Проект ученых вуза исследует возможности по созданию системы цифровых двойников производственных процессов

Внедрение инновационного производства, использующего методы Big Data (интеллектуального анализа больших данных) для анализа информации, поступающей с сенсорных сетей, является важнейшим трендом развития мировой экономики. Сегодня ведущие индустриальные корпорации мира уже применяют их для оперативного мониторинга и сбора информации о состоянии технологических процессов производства. По мнению ученых, совсем скоро наступление четвертой индустриальной революции позволит объединить виртуальный мир с физическим.

Концепция «цифрового предприятия» как платформы, объединяющей интеллектуальную сеть датчиков, установленных на оборудовании реального предприятия, и виртуальный образ этого предприятия в виде «цифрового двойника» («digital twin»), служит нескольким глобальным задачам. Прежде всего, это прогноз и предотвращение аварийных ситуаций:

«Проект ученых ЮУрГУ "Облачная индустриальная платформа» исследует возможности по созданию системы цифровых двойников производственных процессов. Цифровой двойник в реальном режиме времени синхронизируется с производственными процессами путем обработки данных, которые получает с интеллектуальных беспроводных сенсоров. Собирая цифровые двойники различного оборудования и технологических процессов, мы можем создать цифровой двойник предприятия целиком. Это дает нам возможность анализировать текущую ситуацию, а также позволяет прогнозировать поведение отдельных узлов оборудования и всего предприятия в целом", – рассказывает Глеб Радченко, директор Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ.

ЮУрГУ уже имеет большой опыт по созданию цифровых двойников промышленных объектов. Примерами таких решений могут служить виртуальные 3D-модели прокатных станов и гидроэлектростанций. Университет также активно привлекает мировых научных лидеров в областях информационных технологий и измерительных систем для решения проблем российских предприятий. Так, в рамках Проекта 5–100 в вузе создана Лаборатория проблемно-ориентированных облачных сред, руководит которой профессор Андрей Черных, директор Лаборатории параллельных вычислений Центра научных исследований и высшего образования Энсенады (Мексика). Для решения задач, связанных с разработкой измерительных устройств нового поколения, создана Лаборатория самодиагностики и самоконтроля приборов и систем под руководством – профессора Оксфордского университета Мануса Генри (Великобритания).

Важнейшей задачей «цифрового предприятия» является автоматизация управления производством и модернизация технологических процессов. В рамках данного направления ЮУрГУ тесно сотрудничает с мировым лидером по производству сенсорных систем для предприятий «Индустрии 4.0», корпорацией Emerson, а также с промышленным гигантом Уральского региона в области металлургии – Магнитогорским металлургическим комбинатом.

«Первый проект – это система оценки состояния оборудования и его влияния на качество выпускаемой комбинатом продукции. Без сенсоров, без интеллектуального анализа данных, которые поступают с этих сенсоров, это невозможно заранее оценить, – рассказывает Глеб Радченко. – Второй проект ММК-ЮУрГУ связан с развитием системы компьютерного зрения, которая анализирует состояние выпускаемой продукции и с использованием механизмов искусственных нейронных сетей выявляет возможные дефекты. ЮУрГУ разрабатывает систему, которая позволила бы автоматизировать процесс анализа качества проката с помощью технологий "глубокого обучения» («deep learning»). Цифровое зрение позволяет выявлять различные дефекты подобного вида".

С ведущим производителем оборудования для автоматизации металлургических предприятий «SMS Group» (Германия) ЮУрГУ развивает проект по исследованию методов интеллектуального анализа данных для управления технологическими процессами на металлургических предприятиях.

Осуществлять эти и другие высокотехнологичные расчеты ученым ЮУрГУ позволяет Лаборатория суперкомпьютерного моделирования, где установлены три мощных суперкомпьютера суммарной вычислительной мощностью 606 TFlops. Гордость вуза – самый мощный суперкомпьютер лаборатории «Торнадо ЮУрГУ», имеет 29 184 процессорных ядер и занимает восьмое место рейтинге самых производительных суперкомпьютеров СНГ.