Ученые Центра компетенций НТИ по технологиям хранения и анализа больших данных МГУ (Центра НТИ МГУ) и Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ разработали и апробировали программный комплекс по предиктивной аналитике технических систем, который позволяет предсказывать и, как следствие, предупреждать сбои и отказы оборудования. Исследователями также предложена модель, позволяющая прогнозировать рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.
О решении
В рамках проекта Центра НТИ МГУ создан программный комплекс предиктивной аналитики, который прогнозирует состояние технологических систем путем анализа накопленной базы исторических данных и данных, передающихся с датчиков в режиме реального времени. Кроме этого, в случаях, когда имеющихся данных недостаточно, а также когда необходимо предсказать ранее не происходившие или не изученные события, при построении прогнозных моделей применяются цифровые двойники (включая моделирование физических процессов и численное имитационное моделирование).
Программный комплекс предсказывает аномальные режимы работы оборудования, заранее оповещает оператора о возможной поломке и предлагает превентивные меры для ее предотвращения. Решение позволяет оптимизировать технологические процессы производства для достижения максимального срока жизни оборудования и улучшения качества выпускаемой продукции. Для различных специалистов предприятия формируется адаптированная под их потребности отчетность о состоянии оборудования.
Решение помогает компаниям отказаться от планового ремонта и проводить ремонт только тогда, когда он действительно нужен. Потенциальные потребители разработки: производственные и добывающие компании в нефтегазовой, металлургической, энергетической и других отраслях. Стоимость внедрения программного комплекса начинается от 2–4 млн рублей.
На рынке существуют другие решения для предиктивной диагностики работы оборудования. Они представляют собой готовые продукты и имеют некоторые преимущества: быстрое развертывание, широкий набор преднастроенного функционала. Однако обладают и рядом минусов, среди которых — потенциальная зависимость от вендора программного обеспечения, сложная и зачастую дорогостоящая доработка. Но самое главное: прогнозные модели плохо переносятся с одной задачи на другую и требуют точной настройки.
Вот почему команда Центра НТИ МГУ, обладая большим опытом работы и уникальными разработками в области прогнозирования временных рядов и моделей искусственного интеллекта, пошла по пути кастомной разработки, учитывающей специфику и задачи конкретного заказчика.
В консорциум проекта также входят СПбПУ и МФТИ, компетенции которых применяются для детального изучения производственных процессов.
Эффективность программного комплекса доказана в рамках исследований, проведенных на площадках ПАО «Северсталь» и АО «Мурманский морской торговый порт» (входит в СУЭК) в 2020 и 2021 годах.
Сотрудничество с ПАО «Северсталь»
Команда Центра НТИ МГУ реализовала несколько пилотных проектов по предиктивной аналитике для индустриального партнера ПАО «Северсталь»: разработаны предиктивные модели для различных типов оборудования на сталепрокатном производстве с горизонтом прогнозирования в 1–3 суток. Разработана система метрик, позволившая сократить число проводимых планово-предупредительных ремонтов на 55 часов в год. Доказана возможность снижения простоя оборудования более чем в два раза, уменьшения аварийных отказов — на 30%.
Только на одном типе оборудования компания может сэкономить до 60–70 млн рублей в год, применяя решение, выяснили разработчики. Однако дело не только в экономии: некоторые поломки, особенно в энергетическом секторе, могут приводить к чрезвычайным ситуациям и даже техногенным катастрофам, поэтому повышение качества оборудования напрямую влияет на безопасность людей.
В ходе работ для ПАО «Северсталь» ученые также пришли к выводу, что технически возможно создание цифрового двойника чистовой клети стана горячей прокатки 2000. Таким образом, команда проекта доказала, что предиктивные модели программного комплекса способны анализировать и предсказывать потенциальные отказы на стане горячей прокатки.
Сотрудничество с Мурманским морским торговым портом
Центр НТИ МГУ провел работы по оценке текущего уровня цифровизации Мурманского морского торгового порта — в частности, его системы прогнозирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Ученые пришли к выводу, что можно доработать эту систему, если повысить точность алгоритмов, рассчитывающих рассеивание загрязняющих веществ при разгрузке угля. Для этого исследователи предложили модель цифрового двойника порта, которая учитывает его застройку, перемещения на его территории и метеорологические явления. Данная модель позволяет предсказывать и контролировать уровень рассеивания загрязняющих веществ при разгрузке угля и требует апробации.
Полученные результаты будут использованы заказчиком для расширения функционала системы по прогнозированию выбросов.
В целом работы продемонстрировали техническую реализуемость моделей цифровых двойников для предсказания выбросов вредных веществ.
