ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.9; 621.927.7; 621.951.4; 553.179; 519.876.5
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-1-60-68
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Современная степень цифровизации проведения геологоразведочных работ, обустройства и эксплуатации скважин на разведанных месторождениях, а также изготовления деталей высокотехнологичной техники в металлообработке требует создавать технологическую подготовку производства высокого уровня с использованием цифровых двойников процессов и искусственного интеллекта. Для практической реализации такой концепции требуется глубокое понимание динамики физических весьма близких по сути процессов бурения и сверления скважин и отверстий. Полученные знания позволили получить адекватные реальным математические (имитационные) модели, которые будут полезны при проектировании и реализации таких технологических процессов. Это позволит исключить погрешности обработки, ошибки проектирования и снизить затраты на подготовку производства. Математическое моделирование повышает культуру производства и позволяет прогнозировать точность обработки на стадии проектирования операций. Цель работы. Разработка и практическая реализация концепции цифрового двойника процесса формообразования точных отверстий (скважин) вращающимися концевыми многолезвийными инструментами. Используемые методы. Представленные в статье модели получены на основе имитационного моделирования с использованием аналитических методов, базирующихся на фундаментальных физических законах и основных положениях механики резания и вибрационной механики, а также теории пластической деформации материала в зоне стружкоотделения. Научная новизна приведенных в данной статье исследований заключается в разработке цифрового двойника формообразования обрабатываемой поверхности, который впервые учитывает взаимосвязь стружкоотделения и влияние его на точность обработки с учетом режимов резания и виброперемещений инструмента. Результат. В статье представлена часть разработанного впервые методологического и математического обеспечения для цифрового двойника формообразования отверстий (скважин) вращающимися концевыми многолезвийными инструментами. Применение цифрового двойника на производстве имеет большую практическую значимость, так как позволяет осуществлять точностную верификацию управляющих программ для станков с ЧПУ и бурового оборудования.
Ключевые слова
формообразование отверстий и скважин, вращающиеся концевые многолезвийные инструменты, стружкоотделение, имитационное моделирование, точностная верификация управляющих программ, цифровой двойник
Для цитирования
Развитие методологии адаптивного интеллектуального проектирования с использованием цифровых двойников субтрактивных процессов формообразования внутренних поверхностей лезвийными инструментами / Сергеев Ю.С., Гоголев В.П., Платов С.И., Сергеев С.В., Толмачев Е.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №1. С. 60-68. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-1-60-68
1. Лычкина Н.Н., Павлов В.В. Концепция цифрового двойника и роль имитационных моделей в архитектуре цифрового двойника // Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2023): сборник трудов Казань, 2023. С. 139-149.
2. Киселев Е.С., Илюшкин М.В. Компьютерное моделирование процесса сверления сложных пакетов титанового сплава и композиционного материала с использованием цифровых двойников // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2023. Т. 2023. № 8. С. 3-11. DOI: 10.30987/2223-4608-2023-3-11
3. Акинцева А.В., Переверзев П.П., Дегтярева-Кашутина А.С. Цифровой двойник формообразования обрабатываемой поверхности нежесткого вала с эллипсным профилем при круглом врезном шлифовании // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т.19. №4. С. 98–106. DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-4-98-106
4. Запорожцев А.В., Хазова Вер.И., Хазова Вик.И. Ключевые аспекты создания цифрового двойника процесса системы менеджмента качества // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. №4. С. 105-116. DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-4-105-116
5. Кармыссова А. К. Использование цифровых двойников в геологоразведке и добыче нефти: потенциал, практика и вызовы внедрения // Символ науки. 2025. №8-1. С. 6-10
6. Accelerating well construction using a digital twin demonstrated on unconventional well data in North America / Saini G., Ashok P., van Oort E., Isbell M.R. // SPE/AAPG/SEG Unconventional Resources Technology Conference, 23-25 July 2018: Proceedings. Houston, Texas, USA, 2018. Paper URTEC-2902186-MS. 13 р. DOI: 10.15530/URTEC-2018-2902186.
7. Derek N., Maryam Gholami M., Rolv R. Drilling with Digital Twins. Conference: IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference and Exhibition, August 2018. ResearchGate Paper. DOI:10.2118/191388-MS.
8. Nguyen Thi Anh, Tran Thanh Tung. Drilling Modelling Using Computer Simulation // International Journal Of Scientific & Technology Research. 2020, vol. 9, iss. 10, pp. 171-174.
9. Сучок С.Н., Коренев Р.В., Кушманов П.В. Цифровой двойник бурения как операционная среда повышения эффективности процесса строительства скважин // Сетевое издание «Бурение и нефть» [Электронный ресурс]. 2021. URL: http://www.burneft.ru (дата обращения: 08.11.2025).
10. Сергеев С.В. Повышение эффективности вибрационных процессов при обработке различных материалов: монография. Челябинск, 2004. 262 с.
11. Сергеев С.В., Шелегов А.А., Сергеев Ю.С. Особенности верификации управляющих программ по точности формообразования поверхностей // Наука ЮУрГУ: материалы 67-й научной конференции. Секции технических наук. Челябинск, 2015. С. 1772- 1776.
12. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ №2015662879 РФ. Симулятор для точностной верификации управляющих программ обработки отверстий перераспределением координированных срезаемых слоев на зубьях многолезвийных инструментов / С.В. Сергеев, Ю.С. Сергеев, В.П. Гоголев, А.А. Шелегов. Заявка № 2015619790. Приоритет изобретения 15.10.2015. Зарегистрирован 04.12.2015. Патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ).
13. Сергеев С.В., Сергеев Ю.С., Решетников Б.А. Динамический способ управления трассой скважины при направленном бурении // Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. 2013. №5. С. 89-103. URL: http://ogbus.ru/authors/SergeevSV/SergeevSV_3.pdf
14. Сергеев С.В., Сергеев Ю.С. Влияние синхронизации автоколебаний бурового инструмента на формирование трассы скважины // Нефтегазовое дело. 2014. №12-4. С. 12-17.
15. Козлов А.В. Повышение эффективности процессов многопереходной обработки отверстий концевыми мерными инструментами и их технологической подготовки на основе математического моделирования: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.02.08. Челябинск, 1993. 20 с.
16. А.с. СССР №1710213. Способ обработки отверстий мерным многолезвийным инструментом / Лакирев С.Г., Хилькевич Я.М., Сергеев С.В. 07.02.1992. Патентообладатель ЧПИ им. Ленинского комсомола.
17. Фомичев А.В. Кинематика точки и твердого тела: учеб. пособие. М.: МФТИ, 2021. 128 с.