Электропривод для промышленности

Индустриальный партнер: АО «Диаконт» — предприятие полного цикла, которое выпускает продукцию для повышения безопасности в атомной и газовой промышленности.

Что сделали. ИТМО сотрудничает с АО «Диаконт» с 2012 года. За это время вместе они успели реализовать серию крупных научно-исследовательских и опытно-конструкторских проектов: разработали линейку силовых прецизионных быстродействующих электроприводов, а также создали бесконтактный магнитный метод неразрушающего контроля трубопровода. В основе метода ― использование робота, который может двигаться внутри протяженной газовой или отопительной трубы без откачки ее содержимого с целью поиска дефектов.

С 2014 года ИТМО совместно с АО «Диаконт» разрабатывает способ бездатчикового управления электроприводами — системами, которые преобразуют электрическую энергию в механическую и обратно. Такие устройства используются в роботах для автомобильной, аэрокосмической и других общепромышленных отраслях индустрии. За это время ученые из ИТМО создали программное обеспечение, реализующее виртуальный датчик положения ротора синхронного электродвигателя. Такой датчик заменяет механическое устройство для измерения скорости и угла поворота ротора. Согласно проведенным экспериментам, показатели нового датчика достаточно близки к показателям физического сенсора, который стоит дороже, потребляет больше энергии и занимает больше места. Разработанный способ управления электроприводом более экономичный и может применяться в условиях, приближенных к реальным.

Сейчас все эти наработки позволили начать новый проект по созданию электроприводов с интеллектуальной системой управления — продукт уже находится в стадии готовности выше TRL-6 (TRL ― Technology Readiness Level ― расшифровывается как «уровень технологической готовности». Это метод оценки зрелости технологий для принятия решений, касающихся разработки и перехода на новые технологии. TRL-6 означает, что модель или прототип уже испытываются в реальных условиях ― прим.ред.).

Такой привод объединяет в себе бессенсорное управление и достоверный программный датчик для разных систем управления. Интеллектуальный датчик основан на цифровом двойнике двигателя, созданном на базе математических моделей. Механический датчик возвращает в этот цифровой двойник реальные данные, и на основании сравнения показателей двух датчиков можно судить о целостности привода.

«Мы решили принять участие в совместном проекте, чтобы получить опыт создания не только математических формул, но и программ, которые можно упаковать в промышленное изделие. Мы уже прошли виток фундаментальных и экспериментальных исследований и сейчас выходим на стадию серийного производства и эксплуатации. Уже несколько лет ИТМО входит в мировой топ-100 вузов в Шанхайском предметном рейтинге в области Automation & Control — в частности, благодаря нашим разработкам совместно с «Диаконтом». Бизнес — это суровая борьба на выживание, и ИТМО активно помогает бизнесу больше зарабатывать. Поэтому заслужить признание индустрии — важная задача, которую мы выполняем по мере сил», — рассказал профессор и декан факультета систем управления и робототехники Антон Пыркин.

Перспективы. Разработанные электроприводы уже используются для управления сварочными клещами при производстве автомобильных кузовов. По словам руководителя центра интеллектуальных технологий в организации и управлении производством  АО «Диаконт» Михаила Уварова, в прошлом году около 3 тысяч таких электроприводов было продано за рубеж.

Технологии по бездатчиковому управлению приводами можно использовать в самолетах. В отличие от механических датчиков, которые выходят из строя в небе, бездатчиковая технология работает даже при низких температурах.

Прочитайте также:

Цифровое производство и завод будущего: над какими задачами работают студенты сетевой магистратуры Университета ИТМО и предприятия «Диаконт»

Клиентоориентированный искусственный интеллект для ритейла и банков

Индустриальный партнер. Банк «Санкт-Петербург» — российский коммерческий банк, созданный в форме публичного акционерного общества в 1990 году.

Что сделали. ИТМО и банк «Санкт-Петербург» сотрудничают с 2015 года. Банк предоставляет университету банковское обслуживание, а ИТМО — помогает решать банку задачи в области цифровизации. Для этого партнеры используют клиентоориентированный искусственный интеллект. Такой подход помогает компаниям предсказывать, планировать и улучшать рабочие процессы, опираясь на мотивацию, намерения и поведение клиентов.

Один из совместных проектов партнеров в этой сфере связан с прогнозированием депозитного портфеля. Банку нужно было разработать модели и методы, которые помогли бы предсказывать динамику объема портфеля срочных вкладов. Для решения такой задачи важно было учесть много аспектов: макроэкономические прогнозы, специфику клиентской базы, управленческие процессы. Задачу удалось решить с помощью метода машинного обучения «случайный лес» — для этого партнеры разработали различные модели продаж, пролонгации и изъятий вкладов новым и имеющимся клиентам.

Другая совместная задача касается моделирования кредитного портфеля. Она заключалась в том, чтобы вычислить, сколько банку удастся найти подходящих клиентов среди юридических лиц, которым можно было бы выгодно выдать кредиты. Помимо показателей предыдущего проекта, для решения этой задачи учитывались мнения экспертов — клиентских менеджеров по продажам и погашениям. С помощью методов машинного обучения партнеры создали модель прогнозирования новых выдач кредитных транзакций, оценили точность экспертных оценок и их влияние на построение прогноза, а также предсказали задолженности по кредитному портфелю.

О совместных результатах на конференции ITMO Open Science рассказали директор мегафакультета трансляционных информационных технологий ИТМО Александр Бухановский и директор казначейства Банка «Санкт-Петербург» Ринат Кутуев.

Беспроводная зарядка для электротранспорта

Индустриальный партнер. Компания «Яблочков», которая создает ультрабыстрые зарядные станции для электромобилей.

Что сделали. ИТМО и компания «Яблочков» совместно разработали беспроводную зарядку для электротранспорта. Система состоит из передающего модуля, который будет интегрирован в дорожное покрытие; приемного модуля, который вставляется в днище электромобиля; и зарядной станции.

Ученые ИТМО, специализирующиеся в области радиочастотной передачи энергии, разработали связанную систему передающего и принимающего модуля, между которыми посредством магнитного поля передается энергия. Компания «Яблочков» предоставила компетенции в области силовой электроники.

Прочитайте также:

ИТМО и компания «Яблочков» разработали первую в России систему беспроводной зарядки для электротранспорта

Первый лабораторный образец беспроводной системы разработали в январе 2022 года — система передает 11 кВт мощности с эффективностью в 95%. По словам научной руководительницы проекта, старшей научной сотрудницы Нового физтеха ИТМО Полины Капитановой, беспроводной зарядной станцией для электротранспорта пользоваться проще, чем проводной. Помимо этого, такая станция обойдется дешевле, так как здесь не нужно использовать дорогие проводные коннекторы.

Перспективы. ИТМО и «Яблочков» планируют реализовать пилотную станцию для зарядки электробуса мощностью 60 кВт, а в будущем увеличить мощность до 300 кВт и начать использовать станцию для подзарядки электробусов. Кроме того, разработчики намерены дополнить систему средством защиты от внешних объектов — при попадании такого объекта зарядка будет отключаться.

«Важно, чтобы наука сотрудничала с индустрией, потому что через индустрию мы узнаем реальные тренды, на которые можем спроецировать свои научные знания и быстрее разработать и внедрить продукт на рынок», — отметила Полина Капитанова.

Квантовая магистраль для безопасной связи

Индустриальный партнер. ООО «СМАРТС-Кванттелеком» — компания, которая производит системы квантовой криптографии.

Что сделали. ИТМО и «СМАРТС-Кванттелеком» разрабатывают новые технологии защиты информации с помощью методов квантовой криптографии и проектируют квантовые сети.

Самый крупный совместный проект партнеров — первая в России квантовая магистраль Петербург — Москва, запущенная в 2021 году. Для этого в ИТМО создали технологию, которая легла в основу разработки, обучили специалистов, которые составили основу научного коллектива компании, а также спроектировали квантовую сеть и разработали систему для ее управления и мониторинга. Специалисты компании «СМАРТС-Кванттелеком», в свою очередь, разработали и изготовили оборудование квантовой криптографии.

«Наш союз представляет собой уникальный случай, когда коммерческая компания выросла из научной лаборатории, но при этом обе продолжают развиваться и обмениваться специалистами и опытом. Наша команда — одна из немногих в стране, которая занимается квантовыми коммуникациями и разрабатывает системы для шифрования данных с использованием квантовых ключей. Такой тандем из научной лаборатории и производственно-технологической компании позволяет нам пользоваться преимуществами обеих структур», — подчеркнул кандидат физико-математических наук, директор лаборатории квантовых коммуникаций Владимир Егоров.

Перспективы. Сейчас ИТМО и «СМАРТС-Кванттелеком» занимаются строительством квантовой магистрали между Москвой и Нижним Новгородом, а в будущем планируют расширить сеть от Санкт-Петербурга до Владивостока.

Оптические усилители для надежной связи

Индустриальный партнер. АО «Управление перспективных технологий» — компания, которая создает системы обработки и передачи информации, в том числе на основе квантовых технологий. 

Что сделали. АО «Управление перспективных технологий» и ИТМО сотрудничают с 2019 года. В ИТМО изготавливают для компании блоки оптического усиления для подводных оптических усилителей. Эти устройства ― часть большого проекта строительства трансарктической подводной волоконно-оптической линии связи Мурманск ― Владивосток «Полярный экспресс». АО «Управление перспективных технологий» — головной исполнитель проекта. 

Для поддержания уровня сигнала на всем протяжении линии связи установят 150 подводных усилителей. Каждый из таких усилителей включает в себя 6 двухканальных блоков оптического усиления, которые и помогают поддерживать заданный уровень мощности оптического сигнала без его оптоэлектронного преобразования. Созданные в ИТМО блоки оптического усиления уже успешно прошли испытания и применяются компанией для отработки технологии магистральных волоконно-оптических линий связи с плотным спектральным уплотнением.

«Сейчас мы переходим от опытных образцов и мелкосерийного производства к совместному серийному производству усилителей. И хоть серийное производство — не та модель взаимодействия с индустриальными партнерами, к которой привык работать университет, с помощью АО «УПТ» мы планируем его организовать. На производстве смогут работать студенты и аспиранты университета, которые будут получать знания, профессиональный опыт и заработную плату. Они примут участие в создании двухканальных эрбиевых волоконно-оптических усилителей», — рассказал директор института «Высшая инженерно-техническая школа» ИТМО Андрей Куликов.

Полностью выступления участников секции Industrial Battle смотрите в записи конференции ITMO Open Science Rocks. А подробнее о конференции читайте в нашем материале.