Доли миллиметра решали всё: как производство оптоволокна вышло на новый уровень качества

Производство оптоволоконных кабелей — одна из самых точных и технологически сложных отраслей современной промышленности. Даже минимальные отклонения в размерах заготовок или режиме нагрева способны привести к браку и потере дорогостоящего сырья. Ученые Пермского Политеха предложили инженерное решение, которое помогает избежать таких рисков и ускоряет выпуск продукции. Об этом сообщает "Газета.Ru".

Почему производство оптоволокна требует ювелирной точности

Оптоволокно лежит в основе интернета, телекоммуникаций, медицинской диагностики и промышленной автоматизации. Его производство начинается с обработки кварцевых трубок, которые проходят несколько критически важных стадий: травление, полировку и жакетирование. На каждом этапе важны доли миллиметра, стабильная температура и строго заданная скорость нагрева.

На практике заводское оборудование чаще всего рассчитано на стандартные параметры сырья. Однако реальные кварцевые трубки почти всегда имеют отклонения по толщине и диаметру. Это вынуждает технологов вручную корректировать настройки горелок и скорости обработки, полагаясь на опыт, а иногда и на интуицию. Такой подход повышает вероятность брака и замедляет производственный процесс, что особенно чувствительно для инфраструктуры связи и подводных линий, где надежность кабеля критична для всей системы интернета и безопасности данных.

Как ученые ПНИПУ подошли к решению проблемы

Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета решили заменить субъективные решения точными расчетами. Они создали детальные математические модели ключевых этапов производства оптоволокна, уделив особое внимание стадии жакетирования, когда нагретая кварцевая трубка надевается на стержень и формирует заготовку для будущего волокна.

В виртуальной среде ученые последовательно меняли десятки параметров: геометрию трубок, теплопроводность материалов, мощность и скорость работы горелки. Полученные результаты сравнивали с реальными заводскими данными, чтобы убедиться в корректности расчетов и практической применимости моделей. Такой подход перекликается с другими инженерными решениями для защиты инфраструктуры, включая защиты подводных кабелей, где точность и прогнозируемость параметров также играют ключевую роль.

Универсальный инструмент для технологов

Финальным результатом работы стал инженерный инструмент, который переводит сложные расчеты в наглядную форму. Речь идет о технологических номограммах — графиках, позволяющих быстро определить оптимальные режимы обработки под конкретные размеры трубки.

"Финальным шагом стало преобразование огромного массива данных в простой производственный инструмент. Мы создали технологические номограммы — по сути, понятные графики, по которым технолог может мгновенно определить нужные параметры работы оборудования, опираясь только на реальные размеры трубки", — объяснила доцент кафедры "Прикладная математика" ПНИПУ Дарья Владимирова.

Теперь специалисту достаточно измерить исходную трубку и свериться с номограммой. Система сразу подсказывает оптимальную скорость движения горелки, мощность нагрева и другие ключевые параметры. Это снижает нагрузку на персонал и минимизирует риск ошибки, что важно для высокоточных фотонных технологий и производств, связанных с развитием связи нового поколения.

Практический эффект для отрасли

Внедрение разработки уже показало заметный результат. Скорость обработки нестандартных заготовок выросла примерно в два раза, а уровень брака сократился на 75%. Для отрасли, где используются дорогие материалы и высокоточное оборудование, такие показатели имеют принципиальное значение.

По словам заведующего кафедрой ПНИПУ Владимира Первадчука, новый подход не только улучшает качество оптоволоконной продукции, но и снижает ее себестоимость. Кроме того, он закрывает давний дефицит научно обоснованных методик, который сдерживал развитие отечественного производства оптоволокна и сопутствующих технологий связи, включая решения на стыке фотоники и электроники, такие как фотонный радар на чипе.

Потенциал применения за пределами оптоволокна

Авторы проекта подчеркивают, что предложенные математические модели и визуальные инструкции не ограничиваются одной отраслью. Аналогичный подход может быть адаптирован для управления плавкой стекла, настройки химических реакторов и других высокотехнологичных процессов, где важны точность, повторяемость и стабильность параметров.

Таким образом, разработка Пермского Политеха может оказаться полезной не только для производителей оптоволоконных кабелей, но и для смежных сфер — от медицинского оборудования до промышленной электроники и телекоммуникационных систем.

Сравнение традиционного подхода и нового инженерного инструмента

При классическом производстве оптоволокна настройка оборудования часто зависит от опыта конкретного специалиста. Это повышает гибкость, но делает процесс менее предсказуемым и увеличивает риск брака. Новый инструмент, основанный на номограммах, переводит принятие решений в плоскость точных расчетов и объективных данных.

Традиционный подход требует больше времени на подбор режимов и корректировки параметров. Инженерное решение ПНИПУ позволяет ускорить процесс без потери качества, что особенно важно при работе с нестандартными заготовками и серийным выпуском продукции для рынка связи и медицинской техники.

Плюсы и минусы внедрения новой методики

Использование математически обоснованных инструментов в промышленности имеет ряд очевидных преимуществ. Такой подход снижает зависимость от человеческого фактора и упрощает обучение новых специалистов. Кроме того, он повышает стабильность качества и сокращает издержки на бракованную продукцию.

В то же время внедрение подобных решений требует предварительной адаптации под конкретное оборудование и технологические линии. На начальном этапе это может потребовать дополнительных расчетов и тестирования, однако в долгосрочной перспективе такие затраты окупаются за счет роста производительности.