique, les experts du Centre de recherche et de développement NLMK utilisent des technologies numériques de duplication. Elles permettent d’envisager différents scénarios pour l’introduction de nouveaux régimes technologiques en choisissant des paramètres optimaux et en menant des expériences dans le monde virtuel. Cela permet d’évaluer sans danger et rapidement les effets obtenus en cas d’introduction des solutions technologiques perspectives ou en cas de développement des processus technologiques existants.

Les doubles numériques sont également utilisés pour résoudre des problèmes actuels de production en temps réel — optimisation des processus pour réduire les frais énergétiques, augmenter la productivité, contrôler et réduire les émissions nocives, la logistique comme beaucoup d’autres.

Du point de vue de la mise en œuvre des logiciels, les doubles numériques réunissent diverses technologies, y compris les modèles mathématiques justifiés physiquement, l’intelligence artificielle, l’apprentissage machine, l’analytique prédictive et le «big data».

Les doubles numériques sont capables d’augmenter la stabilité d’exploitation ou de fonctionnement d’un objet réel — équipement, produits, composant d’un cycle de production.

Au cours du processus de développement, le double aidera à déterminer les tolérances et précisions probables des propriétés de l’objet pour assurer le travail sans défaillance au cours de toute la durée de vie prévue. Pendant l’exploitation à l’aide du double numérique on peut, par exemple, augmenter la précision du pronostic des défaillances et du diagnostic.

Ces solutions permettent d’optimiser les processus de production et la logistique.

Simulation informatique

Afin de développer le portefeuille de produits, les spécialistes du Centre de recherche et de développements du NLMK créent des modèles informatiques de haute précision justifiés physiquement qui augmentent l’efficacité aux différents niveaux : de l’optimisation de processus et de caractéristiques des matériaux jusqu’au développement de nouvelles nuances d’acier.

Les spécialistes du centre développent plusieurs types de modèles :

• Modèles 3D spatiaux. Ils permettent de décrire les processus stationnaires et non stationnaires de transformation chimique et de phases, par exemple la transition d’un métal liquide à un état solide. On les utilise pour déterminer l’état interne (thermique, contrainte, déformé) des matériaux dans les processus métallurgiques et pendant le traitement thermomécanique.
• Modèles thermodynamiques et thermocinétiques. On les utilise pour la simulation de transformations en phase solide et de l’évolution des microstructures pendant différents traitements thermomécaniques des aciers.
• Modèles empiriques. Ils sont basés sur les dépendances expérimentalement observées. Ces modèles permettent d’évaluer rapidement les propriétés finales du matériau, telles que la résistance mécanique de l’acier d’après la microstructure caractéristique.
• Modèles d’apprentissage machine. Ils permettent de trouver des corrélations latentes entre les paramètres du processus de production et la qualité du produit final. Ils sont généralement basés sur des lois statistiques et utilisent une grande quantité de données réelles de production. Un tel modèle est capable de créer un système d‘adoption des décisions pour choisir la composition chimique des brames et les paramètres de production pour garantir l’entrée dans les caractéristiques mécaniques nécessaires de laminage.

Une large gamme de produits logiciels modernes est utilisée pour créer ces modèles, par exemple Finite Element Analysis Systems, ANSYS et Abaqus, les programmes pour les calculs thermodynamiques ThermoCalc, FactSage et bien d’autres encore.