Международная лаборатория технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем была открыта в Южно-Уральском государственном университете в 2016 году. Ученые исследуют и применяют передовые методы цифровой метрологии на пересечении теории измерений и автоматического управления, технологии искусственного интеллекта и больших данных машинного обучения.
Заведующий лабораторией ― профессор Манус Генри (Оксфордский университет, Великобритания). Со стороны ЮУрГУ работой лаборатории руководит ректор университета, доктор технических наук, профессор Александр Шестаков.
Перед лабораторией стоит задача разработки алгоритмов и прототипов приборов следующего поколения, которые удовлетворяют требованиям Индустрии 4.0.
О работе лаборатории рассказал доцент кафедры «Информационно-измерительная техника» Высшей школы электроники и компьютерных наук, старший научный сотрудник лаборатории технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем, кандидат технических наук Олег Бушуев.
― Что нового появилось в работе в последнее время?
― На данный момент основной фокус работы состоит в разработке датчиков температуры, давления, расхода, которые выполняют сложные функции самоконтроля и самодиагностики. Это то, что позволяет знать не только точное значение определенной величины, но и корректность работы датчика. В последнее время мы начали более широко применять нейронные сети и другие методы теории искусственного интеллекта для решения задач мониторинга и прогнозирования состояния промышленного оборудования и технологических процессов.
― Такие умные датчики уже разработаны?
― Научная проблема исследований заключается в отставании теоретического осмысления развития измерительной техники и новых средств метрологического обеспечения от практики массового применения новых цифровых датчиков, в том числе сенсорных сетей в рамках индустриального интернета вещей. Исследования проводятся сразу по нескольким направлениям.
― Какие из реализуемых проектов на данный момент являются наиболее перспективными?
― Есть проект в области температурных измерений. Цель проекта – разработать систему диагностики датчиков температуры для повышения экономической эффективности и выхода годной продукции в литейном производстве, металлургической, химической и энергетической промышленности. Отклонение температуры технологического процесса от требуемой – одна из основных причин технологического брака. Например, при объеме литейного производства в 2018 г. 25 млрд.$, технологический брак, вызванный нарушением температурного режима, составил свыше 300 млн. $. Более того, нарушение температурного режима приводит к ускоренному износу и преждевременным отказам оборудования. Например, перегрев паропроводов котельного оборудования на 5...10С снижает парковый ресурс паропроводов на 20 – 30%. Причины нарушения температурного режима – неконтролируемый рост погрешности датчиков температуры в процессе эксплуатации, связанный с деградацией датчика и нарушением теплового контакта с объектом измерения.
― Какие предприятия являются партнерами лаборатории при работе над такими сложными проектами?
― Наш главный многолетний индустриальный партнер – АО ПГ Метран. В интересах компании Метран мы выполняем как научно-исследовательскую работу, так и реализуем проектное обучение. В качестве возможных партнеров для реализации проекта мы рассматриваем ОДК Пермские моторы (г. Пермь), ОДК СТАР (г. Пермь), ОДК Кузнецов (г. Самара), Фортум (г. Челябинск). В проекте будут широко применяться и ресурсы лаборатории: оборудование для воспроизведения температуры в диапазоне -50...1600С (калибраторы температуры, печь, термостат), оборудование для прецизионного измерения температуры (эталонные средства измерения), оборудования для прототипирования электронных устройств (системы сбора данных, отладочные платы, паяльное оборудование).
― Лаборатория технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем сотрудничает с другими научными лабораториями и научно-образовательными центрами?
― Совместно с лабораторией экспериментальной механики ведется работа над созданием прототипа цифрового кориолисова расходомера, который мог бы стать основной для многофазного измерителя расхода. В области расходометрии в настоящее время имеется потребность в создании технических средств бессепарационного измерения расхода 3-фазных жидкостей, и мы работаем над этой задачей.
― Какие достижения по основным направлениям работы лаборатории есть на данный момент? Какие эксперименты были проведены?
― Конечно. Например, были построены модели кориолисова расходомера, работающего в режиме одно- и двухмодового управления, разработаны методы коррекции погрешностей показаний расходомера при измерении расхода двухфазной жидкости на основе нейронных сетей. В лаборатории были проведены экспериментальные испытания образцов модулей давления с неисправностями, выявлены диагностические признаки технического состояния датчиков, предложены методы диагностики датчиков давления.
Была подтверждена возможность диагностики состояния термосопротивлений с помощью метода контролируемого токового воздействия; разработан лабораторный стенд для исследования методов диагностики термопар в температурных диапазонах 50...500С, 300...1600С ; проведены испытания термопар, разработан метод моделирования неисправности термопар с помощью термоудара.
― Какие значимые публикации в научных журналах по исследованиям, проведенным в лаборатории, вы могли бы назвать?
― За последние 2 года у нас 16 публикаций в высокорейтинговых научных журналах, проиндексированных в наукометрическрой базе SCOPUS (Q2, Q1). Из последних публикаций хотелось бы отметить такие статьи: An experimental study for characterization of size-dependence in microstructures via electrostatic pull-in instability technique в журнале Applied Physics Letters (SCOPUS, TOP 10%), Application of the Electrostatic Micro-Speakers for Producing Audible Directional Sound в издании International Journal of Applied Mechanics (SCOPUS, Q2), Coriolis meter density errors induced by ambient air and fluid temperature differentials в журнале Flow Measurement and Instrumentation (SCOPUS, Q2). The Prism: Recursive FIR Signal Processing for Instrumentation Applications в журнале Transactions on Instrumentation and Measurement (SCOPUS, TOP 10%)
В настоящее время в лаборатории работают трое иностранных ученых. Также в лаборатории работают молодые научные сотрудники, которые обучаются в аспирантуре. По темам исследований в лаборатории публикуются статьи в высокорейтинговых научных журналах, ведется проектное обучение и выполняются ВКР по направлению «Приборостроение» студентами кафедры информационно-измерительной техники.
Ученые планируют развивать международное сотрудничество, реализуя совместные проекты с коллегами из Оксфордского университета (Великобритания), привлекая промышленных партнеров к работе над проектами со студентами и аспирантами ЮУрГУ.