Четвертая промышленная революция, когда цифровые производства объединяют промышленность и цифровые технологии, сегодня стала реальностью. Люди управляют производством с помощью цифровых технологий и интернета, поэтому традиционных технологий обучения студентов уже недостаточно. В рамках стартовавшего в ЮУрГУ проектного обучения, на кафедре «Автоматизированный электропривод» энергетического факультета ПИ ведется подготовка студентов, владеющих технологиями управления интеллектуальным электроприводом на современных производствах.
Об эволюции понятия «электропривод» в современной электротехнике, о роли электропривода нового поколения в развитии Индустрии 4.0, о применении интеллектуального электропривода нового поколения в современном производстве и новаторстве ученых ЮУрГУ в этой сфере мы беседуем с руководителями проекта «Интеллектуальный электропривод с промышленным интернетом вещей и дополненной реальностью», доцентами кафедры «Автоматизированный электропривод», кандидатами технических наук Александром Нестеровым и Андреем Качаловым.
– Как зародилась идея проекта?
А.С.: Проект «Интеллектуальный электропривод с промышленным интернетом вещей и дополненной реальностью» – логическое продолжение исследований, которые ведутся на нашей кафедре. Мы несколько лет занимались применением дополненной реальности в составе учебных лабораторных стендов. В рамках работы по гранту ЮУрГУ по этой тематике мы вместе с бакалаврами и магистрантами кафедры «Автоматизированный электропривод» изготовили опытный образец стенда с дополненной реальностью. Один из бакалавров первого проекта – Павел Ванин – стал участником проектного обучения, второй – Иван Холодилин – учится в аспирантуре китайского вуза – партнера ЮУрГУ. Проект, которым наш выпускник занимается в Пекинском технологическом институте, связан с техническим зрением (теорией и технологией создания машин, которые могут производить обнаружение, отслеживание и классификацию объектов – прим. ред.). Обучение рассчитано на четыре года, нашего выпускника очень хвалят ученые Пекинского технологического института, отмечая его большой научный потенциал и стремление к исследовательской работе.
В рамках проектного обучения за основу исследования мы берем промышленный объект, оснащенный электроприводом нового порядка (так называемым интеллектуальным электроприводом), добавляя к электроприводу технологию дополненной реальности и технологию промышленного интернета вещей.
– У проекта два руководителя. В чем роль каждого из них?
А.В.: Наш проект носит глобальный характер. Под термином: «интеллектуальный электропривод с промышленным интернетом вещей и дополненной реальностью» – комплекс, система технологий и инженерных компетенций, один руководитель просто не в состоянии в текущий момент охватить своими знаниями все эти области целиком.
Александр Сергеевич изначально тяготел к промышленным контроллерам, к автоматизации, к информационным системам, а я всегда был ближе к электронике, в том числе,к силовой, к реальному воплощению идей в «железе», взаимодействию с электроприводами, с тяговыми механизмами. Поэтому было принято решение назначить в проект двух руководителей с разными зонами ответственности. Разделение по тематике исследований сохраняется и в научном исследовании, и в рамках образовательного проекта.
.jpg)
– Как в проекте задействованы магистранты?
– В процессе работы над планом развития проекта мы приняли решение, что ключевые направления работы нужно дифференцировать: в основной части исследований по проекту задействованы четыре магистранта, и у каждого из них своя зона ответственности. Еще два студента задействованы в субпроекте.
Среди участников основного проекта – магистранты группы П-186 Энергетического факультета ПИ Всеволод Вдовин, Дмитрий Щеколов, Борис Свистунов и Павел Ванин.
Всеволод работает в субпроекте совместно со студенткой бакалавриата Елизаветой Котельниковой. Тема их субпроекта – «Аппаратная часть с использованием датчиков и шлюза IoT для подключения к облачному приложению». Дмитрий Щеколов занимается разработкой аппаратной и программной частей системы при моделировании на микрокомпьютере, Борис Свистунов – математическим моделированием процессов, протекающих в асинхронном электродвигателе, Павел Ванин совместно с участниками субпроекта – Антоном Буллером и Иваном Холодилиным – разрабатывают интерфейс дополненной реальности и облачного приложения.
Более подробно с динамикой развития проекта можно ознакомиться в приложении к интервью.
В будущем мы планируем объединить все наработки по исследованиям магистрантов в один общий поток. Эти четыре ручья сольются в единую реку, которая собственно и послужит логическим успешным завершением проекта.
А.С.: Ребята рвутся в бой, рвутся работать с оборудованием, но на первоначальном этапе, прежде чем переходить к экспериментам, нужно наработать теоретическую базу.
А.В.: Можно провести параллель с занятиями в музыкальной школе. Когда ребенок только поступает в музыкальную школу, его начинают учить нотной грамоте. На музыкальном инструменте он играть еще не умеет. В этот период ему трудно достигать успехов, много непонятной теории и совсем нет практики. Так у ученика может пропасть энтузиазм, и на этом этапе очень важно поддерживать в нем интерес, осмысленность занятий. Сейчас наши магистранты, условно говоря, занимаются изучением «нотной грамоты». Но мы знаем, как важно вовремя перейти к практике. Это важно и в плане удержания интереса магистрантов к проекту, и для продвижения проекта в целом.
Эксперименты по проекту будут проводиться как в лабораториях кафедры, так и на базе «Учтех-Профи». В Университете есть всё необходимое оборудование для проведения экспериментов. И в ближайшее время мы с магистрантами планируем ставить один из ключевых опытов по нашему проекту.
– Для проектного обучения очень важна междисциплинарность. С кем в университете вы планируете сотрудничать?
А.С.: Наша кафедра называется «Автоматизированный электропривод», но электропривод уже давно стал частью информационных систем на предприятиях. В понятии «Электропривод» присутствует несколько составляющих: это механическая часть (электропривод присоединен к механизму), силовая часть, которая входит в энергетическую систему и влияет на нее, и часть, связанная с информационными системами предприятия.
Понятие «интеллектуальный электропривод», которым мы занимаемся в проекте, шире, чем понятие «Автоматизированный электропривод», поэтому проект можно отнести к междисциплинарным, так как здесь требуется помощь специалистов из разных сфер науки.
В наше время понятие электропривода приобретает новые смыслы. Изначально существовал термин «нерегулируемый электропривод», затем – термин «регулируемый электропривод», на следующем этапе электропривод стал автоматизированным, сегодня электропривод становится интеллектуальным.
А.В.: Причем это происходит именно сейчас, в наше время!
Когда мы еще учились в вузе, лет 10 – 15 назад, об интеллектуальном электроприводе еще речи не было. Мы постепенно переходили на цифровой электропривод. А сегодня на наших глазах появляются мощные микропроцессорные технологии, развиваются промышленные сети передачи данных, расширяются возможности обработки данных как на объекте, так и в облачных хранилищах данных. Эти технологии тесным образом переплетаются с электроприводом, он становится частью индустрии 4.0.
А.С.: Нужно отметить, что самого понятия «Интеллектуальный электропривод» ранее не существовало. В науке сегодня существует понятие «автоматизированный электропривод», но пока нет понятия «интеллектуальный электропривод».
Если вы зайдете в интернет или будете искать подобные понятия в специализированной литературе, то найдете Smart Drive, но это понятие ближе к автомобильным технологиям. Smart Electric Drive в поиске выдаст электромобиль Smart, но всё это не имеет непосредственного отношения к нашим наработкам.
Если ввести в поисковик понятие «интеллектуальный электропривод» на русском языке, то мы обнаружим схожие термины, относящиеся к электроприводам запорной арматуры (задвижек). Но точно сформулированного термина «интеллектуальный электропривод» пока нет, потому что он формируется как раз сейчас. В рамках нашего исследования мы формируем понятие «интеллектуальный электропривод», и в дальнейшем собираемся его запатентовать.
– Вы можете стать первопроходцами в научных публикациях и предложить этот термин научному миру?
А.В.: Мы к этому стремимся!
Одно из важных условий проектной деятельности – наличие публикаций в Scopus и Web of Science. Планируете ли вы в ближайшее время публикации по проекту?
А.С.: Да, конечно. В течение первого полугодия проектной работы каждый магистрант подготовил материалы в рамках своего направления исследования. Теперь нам предстоит стоит привести все эти материалы в общий вид, обобщить, систематизировать и подго-товить к публикации. Магистранты будут соавторами статей.
– Где вы планируете публиковаться?
А.С.: В тематических изданиях, входящих в Scopus.
А.В.: Наше направление сегодня – одно из самых актуальных, поэтому мы рассчитываем, что материал по интеллектуальному электроприводу будет опубликован в журнале уровня TOP-25. Ранее мы с материалами схожей тематики уже публиковались в словацком журнале Communications. Журнал отличается высоким качеством и в плане подачи материала, и в плане его рецензирования. Новые публикации по проектному обучению в рамках направления «Интеллектуальный электропривод» мы также планируем отправлять в этот журнал.
А.В.: Вернемся к междисциплинарности… В процессе развития проекта мы достаточно часто имеем дело с информационными технологиями, нам скорее всего понадобится помощь программистов, поэтому в будущем мы имеем в виду сотрудничество с другими институтами и высшими школами вуза.
А.С.: Междисциплинарность важна, но мы также стремимся дать студентам навыки программирования. К примеру, когда студенты работали над учебным стендом с дополненной реальностью, я давал студентам задания, в рамках которых они должны были освоить Unity и Solidworks в работе над информационными стендами с дополненной реальностью для разработки моделей (Unity — межплатформенная среда разработки компьютерных игр; Solidworks – профессиональная программа для промышленного проектирования и симуляции – прим. ред.).
Сейчас один из наших бывших магистрантов, а ныне аспирант нашего университета и одновременно аспирант Пекинского технологического института Иван Холодилин (руководитель – Максим Дудкин, Энергетический факультет) реализует всё это самостоятельно. Он сам умеет работать в Unity и Vuforia (Vuforia – плагин для реализации дополненной реальности – прим. ред.) и не нуждается в дополнительной помощи программистов, так как сам является высококлассным специалистом в этой области.
.jpg)
А.В.: Мы стремимся к тому, чтобы наши специалисты были всесторонне развиты и получили нужные компетенции даже сверх того, что они должны получить по стандарту, и стали специалистами действительно высокого класса! В этом и есть одна из сверхзадач проектного обучения в ЮУрГУ.
– Как вы взаимодействуете с основным заказчиком, указанным в проекте, – НПИ «Учтех-Профи»?
А.В.: НПИ «Учтех-Профи» сегодня – лидер по производству лабораторных стендов в России. Предприятие постоянно развивается, двигается вперед, вводит в линейку своих стендов новые технологии. Поэтому оно напрямую заинтересовано в том, чтобы получить новые перспективные разработки и затем, через свои стенды, доводить их до будущих бакалавров, магистров и так далее.
Мы планируем активно взаимодействовать с «Учтех-Профи» на этапе практической реализации проекта, когда потребуется сборка и отладка оборудования. Нам будут необходимы средства отладки. На кафедре «Автоматизированный электропривод» есть хорошее оборудование и богатая материальная база, но чего-то нам может и не хватить. Поэтому мы очень рассчитываем на помощь НПИ «Учтех-Профи». Кроме того, мы планируем, что на площадке «Учтех-Профи» будут проходить практику магистранты, участвующие в нашем проекте.
– В каких сферах промышленности будет использоваться ваша разработка?
А.В: Электропривод – это наиболее часто встречающийся объект на любом предприятии. Современные цеха высокоавтоматизированы, они содержат огромное количество исполнительных устройств, электродвигателей, клапанов, вентиляторов и так далее.
Эти устройства вместе образуют комплекс: если, например, в рамках одного прокатного стана задействовано около тысячи электродвигателей, то прогнозировать работоспособность состояния каждого из них технически сложно.
Наша основная задача в рамках проекта состоит в том, чтобы с помощью интеллектуального электропривода с использованием промышленного интернета вещей и дополненной реальности эффективно выполнить диагностику технического состояния и остаточного ресурса объектов и сделать ее доступной.
Предложенная нами технология интеллектуального электропривода, оснащенного программно-аппаратными модулями промышленного интернета вещей и дополненной реальностью, может быть востребована на крупных предприятиях, где в работе задействовано большое количество электроприводов.
В качестве потенциальных партнеров мы рассматриваем ведущие металлургические предприятия региона – ЧТПЗ, Мечел, ММК. На таких предприятиях востребованы специалисты по интеллектуальному электроприводу, которых мы готовим в рамках проектного обучения.