Лучшим инновационным проектом сотрудников университетов и научных организаций Петербурга в номинации «Цифровые технологии и искусственный интеллект» стала разработка в духе пятой промышленной революции. В отличие от предыдущей «Индустрии 4.0» эта концепция ориентирована не на полную автоматизацию процессов, а на синергию человека и электроники. Группа ученых Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II создала в помощь сервисным инженерам, которые занимаются техническим обслуживанием промышленного оборудования, многофункциональное носимое устройство – «цифровой аватар», то есть образ специалиста в виртуальном пространстве.
Предмет многолетнего научного интереса Натальи Котелевой, доцента кафедры автоматизации технологических процессов и производств, – использование автоматизированных систем управления для диагностики электрооборудования. Разработка-победитель выросла именно из этой темы.
«Возьмем для примера электродвигатель. Существует много средств его диагностики, но иногда они настолько дороги, что проще заменить агрегат, чем выстраивать мониторинг. Наша идея позволяет значительно удешевить процесс. Предлагается новый метод обнаружения неисправностей в приводах переменного тока с помощью построения диагностических кривых. В режиме онлайн инженер сможет отслеживать отклонения параметров в удобном для человеческого глаза формате кривой линии. Отклонение кривой от нормы служит сигналом для сервисного инженера о нарушении штатного режима работы», – рассказала Наталья Котелева.
Разработка, созданная Натальей совместно с коллегой с кафедры автоматизации Александром Симаковым, позволяет предприятию без значительных дополнительных затрат реализовать проактивную стратегию технического обслуживания оборудования: постоянный мониторинг минимизирует количество ремонтов из-за поломок или аварийных ситуаций.
Предположим, что сервисный инженер по состоянию диагностической кривой уже сделал вывод о необходимости обслуживания двигателя. Далее специалист переходит из виртуальной среды в реальную, и там тоже возникает потребность в цифровых решениях. Разработчики в дополнение к системе диагностики предложили удобный способ протоколирования манипуляций сервисного инженера с помощью «умных перчаток». В Санкт-Петербургском Горном создан новый тактильный датчик на основе графена. По словам Натальи Котелевой, было проведено много экспериментов, прежде чем удалось найти технологию, позволяющую сделать датчик максимально тонким:
«Это принципиальный вопрос. От компактности датчика зависит удобство работы в перчатках. К сегодняшнему дню нам удалось снизить его толщину до трех миллиметров. Начальные «сэндвичи» были более чем вдвое толще. В конечном счете, хотим сделать датчики неощутимыми для пользователя, чтобы работать в «умных перчатках» было так же удобно, как и в обычных».
Для удобства работы важна также компактность блока обработки данных, который, как часы, крепится на руке специалиста. Сегодня его масса составляет 165 граммов вместе с батарейками, и есть резерв для совершенствования.
В дополнение к «умным перчаткам» разработчики включили в систему носимых устройств сервисного инженера гаджеты для работы с изображением. В максимальной комплектации речь идет об очках дополненной реальности и видеокамере. AR-очки выдают всплывающие подсказки, а камера фиксирует положение рук инженера.
Исследователям удалось максимально сократить объем фиксируемой информации. Хранение гигабайтов данных с носимых камер в обычном виде требует мощных серверов, а это сопряжено с немалыми затратами. Ученые Горного исключили сбор лишней информации: компьютер сохраняет только изменение трехмерных координат цифрового аватара, данные о включении и силе нажатия на тактильные датчики и временные метки. К тому же такой подход снимает все вопросы относительно защиты персональных данных инженера.
Эффективная диагностика оборудования в сочетании с фиксацией цифрового следа инженера дает комплексный эффект: сокращается скорость принятия решений, упрощается поиск резервов для оптимизации процесса сервисного обслуживания, создается возможность для наиболее точной оценки компетентности специалиста, повышается эффективность обучения новичков. Кроме того разработка ученых Горного вписывается в актуальную сегодня концепцию создания производственных метавселенных, где физические и информационные сущности существуют в неразрывной связи. Блок операций, связанных с сервисным обслуживанием, оптимален на начальном этапе формирования метавселенной предприятия. Так считают 44% опрошенных специалистов. Следующим этапом может стать цифровизация проектирования и планирования. В финале внедрения к системе можно подключать и основные технологические процессы предприятия.
Уже сегодня ученые Горного исследуют применимость своей разработки к контролю качества выполнения сборочных работ. Кроме того отдельные модули системы могут пригодиться для повышения эффективности в самых разных областях минерально-сырьевого комплекса. В частности, они востребованы при сопровождении вспомогательных операций основных технологических процессов горной, строительной и нефтегазовой отраслей.