Технологические заделы и исследовательские компетенции ООО НПП «Учтех-Профи» в разрезе девяти сквозных цифровых технологий (Индустрия 4.0).

18.02.2019
В связи с тем, что эффективное развитие рынков и отраслей (сфер деятельности) в цифровой экономике возможно только при наличии развитых платформ, технологий и инфраструктурной среды, то деятельность ООО НПП «Учтех-Профи» сфокусирована пока на следующих 2-х нижних уровнях цифровой экономики:

  • создание условий для развития цифровой экономики через формирование высоко-технологичной образовательной среды во всех уровнях системы профессионального образовании, в том числе  и формирование исследовательских компетенций;
  • развитие основных инфраструктурных элементов цифровой экономики и образования (информационная инфраструктура, информационная безопасность).
Основными сквозными цифровыми технологиями в деятельности института являются.

I. Технологии виртуальной и дополненной реальности.

Переход промышленности России на цифровые технологии и производство требует упреждающее формирование в системе профессионального образования «цифровой» образовательной и исследовательской среды, как самого эффективного инструмента обеспечения прочности и глубины знаний, умении и навыков, достоверности и полноты экспериментов по приоритетным направлениям науки, техники и технологий.
Среди современных информационных технологий приоритетными являются технологии виртуальной и дополненной реальности. На их базе разрабатываются виртуальные учебные и исследовательские комплексы, тренажеры-имитаторы различного оборудования по различным направлениям подготовки.

Тренажер виртуальной реальности

Тренажер с технологией виртуальной реальности

Технологии виртуальной и дополненной реальности обеспечивают интерактивное взаимодействие с виртуальными аналогами реального оборудования: исследование и изучение принципов работы и устройства, получение навыков эксплуатации и диагностирования сложного габаритного дорогостоящего оборудования и высокоэнергетических систем в различных сценариях работы, имитацией аварийных ситуаций, отработкой последовательностей действий согласно утвержденным сценариям эксплуатации.

Программно-аппаратные комплексы виртуального прототипирования позволяют исследовать трехмерные модели оборудования в реальном масштабе и интерактивно взаимодействовать с цифровыми моделями. Система интерактивной визуализации результатов численного моделирования таких технических и технологических задач выполняет роль комплексного постпроцессора для осуществления учебной, исследовательской и презентационной деятельности. Это позволяет в автоматическом режиме обрабатывать высокоточные CFD-данные, полученные методом суперкомпьютерного моделирования, и затем визуализировать эти данные в реальном времени с помощью современных технологий трехмерной визуализации и рендеринга. 

Работы с тренажерами осуществляются с помощью физических контроллеров и комплекта виртуальной реальности. Взаимодействие с исследуемыми трехмерными моделями происходит в виртуальном трехмерном пространстве в реальном времени. Проведение исследовательских работ в системах на основе технологий дополненной реальности осуществляется в режиме диалогового интерфейса с интерактивной визуализацией исследуемых трехмерных моделей методом совмещения изображения, полученного цифровой камерой оборудования, с изображением исследуемой трехмерной модели.

Для решения данной стратегической и комплексной задачи в университете создан и успешно функционирует научно-производственный комплекс «Индустрия образования России». В его номенклатуре среди 5 600 образцов более 400 наименований высокотехнологичной (на базе цифровых технологий) учебно-исследовательской продукции (www.Labstand.ru).

Сформированная линейка тренажеров, эмуляторов, имитаторов, интерактивных наглядных пособий с 3D технологиями, а также c виртуальной и дополненной реальности представляет возможность создания типовых «электронных лабораторий-мастерских», виртуальных лабораторных практикумов. 

Перечень профессиональной подготовки охваченных стендами-тренажерами-эмуляторами, продукцией:
При этом тренажеры-эмуляторы (имитаторы) являются самым эффективным и систематизированным по критерию цена/качества образовательно-исследовательским инструментом, продуктивно формирующим современные знания, профессиональные компетенции, востребованные рыночной экономикой развитых стран.

Наиболее значимые примеры: тренажер-имитатор автоматизированной линии производства макаронных изделий (ОАО ''МАКФА''), электрооборудование и электроника легкомоторных летательных аппаратов (ООО ''ЧЕЛАВИА''), стартовый комплекс ракет на примере космодрома ''Восточный'' (ФГБОУ ВО «АмГУ»), программно-аппаратные лаборатории ''Виртуальное месторождение'' и ''Транспортировка и переработка нефти и газа'' (АУНиГ, Казахстан), Виртуальная лаборатория ''Энерджинет'' (ГБПОУ НСО ''НПЭК''), виртуальные учебные комплексы добычи нефти (ГАПОУ ЛНТ), тренажер дефектоскопии авиационного двигателя (УГТУ) и другие проекты.

 
Видео тренажера ''Логистика космодрома Восточный''

Приложение - справка о перечне и объемах поставок тренажеров-эмуляторов внешним заказчикам продукции.

Планируется разработка тренажеров-имитаторов оборудования Новосибирской ГЭС и Иркутской ТЭЦ в 2019 году, а также других виртуальных комплексов на основе технологий виртуальной и дополненной реальности вузам, техникумам и учебным центрам предприятий России.

Дополнительные области применения тренажеров – эмуляторов:
  • Для лиц с ограниченными возможностями.
  • Для WORLD SKILLS
  • Для одаренной молодежи: детские технопарки, кванториумы, школьно-студенческие прокатно-конструкторские бюро.
Предлагаемые промышленные подходы к формированию цифровой образовательной среды позволяет реально повысить эффективность профессионального образования обеспечить подготовку инновационных специалистов и тем самым заложить основу интеллектуального роста и финансового процветания страны в последующие годы.

II. Компоненты Робототехники и сенсорики.

1. Направление «Промышленные работы».
  • Сторонним заказчикам реализовано семь проектов по промышленной робототехнике на базе роботов КУКа (за 2018г.)
  • Внедрен роботизированный мехатронный комплекс (на базе КУКа) в области программирования роботизированных производственных комплексов и автоматических линий.
  • Смонтирован уникальный фрезерный комплекс на базе шести осевого промышленного робота КУКа с возможностью изготовления сложных деталей для ракетостроения - «вафельный фен». Аналогов нет в Российских вузах.
  • Продолжается разработка и совершенствование программно-аппаратного комплекса по сервисному инжинирингу в автоматизированном машиностроении «ТехноСИМ Про». Комплекс позволит эффективно проводить обучение наладчиков и сервисных инженеров промышленных роботов, станков с ЧПУ, гибких автоматизированных линий, технологического и вспомогательного оборудования. Комплекс работает на базе технологий виртуальной реальности, что обеспечивает максимальную степень погружения в реальный процесс, прочность и глубину знаний и профкомпетенции, а также существенно снизить расходы, связанные с эксплуатацией реального дорогостоящего оборудования. Готовится документация на госрегистрацию программного продукта.

Видео ''Сервисный инженер промышленного робота KUKA (симулятор)''

В перспективе планируется расширение функционала ПАК «ТехноСИМ Про» до возможности работы в режиме тандема – «мастер+ученик». Данная технология успешно используется для обучения нового персонала на автоконцерне «Volkswagen- Audi» и компании «Siеmens».

Планируется усовершенствование конструкции роботизированных ячеек, необходимых для проведения соревнований WORLD SKILLS, а также создание уникальных сварочных и фрезерных комплексов на базе промышленных роботов для ускоренного обучения студентов, в рамках стандартного курса автоматизации по программе магистратура.

2. Направление «Гидро- пневмоавтоматика».

Разработаны, изготовлены и переданы заказчикам:
  • Исследовательский комплекс «Гидравлический следящий привод с цифровым управлением».
  • В 2017 г. на НПО «Ростар» (ООО АрСиЭр) внедрен испытательный стенд с цифровой системой сбора, хранения и анализа данных и цифровым управлением процессом испытаний жизненного цикла пневматических рессор.
  • Исследовательский стенд «Импульсная пневматическая система стабилизации с цифровым управлением».
  • Исследовательский практикум «Пропорциональная гидравлическая и пневматическая техника в роботизированных технологических системах в машиностроении» ИП-РМ-ГПП-018 предназначенный для создания цифровых двойников промышленных гидравлических и пневматических аппаратов. В корпусах аппаратов сделаны необходимые вырезы для возможности точного измерения геометрии деталей, для моделирования течения рабочей среды на дросселирующих кромках аппарата с последующим включением результатов расчета в модель цифрового двойника.
Планируемые работы:
  • Разработка следящего гидропривода с обратной связью по видеосигналу с камеры реального времени.
  • Разработка следящего пневмопривода с обратной связью по видеосигналу с камеры реального времени.
  • Создание цифровых двойников пропорциональных гидроаппаратов для отслеживания их работоспособности в режиме реального времени.
3. Направление «Автоматизация и сенсорика».

Industry 4.0 - Макет производственной линии МЕ8-системы. Функциональный макет промышленной линии производит заказы, которые генерируются в МЕS системе. МЕS-система позволяет контролировать состояние склада готовой продукции, а также отслеживать текущие значения технологического процесса станций производственной линии.
Макет решает основные задачи цифровизация производства: управление гибкими производственными системами, модульность, безопасность и интеллектуальная обработка данных.

Отличительные особенности:
  1. Возможность расширения технологического процесса с помощью дополнительных станций, что позволяет масштабировать систему до более крупных производственных установок.
  2. Использование актуальных средств автоматизации от ведущих фирм производителей SIEMENS, ТURCK, SMC.
  3. Интеграция FRID систем записи/чтения в систему автоматизации.
  4. Настройка коммуникаций между системой управления выпуском продукции и системой автоматизации с использованием промышленных протоколов и интерфейсов передачи данных (PROFINET, ЩЗС-сервер))
  5. Стенд предназначен для командной работы и является программно-аппаратной базой для широкого круга проектных работ в области Industry 4.0

III. Нейротехнологии и искусственный интеллект.

Перечень реализованных проектов:
1. В разработке научно-исследовательский комплекс «Цифровая интеллектуальная платформа по имитационному моделированию дорожного движения на основе анализа больших данных (BigData)

Исследовательские работы по тематике дорожной карты «Автонет», «Системы управления движением транспортных средств с высокой степенью автоматизации» и «Си-стемы связи V2X (автомобиль-автомобиль, автомобиль-инфраструктура, автомобиль-другие участники движения)»
  • Сенсорные сети на основе технологий компьютерного зрения.
  • Системы интеллектуального управления транспортными потоками на основе динамического мониторинга качества дорожного покрытия.
  • Сбор и обработка больших данных (BigData) по формированию и расширению транспортных потоков в городских агломерациях.
  • Платформа агрегации больших данных поступающих от сенсорных сетей узлов УДС.
  • Макро и микромодели дорожного движения транспорта на основе имитационного моделирования.
  • Алгоритмы обучения искусственной нейронной сети для автоматизированного управления транспортными потоками, формирование динамической маршрутной сети транспорта, построение логического «грузового» каркаса городов.
  • Визуализация объектов проектирования при помощи технологии виртуальной и дополненной реальности с высокой степенью реалистичностью.
2. Разработка проекта «Интеллектуальный электропривод с промышленным интернет вещей и дополненной реальностью».

Комплекс состоит из 4-х модулей: 
  • Автоматизированная система управления верхнего уровня транспортными системами современного производства SCADA системы и 3D виртуальные объекты автоматизации.
  • Интеллектуальный электропривод в HVAC системах «Умных зданий». АРМ разработчика со SCADA системой.
  • Система идентификации объектов (Siemens). АРМ разработчики со SCADA системой.
  • Интеллектуальная подъемно-транспортная система «Умный кран». Синтез и исследование систем интеллектуального зрения крана и безоператорного его позиционирования в складском хозяйстве.
Список перспективных проектов (2019-2020 гг.)
  • Разработка микропроцессорного комплекса средств релейной защиты и автоматики для цифровых подстанций нового поколения.
  • Разработка централизованного цифрового комплекса защиты и управления цифровой подстанции на базе промышленных серверных и сетевых технологий.
  • Разработка цифровой системы удаленного мониторинга, измерений и диагностики интеллектуального электроэнергетического оборудования цифровых подстанций.
  • Разработка устройства регистрации аварийных событий для цифровой подстанции.
Примечания:
  1. Темы предполагают выполнение инновационных разработок с перспективой для внедрения в промышленный сектор, а также создание опытного образца для выполнения экспериментальных и исследовательских работ.
  2. Предложенные темы согласованы с:
  • Программой инновационного развития ПАО "ФСК ЕЭС на 2016-2020 годы с перспективой до 2025года.
  • Стратегией развития цифрового электросетевого комплекса России до 2030 года ПАО «Россети».

IV. Новые производственные технологии. Умное производство. Цифровые двойники.

Ведущие промышленные компании планируют переход от экстенсивной модели развития за счет расширения рынков к интенсивной модели, связанной с глубокой модернизацией уже имеющихся мощностей на базе цифровой техники.

Переход к умному производству требует создание инфраструктуры, включающей:
  • Цифровые двойники технологических процессов и оборудование, охватывающих все стадии производства.
  • Интеллектуальное оборудование (приводы, датчики).
  • Облачные платформы (системы сборки, хранение и обработка данных).
  • MES системы.
  • Аналитические модели, связывающие показатели надежности, безопасности, качества продукции их экономическое измерение. Результат- управленческие решения.
Создание и развитие цифровых двойников производств и производственного оборудования на базе передовых информационных технологий. Разработка программно-аппаратных комплексов с возможностью взаимодействия с существующей АСУ ТП предприятия, имитацией работы систем оборудования в различных ситуациях, предиктивным анализом данных, а также системой мониторинга и управления. 

Цифровой двойник – это виртуальная компьютерная модель физического оборудования или производственной линии, отображающая реальное состояние и рабочие характеристики своего двойника. Включает точную геометрию оборудования с возможностью поэлементного исследования (трехмерный атлас), а также базы данных, содержащие техническую и эксплуатационную документацию, характеристики оборудования и основные параметры. 

Виртуальная модель может быть связана с существующими системами мониторинга и управления производством для получения реальных эксплуатационных показателей с целью дальнейшей виртуальной имитации работы оборудования (симуляции) в различных сценариях работы. Таким образом позволяя предотвратить аварийные и нештатные ситуации на реальном производстве при определенных рабочих параметрах.

Цифровой двойник может работать как в оконном интерфейсе компьютера, так и может быть совмещен с комплексом интерактивной визуализации, с применением систем виртуальной реальности.

Цифровой двойник позволяет взаимодействовать с реальным оборудованием на всех стадиях жизненного цикла. На этапе изготовления, разработанная модель поможет в определение требуемых допусков, точностей изготовления для соблюдения характеристик и безотказной работы оборудования в течении всего срока службы, а также позволит быстро выявить причины неисправностей в процессе тестирования. На этапе эксплуатации модель цифрового двойника может быть доработана и использована для реализации обратной связи, диагностикой и прогнозированием неисправностей, повышением эффективности работы, перекалибровки, выявления новых потребностей потребителя (модернизации).

Пример проекта: Реализация цифровой копии непрерывного трубопрокатного стана PQF ТАГМЕТ 2014 и трубопрокатного цеха ВТЗ в 2018 году.

Планируемые работы:
  • Разработка цифровых двойников Металлургических линий ТМК Групп и других крупных производств.
  • Создание цифровых двойников отдельных технологических процессов (выплавка, непрерывная разливка, прокатка, прошивка, раскатка, гибка, вальцовка, формовка, сварка, эспандирование, калибровка, термообработка).
  • Создание цифровых двойников технологического оборудования (дуговые сталеплавильные печи, МНЛЗ, прокатные станы, сборочно-сварочное оборудование, термические печи).
  • Установление и реализация внутренних взаимосвязей между цифровыми двойниками отдельных технологических операций для создания цифрового двойника предприятия.
  • Разработка модели для выработки управляющих, корректирующих воздействий в рамках системы принятия решении. 
Индустриальный партнер - Группа ЧТПЗ. 
V. Технологии беспроводной сети.

Данное направление представлено линейкой стендов, которые были поставлены в более 240 учебных заведений СПО, ВПО РФ   и стран СНГ. Данная учебная техника покрывает все направления цифровой связи.

Основной перечень технологий и оборудования беспроводной связи (стенды)
VI. Промышленный интернет вещей. Кибербезопасность.

1. В рамках данных направлений разработана и реализована научно исследовательская лаборатория «Индустриальный интернет вещей».

Лаборатория предназначена для развития инфраструктуры высокотехнологичной научно-образовательной деятельности университета, включая оснащение «цифровым» оборудованием и информационными технологиями. Лаборатория соответствует стратегическому направлению «Сенсорные системы и индустриальный интернет вещей» и обеспечивает проведение научно-исследовательских работ, направленных на:
  • исследование подходов к организации интернета вещей в рамках здания;
  • проектирование энергоэффективной архитектуры интернета вещей здания;
  • проектирование устройств интернета вещей с целью снижения энергопотребления здания;
  • исследования процессов потребления электроэнергии и их оптимизацию с помощью технологий интернета вещей для здания.
Лаборатория Интернет вещей

 Лаборатория «Индустриальный интернет вещей»

Лаборатория предоставляет возможность проведения следующих лабораторных работ:

Работа с готовыми устройствами:
  1. Настройка и добавление всех устройств в облако MiHome.
  2. Работа с автоматизацией в MiHome: управление аудиторией в автоматическом режиме. Интеграция умных светильников, штор, датчиков открытия окон и дверей, датчиков движения, датчиков влажности, температуры и загрязненности воздуха, управление очистителем, увлажнителем воздуха и вентилятором.
  3. Платформа Domoticz: управление устройствами с помощью расширенного алгоритмического языка (более подробна автоматизация).
Построение собственных устройств:
  1. Знакомство и программирование ESP8266. Подключение к платформам IoT.
  2. ESP8266. Построение "умной" светодиодной лампочки (белой с регулируемой температурой света и RGB цветной).
  3. ESP8266. Построение "умной" розетки.
  4. ESP8266. Построение "умного" датчика температуры и влажности.
  5. ESP8266. Построение "умного" датчика освещенности.
  6. ESP8266. Построение "умного" датчика движения.
  7. ESP8266. Построение "умного" датчика дыма.
  8. ESP8266. Построение "умного" датчика открытия.
  9. ESP8266. Построение "умного" гироскопа и акселерометра.
  10. ESP8266. Построение "умного" счетчика электроэнергии.
  11. Построение автоматизированной системы IoT на базе построенных ранее устройств: ''умная'' квартира (с использованием дополнительных устройств: обогреватель и вентилятор).
  12. Знакомство и программирование ESP32. Подключение к платформам IoT.
  13. ESP32. Работа с дисплеем.
  14. ESP32. Работа с клавиатурой.
  15. ESP32. Работа с передачей данных через канал GSM.
  16. ESP32. Работа с определение местоположения при помощи технологии GPS.
  17. ESP32. Работа с передача данных через радио-канал Lora.
  18. ESP32. Построение пульта управления системой из ранее построенных устройств.
Лаборатория предоставляет возможность проведения следующих научно-исследовательских работ:
  1. Исследование архитектуры Интернета Вещей уровня конечного объекта.
  2. Исследование архитектуры Интернета Вещей уровня верхней абстракции.
  3. Исследование, настройка и программирование центрального блока системы для создания энергоэффективной структуры здания.
  4. Исследование устройства датчиков и процесса обработки данных с датчиков с целью снижения энергопотребления здания.
  5. Энергоэффективное управление освещением. Переключение и контроль состояния, регулирование яркости. Автоматическое управление освещением.
  6. Энергоэффективное управление бытовыми приборами. Управление питанием приборов, передача команд посредством инфракрасного излучения.
  7. Проектирование оптимальных каналов связи в рамках Интернета Вещей здания через сети ZigBee/WiFi/BlueTooth.
  8. Исследование и оптимизация существующих алгоритмов распознавание образов и жестов для управления системой Интернета Вещей.
  9. Исследование и оптимизация существующих алгоритмов видеонаблюдения для контроля состояния системы Интернета Вещей.
2. Кибербезопасность.

Данное направление представлено линейкой учебно-исследовательских стендов, которые поставлены в более 160 учебных заведений СПО и ВПО.

В базовый комплект наименований входят:
  • Аудит безопасности беспроводных сетей WI-FI 
  • Сетевая безопасность
  • Системы доверенной загрузки
  • Программные средства защиты информации от несанкционированного доступа.
В случае заинтересованности в приобретении данного высокотехнологичного учебного оборудования и желании участвовать в развитии и использовании цифровых образовательных технологий просим обращаться по тел.: 8 (351) 729-90-11, 8 (499) 372-16-20 E-mail: RNPO@Labstand.ru .



Возврат к списку