– Как зародилась идея проекта?

Александр Нестеров: 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 вместе с бакалаврами и магистрантами кафедры автоматизированного электропривода изготовили опытный образец стенда с дополненной реальностью. Один из бакалавров, делавших первый проект, Павел Ванин, стал участником проектного обучения, второй, Иван Холодилин, сейчас учится в аспирантуре Пекинского технологического института – партнера ЮУрГУ. Проект, которым наш выпускник занимается в китайском вузе, 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 китайские ученые, 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 чём заключается роль каждого из них?

Андрей Качалов: Наш проект носит глобальный характер. Под термином «интеллектуальный электропривод с промышленным интернетом вещей и дополненной реальностью» понимается комплекс, система технологий и инженерных компетенций, один руководитель просто не в состоянии одновременно полностью охватить своими знаниями все эти области.

Александр Сергеевич изначально тяготел к промышленным контроллерам, автоматизации, информационным системам, а я всегда был ближе к электронике, в том числе силовой, к реальному воплощению идей в «железе», взаимодействию с электроприводами, 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.

– Как в проекте задействованы магистранты?

– В процессе работы над планом развития проекта мы решили, что ключевые направления работы нужно дифференцировать: в основной части исследований по проекту задействованы четыре магистранта группы П-186 Энергетического факультета ПИ: Всеволод Вдовин, Дмитрий Щеколов, Борис Свистунов и Павел Ванин, и у каждого из них своя зона ответственности.

Всеволод совместно со студенткой бакалавриата Елизаветой Котельниковой работает в субпроекте «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 по адресу http://pasport_proekta.docx.

В будущем планируем объединить все наработки по исследованиям магистрантов в один общий поток. Эти четыре ручья сольются в единую реку – что, собственно, и станет логическим успешным завершением проекта.

А.Н.: Ребята рвутся в бой, рвутся работать с оборудованием, но на первоначальном этапе, прежде чем переходить к экспериментам, нужно наработать теоретическую базу.

А.К.: Можно провести параллель с занятиями в музыкальной школе. Когда ребенок только поступает туда, 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, сознание осмысленности занятий. Сейчас наши магистранты, условно говоря, занимаются изучением нотной грамоты. Но мы знаем, как важно вовремя перейти к практике – 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 их осуществления. 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.Н.: Наша кафедра – автоматизированного электропривода, 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 «электропривод» приобретает новые смыслы. Изначально существовал термин «нерегулируемый электропривод», затем – «регулируемый электропривод», на следующем этапе электропривод стал автоматизированным, а сегодня становится интеллектуальным.

А.К.: Причем это происходит именно сейчас, в наше время! Когда мы учились в вузе, лет десять-пятнадцать 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. Эти технологии тесно переплетаются с электроприводом, он становится частью Индустрии 4.0.

А.Н.: 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 заглянете в специализированную литературу, то найдете Smart Drive, однако 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 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.К.: Мы к этому стремимся!

– Одно из важных условий проектной деятельности – наличие публикаций в изданиях, индексируемых Scopus и Web of Science. Планируете ли вы в ближайшее время публикации по проекту?

А.Н.: Да, конечно. В течение первого полугодия проектной работы каждый магистрант подготовил материалы в рамках своего направления исследования. Теперь предстоит все эти материалы обобщить, систематизировать и подготовить к публикации. Магистранты будут соавторами статей.

– Где планируете публиковаться?

А.Н.: В тематических изданиях, входящих в Scopus.

А.К.: Наше направление сегодня – одно из самых актуальных, поэтому 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, который отличается высоким качеством и в плане подачи материала, и в плане его рецензирования. Новые публикации по проектному обучению в рамках направления «Интеллектуальный электропривод» также планируем отправлять в этот журнал.

А.К.: Вернемся к междисциплинарности. В процессе развития проекта мы достаточно часто имеем дело с информационными технологиями, нам, скорее всего, понадобится помощь программистов, поэтому в будущем планируем сотрудничество с другими институтами и высшими школами вуза.

А.Н.: Междисциплинарность важна, но мы также стремимся дать студентам навыки программирования. К примеру, когда студенты работали над учебным стендом с дополненной реальностью, я давал им задания, в рамках которых нужно было 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 – профессор кафедр автоматизированного электропривода и промышленной теплоэнергетики Максим Дудкин) реализует всё это самостоятельно. Он 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.

А.К.: Мы стремимся к тому, чтобы наши студенты были всесторонне развиты, стали специалистами действительно высокого класса, чтобы круг их компетенций был даже шире стандартного! В этом и есть одна из сверхзадач проектного обучения в ЮУрГУ.

– Как вы взаимодействуете с основным заказчиком, указанным в проекте, – НПИ «Учтех-Профи»?

А.К.: 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.

Планируем активно взаимодействовать с «Учтех-Профи» на этапе практической реализации проекта, когда потребуется сборка и отладка оборудования. Нам будут необходимы средства отладки. На кафедре автоматизированного электропривода есть хорошее оборудование и богатая материальная база, но их может оказаться недостаточно. Поэтому очень рассчитываем на помощь НПИ «Учтех-Профи». Кроме того, планируем, что на площадке «Учтех-Профи» будут проходить практику магистранты, участвующие в нашем проекте.

– В каких сферах промышленности найдёт применение ваша разработка?

А.К.: Электропривод – наиболее часто встречающийся объект на любом предприятии. Современные цеха высоко автоматизированы, содержат огромное количество исполнительных устройств, электродвигателей, клапанов, вентиляторов… Эти устройства вместе образуют комплекс: если, например, в одном прокатном стане задействовано около тысячи электродвигателей, то прогнозировать работоспособность 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 реальности, может быть востребована на крупных предприятиях, где работает множество электроприводов.

В качестве потенциальных партнеров рассматриваем ведущие металлургические предприятия региона – ЧТПЗ, «Мечел», ММК. На таких предприятиях востребованы специалисты по интеллектуальному электроприводу, которых мы готовим в рамках проектного обучения.