مقالات, مقالات استنلس استیل
توسعه آلیاژهای استیل به کمک هوش مصنوعی
اسفند
امروزه با پیشرفت و گسترش کاربرد هوش مصنوعی در زندگی تک تک ما و همچنین در زمینه‌های علم و تکنولوژی، می‌توان انتظار داشت که ردپای هوش مصنوعی در صنعت دیده شود. یکی از زمینه‌هایی که ورود هوش مصنوعی می‌تواند پیشرفت‌های زیادی را به ارمغان آورد، طراحی و توسعه آلیاژهای استیل است. چرا که هوش مصنوعی می‌تواند با دسترسی به منابع و مراجع گسترده و همچنین تعاملات فنی بین آن‌ها این پتانسیل را فراهم کند که توسعه آلیاژهای جدید در زمان کوتاه‌تر با تیم‌های کم‌تجربه نیز امکان‌پذیر شود.
توسعه آلیاژها
برای توسعه یک آلیاژ نیاز است تا تیمی از محققان حدود 10 سال به تحقیق و آزمایش بپردازند تا بتوانند برای دستیابی به خواص معین برای نیاز ویژه‌ای، آلیاژ جدیدی را توسعه دهند. پس از آن، جنبه‌های تجاری‌سازی و تولید انبوه آن نیز ممکن است مدت زمان زیادی به طول بیانجامد. طراحی و توسعه آلیاژهای جدید موضوعی است که با کمک هوش مصنوعی می‌توان زمان آن را تا حد بسیار زیادی کوتاه کرد.
هدف توسعه یک آلیاژ، دستیابی به ترکیبی با خواصی ویژه مانند استحکام بالا، مقاومت خوب در برابر خوردگی و مقاومت در برابر دمای بالاست. به طور مثال اگر بتوان کریستال‌های سازنده یک ساختار فلزی را تا حد ممکن کوچک کرد، می‌توان استحکام آن را افزایش داد و یا اگر بتوان درصد کروم را در استیل افزایش داد می‌توان مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشید.
دستکاری و تنظیم دقیق پارامترهای فنی، ترکیب عناصر آلیاژی و بسیاری نکات دیگر در توسعه آلیاژ استنلس استیل می‌تواند سبب دستیابی به خواصی ویژه شود و انتخاب‌های بی‌شماری پیش روی محققان بگذارند که فرایند توسعه آلیاژ را پرچالش و زمان‌بر می‌سازد و بهینه‌سازی را پیچیده می‌کند. هرچند باید توجه داشت که این امر معمولاً چندین سال به طول می‌انجامد.
توسعه نیکل و سوپرآلیاژهای پایه نیکل
استفاده از نیکل در ساختار استیل ویژگی‌های خوبی در رابطه با چقرمگی و شکل‌پذیری را به وجود می‌آورد. بیشترین استفاده از نیکل در سوپرآلیاژهای پایه نیکل و فولاد ضد زنگ که آلیاژی از آهن، کروم، نیکل، مولیبدن، کربن و … است مشاهده می‌شود. سوپرآلیاژهای پایه نیکل مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی و حرارت دارند و همچنین خواص خزشی آن‌ها فوق‌العاده است و به همین دلیل در ساخت اجزای موتورهای جت از این آلیاژها استفاده می‌شود. از پره‌های توربین‌ها گرفته تا باقی اجزای موتور جت به دلیل دمای بالای کاری از این آلیاژها ساخته می‌شوند. سوپرآلیاژهای پایه نیکل با عناصری مانند رنیوم و روتنیم ساخته می‌شوند. توسعه این آلیاژها نیز می‌تواند سبب کاربردهای جدید و ویژه شود و نقش نیکل را در صنعت افزایش دهد. با کمک هوش مصنوعی می‌توان در زمان صرفه‌جویی کرد و در مدت زمان کمتری به توسعه ترکیبات موثرتر دست یافت.
پیشرفت صنعت با پیشرفت هوش مصنوعی
محقق ارشد مؤسسه ملی علم مواد ژاپن (NIMS)، ایکومو واتانابه و تیمش، نرم‌افزار پشتیبانی و توسعه آلیاژ را بر مبنای هوش مصنوعی طراحی کرده‌اند که مناسب‌ترین و دقیق‌ترین ترکیب شیمیایی، ریزساختار و فرآیند را برای تولید یک آلیاژ با ویژگی‌های خاص و منحصربه‌فرد را محاسبه می‌کند. این نرم‌افزار می‌تواند همبستگی بین خواص متعدد و ریزساختارها را شناسایی کند و بهترین فرآیند تولید را پیشنهاد دهد. به کمک این نرم‌افزار می‌توان خواص آلیاژها را تا حدود بسیار زیادی بهبود بخشید.
هوش مصنوعی چگونه می‌تواند آلیاژها را توسعه دهد؟
برای توضیح این مورد بهتر است از مثالی کمک بگیریم. یک آلیاژ میزان مشخصی مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت خزشی دارد. علاوه بر آن میزان شکل‌پذیری و استحکام آن نیز مقدار مشخصی است. با تغییر عناصر آلیاژی می‌توان این مشخصات را تغییر داد. برخی از ویژگی‌ها با یکدیگر رابطه معکوس دارند و با بهبود برخی ویژگی‌ها، ویژگی دیگر افت می‌کند. در این مورد می‌توان به کمک هوش مصنوعی، به تعادلی بین ویژگی‌ها رسید و خواص مورد نیاز را با بهترین تقریب بهینه کرد. با وارد کردن ویژگی‌هایی نظیر مدول الاستیک، استحکام، شکل‌پذیری، خستگی، جوش‌پذیری، فازهای پایدار و …. درون نرم‌افزار، می‌توان به آلیاژ جدید دست یافت.
دیتابیس هوش مصنوعی برای توسعه آلیاژ
این نرم‌افزار نیاز به حجم زیادی از داده و اطلاعات دارد. هوش مصنوعی می‌تواند با خواندن و جمع‌آوری اطلاعات مورد نیاز برای این کار، فرآیند تولید و باقی پارامترها را برای توسعه آلیاژ پیشنهاد دهد. در حال حاضر این نرم‌افزار از پایگاه داده سایت Elsevier استفاده می‌کند و اطلاعات مورد نیاز را از دیتابیس این سایت استخراج می‌کند. البته این پایگاه می‌تواند به کمک اطلاعات شرکت‌های مرتبط به‌صورت کلان‌داده توسعه بیشتری پیدا کند.
مزایای استفاده از هوش مصنوعی
مهم‌ترین مزیت استفاده از هوش مصنوعی در توسعه آلیاژها، کاهش زمان برای رسیدن به خواص مورد نظر است. مزیت‌های دیگر هوش مصنوعی به کاربردهای آلیاژها باز می‌گردد. برای مثال اگر بتوان به کمک هوش مصنوعی مقاومت حرارتی آلیاژهای پایه نیکل را بهبود بخشید، می‌توان بازده سوخت هواپیما و یا نیروگاه‌های حرارتی را بیشتر کرد که در این صورت انتشار گاز CO2 کاهش می‌یابد.
یکی از حوزه‌هایی که می‌تواند از این نوع طراحی آلیاژ به کمک هوش مصنوعی بهره ببرد، تولید میلگرد استیل برای کاربردهای سازه‌ای و صنعتی است. در انتخاب گرید مناسب برای میلگرد، معمولاً باید بین استحکام، شکل‌پذیری، جوش‌پذیری و مقاومت به خوردگی تعادل برقرار کرد؛ همان نوع مصالحه‌ای که الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی چندهدفه در طراحی آلیاژ به کار می‌گیرند.
البته باید توجه داشت که ابزارهای هوش مصنوعی در این حوزه بیشتر در مرحله تحقیق و توسعه گریدهای جدید کاربرد دارند، نه در انتخاب روزمره میلگرد از میان گریدهای استاندارد موجود؛ برای پروژه‌های عملی همچنان بهترین روش، مشورت با تأمین‌کننده و انتخاب از میان گریدهای شناخته‌شده و آزمایش‌شده است.
سخن آخر
در این مقاله از استیل رخ به شرح توسعه آلیاژهای استیل به کمک هوش مصنوعی پرداختیم، استفاده از هوش مصنوعی برای ساخت و تولید آلیاژهای استیل و دیگر فلزات، می‌تواند گامی بسیار بزرگ در جهت پیشرفت و توسعه صنعت باشد. دستیابی به ویژگی‌های خاص از طریق تغییر در ترکیب شیمیایی و ساختار استیل تحقیقاتی زمان‌بر است که می‌توان با استفاده از هوش مصنوعی زمان دستیابی به این هدف را کاهش داد و نتایج را بهینه نمود.