АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Неразрушающий контроль 4.0

Неразрушающий контроль 4.0 (англ. Nondestructive Evaluation 4.0, NDE 4.0) — концепция киберфизических систем неразрушающего контроля и неразрушающего тестирования, возникшая на основе цифровых технологий Индустрии 4.0, методов физического контроля и новых бизнес-моделей[1][2][3][4][5]. Ключевой целью концепции является повышение эффективности инспекций, обеспечение инженерной надёжности, поддержка принятия решений для безопасности, устойчивого развития и контроля качества, а также оперативное предоставление данных для совершенствования проектирования, производства и обслуживания изделий.

Появление Неразрушающего контроля 4.0 связано с Четвёртой промышленной революцией, что берет начало с внедрения в 2015 году в Германии стратегии высокотехнологичного развития — Индустрия 4.0[6]. Термин получил широкое распространение в 2016 году после его выбора темой ежегодного заседания Всемирного экономического форума в Давосе[7].

Концепция укрепилась после открытия в 2016 году Центра Четвёртой промышленной революции в Сан-Франциско[8]. Неразрушающий контроль 4.0 развивается совместно с Индустрией 4.0 и признан целевым ориентиром многими международными организациями: Международным комитетом по неразрушающему контролю (англ. International Committee for Nondestructive Testing, ICNDT)[9], где работает Специализированная международная группа (SIG) по НК 4.0[10], а Европейская федерация по неразрушающему контролю (англ. European Federation for Nondestructive Testing, EFNDT)[11] создала рабочую группу «EFNDT Working Group 10: NDE 4.0» (WG10)[12]. Активность организаций по всему миру, включая Американское общество неразрушающего контроля (ASNT)[13], Британский институт неразрушающего контроля (BINDT)[14] и Немецкое общество неразрушающего контроля (DGZfP)[15], выражается в публикациях и обучающих программах.

История

Путь к НК 4.0, подобно развитию Индустрии 4.0, состоит из череды технологических и исторических этапов — «революций», определяемых крупными изменениями в методах и инструментах производства и контроля.

НК 1.0

Первая «революция» в области неразрушающего контроля совпадает с Первой промышленной революцией и охватывает период примерно с 1770 года (после изобретения паровой машины Уатта в 1769) по 1870 год. Переход от ручного и ремесленного труда к механизированному производству и энергетике на паровой и водяной тяге обусловил необходимость специального контроля. До этого времени объекты проверялись преимущественно с помощью прямых органолептических методов — ощупывания, обоняния, выслушивания, визуального осмотра по обстоятельствам.

Развитие промышленности вело к созданию новых средств контроля, усиливающих возможности органов чувств человека, и к попыткам стандартизации процедур. Простые инструменты типа линз, стетоскопов, метода простукивания и прослушивания расширяли возможности обнаружения дефектов. Введение процедур обеспечивало воспроизводимость и сравнимость результатов контроля во времени. Параллельно индустриализация требовала расширения мер обеспечения качества — эта задача актуальна до сих пор.

НК 2.0

Вторая революция в неразрушающем контроле охватывает период от 1870 года — появления массового производства и внедрения конвейерных линий[17] — до 1969 года. Ключевая черта — применение знаний в области физики, химии, механики и электротехники для совершенствования контроля.

Использование электромагнитных и акустических волн, недоступных прямому восприятию, позволило получить данные о внутренних неоднородностях материалов. После открытия рентгеновских лучей в 1895 году рентгеновский контроль стал доминирующим методом, позднее появились испытания гамма-излучением и другие электромагнитные способы.

С появлением транзисторов развились лёгкие переносные устройства ультразвукового контроля, начались разработки инфракрасных и терагерцовых детекторов, появились первые приборы для вихретокового контроля. Несмотря на их актуальность и сегодня, новый виток развития стал возможен лишь с началом цифровизации в следующую эпоху.

НК 3.0

Третья революция связана с приходом микроэлектроники, цифровых технологий и компьютеров. Обычно рамки определяют с 1969 года — появления первого программируемого контроллера (PLC)[18] — до 2016 года. Цифровые средства контроля (рентген-детекторы, цифровые ультразвуковые и вихретоковые приборы, цифровые камеры) становятся неотъемлемой частью систем испытаний и диагностики. Роботизация приводит к автоматизации процессов, повышая удобство, безопасность, скорость и воспроизводимость.

Развитие цифровых технологий обеспечило скачок в сборе, хранении, обработке и передаче данных, расширении возможностей двумерной и трёхмерной визуализации, интерпретации и коммуникации информации. Параллельно возникли новые вызовы — защита данных, их целостность, а также концепции ценности и монетизации информации.

НК 4.0

В отличие от предыдущих периодов, сосредоточенных преимущественно на отдельных инструментах или принципах, четвёртая революция строится вокруг интеграции средств, технологий, способов контроля и коммуникаций в единые киберфизические замкнутые системы с возможностью обратной и упреждающей связи с производством. Главная задача — использовать современные средства производства и информационных систем для повышения эффективности контроля и тестирования.

Ключевыми особенностями НК 4.0 выступают цифровизация, объединение в сеть, прозрачность информации, коммуникация, а также применение искусственного интеллекта и методов машинного обучения. Важнейшее новшество — возможность совместного проектирования изделия и проведения неразрушающего контроля с помощью «цифровых двойников» и сквозных цифровых потоков данных, что обеспечивает постоянное взаимное влияние процессов проектирования и испытаний. Также реализуются подходы к контролю уникализированного (кастомизированного) производства, дистанционного мониторинга и прогнозного обслуживания в течение всего жизненного цикла продукта.

Неразрушающий контроль 4.0 не является фиксированным сводом правил, а представляет собой непрерывно развивающийся комплекс идей, инструментов и процедур, обусловленных развитием производственных, коммуникационных и вычислительных технологий. Его цель — соответствовать требованиям промышленности и быстро реагировать на возникающие технологические вызовы.

Движущие силы и компоненты

Главный движитель развития НК 4.0 — интеграция цифровых инструментов и физических методов, обеспечиваемая современными цифровыми технологиями и направленная на цифровизацию отдельных этапов процессов контроля с целью повышения общей эффективности и надёжности. Обычно выделяют три компонента:

  • Применение цифровых технологий индустрии 4.0 для повышения возможностей неразрушающего контроля — «Индустрия 4.0 для НК».
  • Математический анализ и обработка данных контроля для оценки эксплуатационной надёжности изделий, что обеспечивает базу для непрерывного совершенствования проектирования в логике «Неразрушающий контроль для Индустрии 4.0»[19][16].
  • Иммерсивное обучение, работа на удалении, повышение человеческой продуктивности и безопасность, автоматизация и интеллектуальная поддержка принимаемых решений — человеческий фактор в системах НК 4.0.

Международная конференция по НК 4.0

Международная конференция по Неразрушающему контролю 4.0 (International Conference on NDE 4.0), организуемая каждые два года рабочей группой SIG ICNDT, возобновилась в 2025 году в Бангалоре после перерыва из-за пандемии.

  1. 14–15 и 20–21 апреля 2021: виртуальная конференция DGZfP при содействии ICNDT, включая четыре пленарных доклада, 26 приглашённых выступлений и четыре панельных дискуссии (видео доступны онлайн)[20].
  2. 24–27 октября 2022, Берлин (Германия): четыре пленарных доклада, 15 технических секций (, цифровой двойник, аддитивное производство, расширенная реальность, надёжность, предиктивное техническое обслуживание и др.)[21]. Конференция DGZfP при поддержке ICNDT. На конференции учреждена и вручена Премия Курцвейла за высокий вклад в развитие НК 4.0 (в честь Рэя Курцвейла) профессорам Норберту Майендорфу и Бернду Валеске за работу «Starting the Field of NDE 4.0»[22].
  3. 3–6 марта 2025, Taj Yeshwantpur, Индия[23]. Организатор — Индийское общество неразрушающего контроля (ISNT) при поддержке ICNDT[22].

Ключевые публикации

Рецензируемые публикации по теме НК 4.0 многократно становились предметом тематических выпусков журналов и отдельных монографий:

  • 2020: NDE 4.0 (спецвыпуск журнала )[24]
  • 2020: NDE 4.0 (спецвыпуск Research in Nondestructive Evaluation)[25]
  • 2020/2021: Trends in NDE 4.0: Purpose, Technology, and Application (тематическая подборка Journal of Nondestructive Evaluation)[26]
  • 2021/2022: NDE 4.0: Technical Basics, Applications and Role of Societies (Journal of Nondestructive Evaluation)[27]
  • 2022: Handbook of Nondestructive Evaluation 4.0 (монография)[28]
  • 2022/2023: NDE 4.0 Creating success stories, building the eco-system and continuing research (Journal of Nondestructive Evaluation)[29]

Примечания