Университет Буффало разрабатывает управляемую АИ кибернетическую систему производства для повышения эффективности 3D-печати

Исследовательская группа из Университета Буффало (UB) использует инструменты искусственного интеллекта (ИИ), моделирования и больших данных для модернизации производственных систем и повышения качества, производства и эффективности таких отраслей, как 3D-печать.

Финансируемая грантом Национального научного фонда (NSF) в размере 2,3 миллиона долларов, структура STREAM направлена на создание публичного онлайн-репозитория, в котором исследователи и специалисты отрасли смогут обмениваться информацией о данных, моделях, симуляторах, контроллерах и аналитике, а также решать ряд других исследовательских задач.

"Коммерческий продукт - это конечный результат длинной цепи взаимосвязанных этапов, которые могут охватывать географию, отрасли и различные производственные процессы", - говорит Хонгюэ Сан, доцент кафедры проектирования промышленных систем UB. "Каждый шаг может быть оптимизирован, но это не всегда означает, что он идет на пользу общему производственному процессу. То, что мы делаем, - это создание аналитической структуры, которая соединяет и координирует все эти процессы".

"КОНЕЧНЫМ РЕЗУЛЬТАТОМ СТАНЕТ КИБЕРФИЗИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ И ДРУГИЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ И КОНЕЧНОГО УЛУЧШЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ."

Отпечаток пальца 3D-принтера. Изображение Wenyao Xu, Университет Буффало.

Исследования UB в области 3D-печати

Исследователи UB уже использовали ИИ, машинное обучение (ML) и другие технологии для усовершенствования процессов аддитивного производства.

В 2018 году команда UB разработала PrinTracker - систему идентификации 3D-принтера, способную отслеживать печатные объекты вплоть до создавшей их машины. В результате эта система может помочь правоохранительным органам пресечь потенциальное неэтичное и преступное использование 3D-принтеров.

Совсем недавно, в 2020 году, команда UB совместно с Массачусетским технологическим институтом разработала новый ферроэлектрический метаматериал для фотополимеризационной 3D-печати, что, как сообщается, стало "большим скачком" на пути к тому, чтобы сделать синтетические материалы более доступными и пригодными для различных применений, таких как электроника.

3D-печатная ферроэлектрическая решётка. Фотография предоставлена Университетом Буффало.

Модернизация производственных систем

Цель концепции STREAM - поставить сложную сеть этапов и процессов в цепочке поставок под согласованный контроль сложной, подключённой компьютерной системы. Система будет использовать ИИ, моделирование и другие технологии "Индустрии 4.0" для оптимизации и соединения различных элементов цепочек поставок в таких отраслях, как 3D-печать и полупроводники.

Цепочки поставок в этих отраслях имеют множество зависимых этапов, особенно в полупроводниковой промышленности.

"Они включают десятки этапов, таких как выращивание кристаллов, нарезка слитков, притирка и полировка пластин, литография, травление, химико-механическая планаризация", - сказал Сун. "Эти этапы имеют сильную динамику и зависимость. Операции на последующих этапах зависят от операций на последующих этапах, как с точки зрения качества, так и с точки зрения производительности".

"НАПРИМЕР, НЕСКОЛЬКО ПРИТИРОЧНЫХ СТАНКОВ ДОЛЖНЫ СОВМЕСТНО ОБРАБАТЫВАТЬ СОТНИ ПЛАСТИН, ПОЛУЧЕННЫХ В РЕЗУЛЬТАТЕ НАРЕЗКИ СЛИТКОВ; ПРИ ЭТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ СТАНКОВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ВЗАИМОЗАВИСИМЫ И СОВМЕСТНО ОПРЕДЕЛЯЮТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СИСТЕМЫ".

На протяжении всего проекта команда UB будет создавать программное обеспечение, обеспечивающее эффективную связь и вычисления в кибер-производственных системах. Кроме того, команда создаст систему моделирования для достижения точного и эффективного контроля качества процесса.

В рамках проекта будет создана система моделирования и контроля производства для постоянного улучшения качества, технологичности и производительности будущих многоступенчатых и распределённых производственных систем.

Конечной целью проекта является создание онлайнового хранилища для обмена информацией и опытом между исследователями и промышленными специалистами. Система будет способствовать обмену знаниями относительно данных, моделей, симуляторов, контроллеров, аналитики и эмпирических исследований в попытке содействовать будущему развитию высокоинтеллектуальных и интерактивных производственных экосистем, объединяющих проектирование, производство и логистику продукции.

В рамках проекта исследователи UB создадут новые информационно-просветительские мероприятия и мероприятия по развитию рабочей силы для студентов К-12, студентов и аспирантов, а также будут работать с профессионалами в производственной сфере.