Импортозамещение в области цифровой индустрии – один из главных трендов экономического развития России. Ученые Южно-Уральского государственного университета создают уникальные разработки, находят технологические решения, которые способствуют эффективности производства. Причем работы в этом направлении ведутся уже не одно десятилетие.
На проходившей в Челябинске третьей Всероссийской научной конференции с международным участием «Цифровая индустрия: состояние и перспективы развития – 2023» (ЦИСП’2023) было представлено много перспективных проектов. Профессор ЮУрГУ Дмитрий Шнайдер посвятил свой доклад построению промышленных сенсорных сетей на базе технологий интернета вещей и современным подходам к решению задач автоматизации в промышленности. Его выступление вызвало большой интерес участников форума, в числе которых были представители бизнеса и промышленного сектора. Мы беседуем о факторах успеха, умной индустрии, электронных советчиках и результатах мирового уровня.
Справка «АН»
Дмитрий Александрович Шнайдер – руководитель научно-исследовательской лаборатории промышленной автоматизации и интернета вещей, доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматика и управление» ЮУрГУ. В 2000 году окончил с отличием магистратуру ЮУрГУ по направлению «Автоматизация и управление». Реализовал более 15 крупных проектов в области промышленной автоматизации. С 2015 по 2023 год руководил центром компетенций математического моделирования и продвинутой аналитики ПАО «ММК». Удостоен благодарности Губернатора Челябинской области за весомый вклад в дело подготовки высококвалифицированных специалистов и профессионализм. Автор более 90 научных публикаций.
Быстро и удобно
– После вашего доклада на конференции ЦИСП’2023 было задано много вопросов. О чем это свидетельствует?
– Наверное, это свидетельствует о том, что тема действительно актуальная. Причем не только для научного сообщества, но и для наших партнеров, которые работают в сфере информационных технологий, информационной безопасности. Наши разработки интересны также горно-металлургическим и энергетическим компаниям. Уже планируем встречи с потенциальными заказчиками и партнерами, в коллаборации с которыми мы могли бы и дальше реализовывать проекты, но еще более эффективно.
Востребованность наших разработок особенно важна в условиях импортозамещения. Необходимо обеспечить промышленность современными решениями и технологиями. Сейчас есть объективные сложности с приобретением электронных компонентов и программного обеспечения. Мы предлагаем продукты, позволяющие заместить западные решения, а в ряде случаев даже лучших результатов добиваемся, потому что продукты создаются у нас здесь специально для решения конкретных задач и совместно с заказчиками.
– А на какие конкретно разработки большой спрос?
– Мы развиваем сразу несколько направлений. Есть разработка, связанная с построением интеллектуальных систем управления технологическими процессами на основе математических моделей. Это новый класс систем, которые применяются в промышленности в первую очередь для сложных многосвязных объектов.
– Речь идет об электронных советчиках?..
– На производстве технологу даже с огромным опытом бывает непросто. Представьте: в доменной печи измеряется несколько сотен параметров. Понятно, что есть два-три десятка ключевых, на которые смотрит мастер. Но одно дело, когда у вас опытный мастер, а другое дело – когда пришел молодой специалист. Для этого мы создаем системы-советчики. Они учитывают исторический опыт, лучшие практики управления в сочетании с дополнительной информацией, которую мы получаем с помощью математических моделей и дополнительных датчиков.
Формируются советы по управлению процессом для персонала. Такая система позволяет добиваться бизнес-целей, которые есть у любого предприятия. Например, экономия энергии, снижение потерь или производство большего количества продукции. Те решения, которые мы разрабатываем, как раз таки и позволяют эти цели достигать.
Второе направление – это промышленная сенсорная сеть. Для того чтобы строить модели системы управления, нам нужны данные. Датчики есть в большом количестве на многих объектах, но далеко не всегда их достаточно и качество этих данных может не соответствовать требованиям, которые предъявляют современные методы построения систем управления на производстве.
Решаются задачи получения знаний из данных. Нам надо сделать так, чтобы количество данных, а по факту знаний об объекте было достаточным для эффективного управления этим объектом. И здесь на помощь приходят технологии промышленного интернета вещей, когда мы создаем дополнительные средства контроля, мониторинга технологического процесса, используя современный подход. Информация передается по радиоканалу, датчик имеет автономный модуль питания. Это очень сильно упрощает процесс внедрения технологии. То есть не нужно прокладывать кабели, защищать трубы, создавать какие-то конструкции. Все достаточно быстро и удобно. Берете датчик, ставите на объект, включаете сетевой контроллер – и по радиоканалу информация попадает в систему мониторинга.
Это направление также актуально и перспективно в плане дальнейшего применения в промышленности. Конечно, и здесь возникают вопросы надежности, автономности, информационной безопасности. Мы это учитываем и предлагаем решения, которые, как показывает практика, работают.
Результаты мирового уровня
– А на площадке челябинского Межуниверситетского кампуса применимы ваши разработки?
– Для нас кампус – по сути, натурная модель, в рамках которой мы наши решения отрабатываем, отлаживаем, находим наилучшие варианты и, собственно, повышаем энергоэффективность самого кампуса. Наши проекты дают существенную экономию. А решения, проверенные на практике, вызывают большее доверие.
Есть еще ряд проектов, которые мы реализуем, к примеру, для сферы ЖКХ. В первую очередь это система управления наружным освещением. Тоже очень интересное направление. Здесь есть и классическая составляющая – проводная система управления, и часть, которая имеет определенную степень новизны. Это регулирование яркости светильников с передачей данных по питающей сети. Здесь очень понятный эффект. Было темно — стало светло. При этом есть временные промежутки, когда никого на улице нет и по нормам можно уровень освещенности снижать. Этим мы тоже занимаемся, технология позволяет решать и этот вопрос.
– А есть у вас результаты мирового уровня?
– Да, мы получаем такие результаты, создавая интеллектуальные автоматизированные системы управления технологическими процессами. Известные мировые бренды давно работают в этом направлении, создают системы, которые в своей основе используют математические модели объекта. Они прогнозируют его состояние и позволяют заранее определить, как объект себя поведет через какое-то время. Применяя эти знания, можно более эффективно объектом управлять.
Мы, по сути, реализуем проекты уровня, который предлагают западные вендоры. Между тем мы пошли дальше. Используем технологии искусственного интеллекта и интернета вещей. В совокупности наши результаты, безусловно, можно расценивать как достижение мирового уровня. По составу и методам они как минимум не уступают западным, а созданная нами сенсорная сеть по совокупности ключевых характеристик превосходит известные аналоги. Такие результаты стали возможны в том числе благодаря тому, что систему мы спроектировали специально для конкретных задач и с учетом условий, в которых она будет эксплуатироваться.
Факторы успеха
– Слово «импортозамещение» сравнительно недавно вошло в нашу жизнь. Но работы в этих направлениях в ЮУрГУ ведутся много лет. Сколько на вашем счету успешных проектов?
– Знаете, мы со счета сбились. За 25 лет их было очень много. Результаты успешно используются, из года в год дают экономический эффект и развиваются сами. Это все подтверждено, в том числе внутренним контроллингом наших заказчиков. Ежегодно проводит срез, есть системы мониторинга эффективности проектов.
Мы более 20 лет ведем хоздоговорные работы с ММК, рядом других промышленных компаний, работаем с нашими малыми инновационными предприятиями. При этом уверенно движемся вперед, понимаем ценность наших решений и получаем положительную обратную связь.
Успехи, безусловно, есть. Но, конечно же, и есть к чему стремиться. С одной стороны, нет предела совершенству, с другой стороны мир стремительно меняется, появляются новые вызовы и задачи. Очень важно быстро адаптироваться, учитывать инновации, которые появляются на рынке, и эффективно использовать те ресурсы, которые дает ЮУрГУ – лабораторная база, кадровый потенциал, студенты к проектной работе подключаются. Здесь, конечно, мы ощущаем мощную поддержку со стороны руководства университета.
– А какое, на ваш взгляд, самое перспективное направление работы?
– Промышленные сенсорные сети. Без них не получится построить нормальную систему. Это перспективная ниша. Да, есть на предприятиях определенные решения, но они не позволяют добиться эффективности, которая требуется. Как раз таки применение технологий интернета вещей, на мой взгляд, выглядит наиболее перспективным. Это направление нужно развивать в первую очередь, чем мы, собственно, и занимаемся.
– Каковы факторы успеха цифровых проектов?
– Я бы выделил три составляющие. Первая – использование инноваций и результатов наших прикладных научных исследований. В ЮУрГУ разрабатываются новые технологии, защищаются диссертации и, конечно, важно использовать полученные результаты в дальнейшей деятельности.
Вторая составляющая – экспертиза. Часто бывают ситуации, когда прекрасное решение, отлично проявившее себя в тепличных лабораторных условиях, не работает в реальном мире. Потому что есть множество противодействующих факторов – технических, организационных... При внедрении проекта в команде обязательно должны быть эксперты с опытом работы в различных областях: специалисты по автоматизированным системам управления, по информационным технологиям, по информационной безопасности. И, конечно же, необходимы эксперты-технологи, которые очень хорошо понимают производственные процессы на том объекте, где внедряется система. Без них часто классные разработки «не взлетают», потому что не учитываются нюансы, о которых ученые и программисты просто не знают.
И третья составляющая, наверное, самая важная. Это вопросы, связанные с управлением изменениями при внедрении цифрового продукта. Когда мы приходим с идеей на предприятие, ощущается некое противодействие персонала. Руководитель говорит: «Нам это надо, это нам поможет». Но люди привыкли работать по-другому, у них сложились свои регламенты. И когда им сообщают «теперь будем делать все иначе», они это воспринимают, как правило, в штыки. Во-первых, в силу привычки, а, во-вторых… появляются страхи. «Придет сейчас такая умная система — и меня уволят».
Есть и другие нюансы, связанные с человеческим фактором. Все это препятствует внедрению цифрового продукта. Поэтому необходимо сопровождение, некие организационные изменения в работе предприятия. На старте надо определить команду продукта, чтобы он не навязывался сверху, а создавался внутри коллектива. Команда — это специалисты, которым предстоит создаваемый продукт использовать и обслуживать. И тогда воспринимать новшество сотрудники будут как реального помощника.
Экономический эффект, конечно, очень важен. Но лично для меня цифровой проект успешен, если он интегрирован в бизнес-процесс, живет самостоятельной жизнью и развивается. Именно к этому мы стремимся.
Тройственный союз
– А неудачный опыт коллег вы учитываете в своей работе? Или им не спешат делиться в научной среде?
– Как говорится, шила в мешке не утаишь (смеется). Мы любой опыт учитываем, неудачный особенно. Сложно представить ситуацию, при которой все всегда получается. Проекты масштабные, сложные. Что-то может пойти не по плану. И тогда проявляется талант проектного менеджера, руководителя. Надо нормально это воспринимать, учиться с этим работать и добиваться результата, несмотря ни на что.
– И последний вопрос, Дмитрий Александрович. Привлекательна сфера ваших научных интересов для молодежи?
– У нас большинство специалистов — молодые ребята. Люди в возрасте 25 плюс. В их числе и девушки. Хотя есть, конечно, и опытные коллеги. Наш гуру – Лев Сергеевич Казаринов, основатель современной научной школы кафедры автоматики и управления. Воспитал около двух десятков молодых ученых, «защитил» их. И я его ученик, защитил у него кандидатскую и докторскую. Наука молодеет. Промышленная автоматизация и интернет вещей – это действительно интересное направление. Приятно видеть, когда у молодого специалиста горят глаза, особенно при получении результата.
Благодаря научному заделу, высококвалифицированным кадрам, несмотря на все сложности, удается вести разработки на мировом уровне. Они востребованы предприятиями. У нас хороший фундамент для дальнейшего развития, и в целом мы с оптимизмом смотрим в будущее. Видим цели, понимаем, каковы способы их достижения, и у нас есть для этого все необходимые инструменты.
Дальнейшие результаты будут зависеть от наших стараний и от поиска выходов из сложных ситуаций, которые были, есть и будут. Очень перспективно сочетание науки, практики и современных методов цифровизации. Этот тройственный союз, который мы, по сути, сейчас создали в университете, позволит нам и дальше успешно конкурировать и повышать эффективность промышленности.