Федеральная инновационная площадка (ФИП)

Проект «Масштабируемая модель цифрового химического предприятия»

Цель проекта

Повышение качества подготовки инженеров по направлениям химии и химической технологии для соответствия новым общемировым требованиям и стандартам обучения, с учетом современных методов проектирования сложных химико-технологических систем, принципов обоснования и разработки ресурсо- и энергосберегающих, экологически безопасных процессов и схем производства, планирования производственных ресурсов и управления предприятием, с получением профессиональных навыков в области цифровых и сквозных технологий, а также защиты информации в системах автоматизированного управления химико-технологическими процессами.

Лаборатории и команда

Лаборатория «Цифровое химическое предприятие»:

Нургалиев Рустам Карлович (научный руководитель проекта)

Рыжова Алина Альбертовна

Зеленко Ольга Вячеславовна

Климанова Елена Юрьевна

Решаемые задачи: Изучение взаимосвязи технологических процессов в рамках химического производства. Изучение подходов построения сетевой инфраструктуры предприятия. Изучение основ внедрения систем информационной безопасности. Изучение основ построения промышленных баз данных реального времени. Построение систем диспетчеризации производства. Построение Web интерфейсов. Изучение клиент-серверных архитектур на основе технологий «тонкий», «толстый» клиент.

Достигнутые результаты: Подготовлен компьютерный класс, оборудованный новыми ПК, проведена отладка специального программного обеспечения для интеграции данных со всех лабораторий. Созданы технические условия для интеграции лабораторий “Автоматизированная система управления предприятием”, “Моделирование и разработка цифровых двойников”, “Промышленный интернет вещей”, “Масштабируемый цифровой двойник предприятия”, “Киберполигон технической и сетевой безопасности”, “Изучение тепло-массообменных процессов”.


Лаборатория «Автоматизированная система управления предприятием»:

Шинкевич Алексей Иванович

Барсегян Наира Вартовна

Галимулина Фарида Фидаиловна

Решаемые задачи: Областью интересов лаборатории является агрегация ряда подсистем управления предприятием: управление основными фондами, продуктом, логистикой, заказами, системой защиты производственных и автоматизированных систем. На основе анализа совокупности данных, поступающих из лаборатории «Цифровое химическое предприятие», должны приниматься управленческие решения для достижения рационализации ресурсообеспечения производства.

Достигнутые результаты:

Закуплено оборудование для оснащения Лаборатории. В период с 21 по 24 сентября проведена Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные тренды цифровой трансформации промышленных предприятий» , в рамках которой российскими учеными, аспирантами, студентами апробированы результаты научно-исследовательской деятельности по теме конференции. Число докладов - 85, участников - более 140. Сборник статей по итогам конференции размещен в базе РИНЦ.

Проведена II Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные тренды цифровой трансформации промышленных предприятий» и IV Международная научно-практическая конференция «Тенденции развития логистики и управления цепями поставок». 20-22 сентября 2023 г.

Разработан электронный учебный курс «Автоматизация промышленного предприятия на основе цифровых технологий» (3 з.е., 144 ч.), размещенный в среде Moodle КНИТУ.


Лаборатории «Промышленный интернет вещей (IIoT)» и «Моделирование и разработка цифровых двойников»:

Староверова Наталья Александровна

Гайнуллин Рустем Нусратуллович

Шустрова Марина Леонидовна

Решаемые задачи: создание цифровой лаборатории, включающей комплект оборудования: набор проводных и беспроводных цифровых датчиков, регистрирующие значения различных физических величин; интерфейсы для подключения датчиков к компьютеру и программное обеспечение, позволяющее собирать, анализировать и визуализировать изучаемые процессы.

В рамках лаборатории «Моделирование и разработка цифровых двойников» собранные данные из других лабораторий будут использованы для создания цифровых двойников изучаемых объектов, которые в дальнейшем можно использовать как платформу для исследования, моделирования и анализа процессов и систем, для прогнозирования состояния ключевых технологических параметров систем и процессов на определенном временном горизонте, оптимизации алгоритмов управления технологическими процессами, а также исследования возможностей повышения качества продукции, безопасности и экономической эффективности производства.

Кроме того, планируется исследование и разработки в области применимости Искусственных нейронных сетей и иных технологий искусственного интеллекта в управлении и оптимизации технологических процессов и производств. В процессе обучения планируется проведение совместных хакатонов, позволяющих решать вопросы эффективного и экологичного производства современными цифровыми методами. В процессе хакатонов, будут сформированы межкафедральные команды, состоящие из студентов технологических и IT-специальностей, позволяющие участникам найти совместные эффективные решения.

Примеры возможных кейсов:

•“Разработка интеллектуальной системы визуализации алгоритмов предупреждения чрезвычайных ситуаций на производственных объектах”;

•“Разработка информационной системы “Единая карта работника предприятия”;

•“Применение методов геймификации для адаптации новых сотрудников предприятия/организации”;

•“Создание цифровых двойников”.

Достигнутые результаты: Подготовлены материалы для разработки методических указаний для лаборатории "Промышленный интернет вещей", с учетом поданной заявки на закупку. Изданы 2 пособия по дисциплине "Введение в искусственный интеллект", которую планируется проводить в классе "Моделирование и разработка цифровых двойников" 1. Введение в искусственный интеллект. Том 1/ Староверова Н.А., Чигвинцева И.Р; Казань: ООО «Риц «Школа»», 2021 – 94 с., . 2. Введение в искусственный интеллект. Т.2 Нейронные сети. /Староверова Н.А., Чигвинцева И.Р.; Казань: ООО «Риц «Школа»», 2021 – 95 с.

В 2022 году изданы пособия и лабораторный практикум по дисциплине «Искусственный Интеллект в профессиональной сфере» Искусственный интеллект в профессиональной сфере. Часть 1: учебное пособие/ Н. А. Староверова, М.Л. Шустрова; Минобрнауки России, Казань: Изд-во «Школа», 2022. – 85 с Искусственный интеллект в профессиональной сфере. Часть 2: учебное пособие/ Н. А. Староверова, М.Л. Шустрова, М.Н.Томилова; Минобрнауки России, Казань: Изд-во «Школа», 2022. – 96 с Искусственный интеллект в профессиональной сфере: лабораторный практикум / Н.А. Староверова, М.Л. Шустрова, М.Н. Томилова – Казань: РИЦ «Школа», 2022– 88 с.

Оборудована лаборатория «Моделирование и разработка цифровых двойников». Студенческий проект "Умные очки" получил грант Акселерация ИИ от Фонда содействия инновациям, работы по данному проекту проводятся в данной лаборатории.


Лаборатории «Изучение тепло-массообменных процессов» и «Вычислительная лаборатория»:

Анашкин Иван Петрович (руководитель проекта)

Клинов Александр Вячеславович

Бронская Вероника Владимировна

Малыгин Александр Владимирович

Решаемые задачи: Создание и модернизация существующих учебных лабораторных установок по изучению тепло-массообмена. Разработка программного обеспечения для моделирования тепло-массообменных процессов, на основе данных в реальных физических установок, получаемых в режиме реального времени. Создание базы данных технологических характеристик процессов тепло и массообмена с последующей передачей в лабораторию «Моделирование и разработка цифровых двойников» для создания нейросетевых моделей процесса.

Достигнутые результаты: С использованием датчиков температуры, расхода и контролера arduino была модифицирована лабораторная установка по изучению теплообмена в теплообменника типа труба в трубе. Создано программное обеспечение для визуализации данных с датчиков, а также распределения температуры вдоль длины теплообменника. На разработанную программу получено свидетельство о регистрации программы ЭВМ № RU 2022662450.

Закуплена и смонтирована лабораторная установка «Изучение процесса ректификации». Создана лабораторная установка «Изучение структуры потока в трубчатых аппаратах и аппаратах с мешалкой». Создана база для хранения результатов экспериментов и сайт для визуализации и первичной обработки экспериментов.


Класс компьютерных тренажерных комплексов:

Самуилов Александр Яковлевич

Ибрагимов Марат Ансарович

Янов Владислав Владимирович

Сазонов Олег Олегович

Решаемые задачи: внедрение класса компьютерных тренажерных комплексов, с целью формирования навыков управления, представления об общем характере и особенностях технологического процесса; формирование знаний о возможных нештатных и аварийных ситуациях.

Достигнутые результаты: Издано учебно-методическое пособие по выполнению практических работ на тренажере операторов НПС:

1.) Ибрагимов М.А., Самуилов А.Я., Янов В.В., Сазонов О.О., А.А. Фалалеев А.А. Выполнение практических работ на тренажере операторов НПС: Учебно-методическое пособие / Сост.: М.А. Ибрагимов и др.; М-во науки и высшего образования Российской Федерации, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань: Изд-во Академии наук РТ, 2022. – 84 с. ISBN 978-5-9690-1055-0.

Подготовлено к изданию методические указания для выполнения практических заданий на программном продукте РТСИМ.Карьера:

2.) Цифровое управление технологическими процессами нефтегазохимического комплекса : методические указания / М.А. Ибрагимов, А.Я. Самуилов, В.В. Янов, О.О. Сазонов, М.Ю. Охотников, О.И. Сапаев; М-во науки и высшего образ. РФ, Казан, нац. исслед. технол. ун-т. - Казань; Изд-во КНИТУ, 2022. - 43 с.

Совместно с компанией партнером РТСим разработан обучающий тренажер «Установка компримирования природного газа».


Лаборатория «Киберполигон технической и сетевой безопасности»:

Сафиуллина Лина Хатыповна

Плахотнюк Александр Робертович

Богомолов Владислав Афанасьевич

Касимова Алина Ринадовна

Решаемые задачи: организация лаборатории «Киберполигон технической и сетевой безопасности», в которой планируется проведение обучения основам информационной безопасности критических информационных инфраструктур.

Достигнутые результаты: Открыт Киберполигон на базе отечественного программного комплекса «AMPIRE». «AMPIRE» предоставляет пользователю специализированное ПО для обнаружения следов компьютерных атак и инструменты для повышения уровня защищённости информационной системы, на которой проходит тренировка.

Отработка навыков выявления компьютерных атак. Киберполигон помогает решать различные задачи по выявлению угроз и разработке методов обеспечения информационной безопасности. Возможности киберполигона:

•Отработка навыков расследования инцидентов ИБ.

•Отработка навыков оценки защищённости элементов информационных сетей.

•Отработка взаимодействия между подразделениями.

•Отработка методических рекомендаций по нейтрализации компьютерных атак.

•Отработка превентивных мер по предупреждению компьютерных атак и инцидентов.

Ampire позволяет моделировать типовые и специализированные информационные системы, активировать векторы компьютерных атак, характерные для внешнего и внутреннего нарушителей. Возможно использование базовых сценариев компьютерных атак, разработанных на основе реальных инцидентов, так создание собственных сценариев, для отработки действий различных подразделений промышленного предприятия.

Отличительной особенностью киберполигона является его интеграция в сети с реальным оборудованием Yokogawa и Emerson.

Киберполигон используется для обучения студентов по программам:

1. 10.03.01. Информационная безопасность (бакалавриат)

2. 10.05.05. Безопасность информационных технологий в правоохранительной сфере (специалитет)

3. 10.04.01 Информационная безопасность (магистратура) «Компьютерные сети» - в рамках проекта «Цифровые кафедры»

4. Сетевая образовательная программа с ФГБОУ ВО СибГУ им. М.Ф. Решетнева

Планируется разработка курсов повышения квалификации и переподготовки ИТ специалистов:

1. Программа повышения квалификации «Повышения квалификации специалистов, работающих в области обеспечения безопасности значимых объектов критической информационной инфраструктуры».

2. Профессиональная переподготовка "Информационная безопасность. Техническая защита конфиденциальной информации".

3. "Работа с Astra Linux CE и SE. Администрирование Astra Linux CE и SE".

4. Курсы Авторизованного учебного центра "АО «Лаборатории Касперского»

СМИ о проекте:

Комсомольская правда

Новости Казани

Softline

Бизнес-online

Лента ру

URA.ru

Источник: Учебно-методическое управление