Те, кто знаком со мной, знают, что большое место в моей жизни занимает проект Formula Student. И несмотря на то, что я сам давно уже выпустился из команды, стараюсь помогать соревнованиям в России становиться лучше и интереснее, в том числе благодаря тому, что руковожу дисциплиной «Защита конструкции».

В последнее время я всё чаще слышу от студентов: «Мы рассчитали эту систему вместе с ИИ». Мне стало интересно, насколько далеко можно зайти с таким помощником. Решил проверить на знакомой задаче — расчёте тормозной системы. В итоге нашёл ошибку в собственном расчёте, получил приложение для браузера и задумался о том, как теперь оценивать инженерные знания студентов.

Что мы оцениваем на Formula Student

Во время соревнований вместе с другими судьями — мегаклассными экспертами в своих направлениях — оцениваем знания команд.

Как оцениваем? В течение 50 минут общаемся с участниками команд, слушаем, что они сделали за год, задаём каверзные теоретические вопросы, а самое главное — пытаемся «вытащить» из студента, почему он принял то или иное инженерное решение.

Даже если мне не нравится какое-то конструктивное решение, но студент приводит достаточное количество доводов, расчётов и результатов их валидации в его поддержку, это уже повод для хорошей оценки. А если решение ещё и согласовано с общей концепцией болида и теми целями, что команда себе поставила на сезон, то по данному направлению команда получит прекрасные оценки.

Но работа с командами не ограничивается только соревнованиями. В течение года какие-то команды приходят за консультациями. Лично мне особенно интересно работать с новыми командами. Безумно интересно наблюдать за процессом того, как из группы студентов действительно формируется команда, которая объединена целью создать болид.

Процесс сложный, и иногда его надо «подруливать», чтобы, с одной стороны, команда заложила себе болид, который она действительно смогла бы построить, а с другой стороны, строить его ей должно быть интересно и должен существовать некоторый технический вызов.

И вот, пытаясь разобраться с техническими вопросами, студенты периодически спрашивают, как лучше сделать какой-нибудь узел, например педальный. Или какой двигатель использовать? А посчитать время прохождения трассы? А как спроектировать топливную систему?

В каких-то вопросах у меня у самого достаточно опыта, чтобы рассказать всё «от и до». Где-то полезно направить на консультацию к коллегам. Но иногда полезно просто рассказать на верхнем уровне о возможных вариантах исполнения систем с их достоинствами и недостатками, дать немного материалов для изучения, а дальше студент уже сам оценивает ограничения своей команды и адаптирует решение под свой болид.

Почему новым командам я советую больше делать

Мне неудобно в этом признаваться, но новым командам я часто советую не углубляться в расчёты, а больше делать, испытывать, опираться на лучшие практики, затем переделывать…

Потому что без инженерного опыта очень сложно понять тот уровень детализации расчёта, который вам нужен для достижения цели. Есть риск слишком долго сидеть в расчётах без получения реального опыта.

А экспериментируя, вы будете находить слабые места ваших конструкций, понимать, где действительно надо углубиться и повысить точность расчётов, а где не стоит тратить на это много времени.

Для опытных команд такой подход может привести к бездумной трате бюджета. А вот для новой команды обратная связь от реального объекта значительно важнее, чем бесконечный перебор разных концепций в попытке выиграть дополнительный грамм массы.

Однако расчёты нужны, пусть и базовые. Но всё равно нужно потратить время, разобраться…

И вот, к моему удивлению, в этом году я начал всё чаще слышать от студентов, что они аналитически посчитали какую-то систему. Причём это может быть система охлаждения, система впуска и выпуска двигателя или анализ поглотителя энергии.

Честно говоря, когда я был студентом, на это уходил почти целый семестр. Такая работа вполне могла тянуть на курсовой проект или как минимум на его научно-исследовательскую часть.

А теперь студент говорит, что за 2 недели рассчитал систему охлаждения. Шок!! Спрашиваю:

— Как ты это сделал?

— …вместе с ИИшкой…

Конечно, у меня нет возможности, а главное — желания проверить расчёты каждого студента, с которым я общаюсь. Но есть у меня какие-то внутренние сомнения по поводу такого подхода.

При этом я не против ИИ. ИИ — это крутой инструмент. Но неужели топовые модели спокойно выдадут расчёт системы и при этом принятые допущения математической модели подойдут для проектирования болида Formula Student?

Что же, надо пробовать!

Сначала я считал сам

Когда-то для своего карта мне надо было понять, достаточно ли будет установленных на него тормозов, чтобы заблокировать все 4 колеса.

Я никогда раньше не занимался расчётом тормозных систем: в вузе я учился по направлению газотурбинных двигателей, и, конечно, там мне про это никогда никто не рассказывал.

Решил разобраться, засел на пару вечеров, чтобы посмотреть видео своих коллег — судей по FS. А также нашёл несколько статей, которые, как мне показалось, позволят прикинуть, смогут ли заданные параметры ГТЦ, суппортов, кинематика педалей и размеры тормозных дисков обеспечить требуемое замедление и блокировку всех колёс.

Тормозной узел Formula Student: диск, ступица и суппорт AP Racing. Источник

В процессе изучения статей, там, где логика формул была мне непонятна, искал другие статьи и рисовал силы и точки их приложения. Во-первых, чтобы убедиться, что авторы статей верно вывели формулы. А во-вторых, чтобы самому лучше понимать, что эти формулы означают.

Далее составил простенький Excel-файл, который выдавал мне требуемый диаметр поршней в суппортах. Уже этот диаметр я сопоставлял с тем, что есть у меня на карте.

Общая трудоёмкость расчёта получилась не менее 3 дней — точнее, вечеров.

Теперь ту же задачу решает ChatGPT

Теперь попрошу эту же задачу решить ChatGPT. Модель GPT-6 Astra.

Для начала спросил в достаточно общем виде:

Можешь сделать расчет подбора диаметра главных тормозных цилиндров и диаметра цилиндров в суппорте, а в идеале еще и подобрать конкретную модель ГТЦ и суппортов тормозных для болида Formula Student.

Если что-то непонятно, то спрашивай, задавай уточняющие вопросы.

Знаете, что он попросил меня уточнить?

Хм, а ведь это исходные данные, которые действительно нужны для расчёта. А ведь я не скидывал ему никаких статей, только промпт, который написал выше.

Далее я пока отказался от подбора конкретных моделей суппортов и сконцентрировался на расчёте требуемых диаметров. Дал требуемые исходные данные, уточнил, что будем учитывать аэродинамику, — и вот логика расчёта очень быстро стала близка к той, что я сам выработал у себя в Excel.

Только вот значения расходились… Надо разбираться…

Ха, попался, Иван Иванович!

Смотрю, а радиус приложения силы отличается в 2 раза. Ха, попался, Иван Иванович!!!

Да только пригляделся к своему расчёту и понял, что ошибка-то у меня, а не у ИИ. Это я забыл разделить диаметр пополам.

Исправил радиусы, скормил свой расчёт ChatGPT, и дальше мы ещё разобрали кое-какие допущения. В частности, в моём Excel потери в педальном механизме не учитывались, а ChatGPT принял КПД 90%. Ещё немного отличалось передаточное отношение педали: у меня стояло 175/65, а в расчёте ИИ — округлённое значение 2,69.

После согласования исходных данных и допущений результаты расчётов совпали.

В общем, история, которая начиналась с того, что хотелось проверить возможности ИИ, закончилась тем, что проверять надо меня. Не зря всё это затеял — выверил свой расчёт.

При этом совпадение двух расчётов — ещё не экспериментальная проверка модели. До испытаний реальной тормозной системы дело пока не дошло.

От расчёта до приложения — пока надеваешь шлейку на шпица

Здесь бы можно было остановиться и признать поражение перед ИИ. Но я подумал: а почему бы не написать приложение, которое будет на лету показывать требуемые диаметры поршней в суппортах, если я буду менять входные параметры?

Попереписывались немного с ChatGPT, согласовали макет интерфейса. Я ушёл гулять с собакой, а он — писать приложение.

Да только не успел я надеть шлейку на нашего шпица, как приложение было готово.

Открывается в браузере, меняй что хочешь и получай результат. Просто красота. Без шуток, я приятно удивлён. И шпиц тоже.

В интерфейсе можно менять массу болида, развесовку, диаметр ГТЦ, распределение усилия на баланс-баре, передаточное отношение педали, усилие на ней и КПД механизма. Отдельно задаются количество поршней в суппортах, размеры дисков и рабочих дорожек, параметры шин и аэродинамики.

Наверное, вы ожидаете, что я скину HTML-страничку с этим приложением-калькулятором. Но лучше я приложу ссылку на полезную статью, по которым я делал расчёт:

1. Diogo Paulo Martins Ferreira. Brake Caliper Design and Optimisation for a Formula Student Vehicle. Instituto Superior Técnico, 2019. Полная версия работы

Сразу скажу: экспериментально я этот расчёт не валидировал. Исходя из общих соображений, кажется, что он может давать приемлемые результаты для предварительного подбора компонентов тормозной системы.

Суппорт команды Formula Student после металлической 3D-печати, при механической обработке и после неё. Источник

Эксперты могут накидать в комментариях ссылки на более крутые статьи, где учитываются ещё различные эффекты, которые возникают в процессе работы тормозной системы гоночного болида.

А что теперь оценивать судьям?

Зафиналимся: ИИ — мощный инструмент, и нам, как судьям соревнований, придётся адаптироваться к тому, что он входит в повседневную жизнь инженера и что студенты, несомненно, будут к нему прибегать.

Тем интереснее и важнее для нас будет диалог с командами, чтобы понять, где студент делал что-то сам и ставил правильные вопросы и задачи ИИ, а где генерировал ИИ. И понимает ли студент полученный результат, принятые допущения и границы применимости расчёта.

Но вот что мне не даёт покоя, так это то, как всё-таки играючи ИИ сообразил логику расчёта.

Может, это так произошло, потому что я сам её понимал и потратил несколько вечеров, чтобы с этим разобраться, а потом с ИИ мы всего лишь автоматизировали наработки?

Буду пробовать зайти в какую-то более сложную тему для расчётов, а также в направление, которое мне до этого было неизвестно, и ещё поделюсь своими мыслями. А вы делитесь своим опытом в комментариях.

Пока-пока.