AVATI galimybės koncentruojant mokslinį ir praktinį patyrimą valdymo technologijų srityje

1. AVATI galimybės koncentruojant mokslinįir praktinį patyrimą valdymo technologijų srityje Rimvydas Simutis AVATI, KTU Kaunas, Studentų 48-327

2. Metmenys • AVATI reikalingumas ir tikslai • AVATI struktūra • Mokslinių darbų kryptis, darbuotojų kvalifikacija • Aukštesnės studijos ir kvalifikacijos kėlimas • AVATI techninė bazė, atnaujinimo ir plėtimo strategijos • Bendradarbiavimas su automatizacijos firmomis: partneriai ir rėmėjai • Finansavimas: apimtis ir galimi šaltiniai • Išvados ir tolimesni planai

3. AVATI reikalingumas ir tikslai • Pažangios automatinio valdymo technologijos visada bus aktualu pramonei => inovacijos ir taikomieji tyrimai • Netgi stambioms firmoms yra per brangu užsiimti moksliniais ir taikomaisiais tyrimais kurie aktualūs pramonei • Prietaisus galima atvežti, valdymo režimus reikia „atrasti“ • Kooperavimasis su universitetais – viena iš krypčių, kuri naudinga abiems pusėms • AVATI tikslas - tapti automatikos ir valdymo technologijų metodiniu ir moksliniu centru Lietuvoje, kur bus - kaupiama metodinė medžiaga ir techninė įranga; - pravedami taikomieji moksliniai tyrimai; - rengiami specializuoti mokymo ir kvalifikacijos kėlimo kursai

4. AVATI analogai • Panašios struktūros užsienyje: • “Centers of Excellence” JAV, Japonijoje, Vokietijoje • Universitetų ir pramonininkų specializuoti “konsorciumai” -JAV, Vokietijoje, P.Korėjoje • Be pinigų nėra pažangos: Ne prašytojo bet partnerio konceptas • Suinteresuotų asmenų grupės, kurių tarpe bus ieškoma partnerių : - Automatizacijos ir procesų valdymo firmos - Pramonės įmonės - Valstybinės organizacijos • AVATI - ne momentinis, bet ilgalaikis projektas

5. AVATI struktūra • KTU Elektrotechnikos ir automatikos fakulteto struktūrinis padalinys, koordinuojantis mokslinę ir mokomąją veiklą automatikos ir valdymo technologijų srityje • AVATI „smegenys“ yra bendradarbiaujatys trijų fakulteto katedrų – valdymo technologijų, procesų valdymo ir taikomosios elektronikos mokslininkai ir mokslinės grupės • AVATI „daržas“ yra šių katedrų mokomosios ir mokslinės laboratorijos • AVATI partneriams ir rėmėjams atviros laboratorijos, kuriose stovi jų pateikta ar dovanota įranga • Specialioms problemoms spręsti AVATI organizuoja mokslines grupes, kuriose dalyvauja ir kitų krypčių specialistai

6. Mokslinių darbų kryptis • AVATI pagrindinė mokslinio darbo kryptis yra „Intelektinės valdymo sistemos“. • Sistemos, kuriose darbo režimams bei valdymo algoritmams formuoti bei sprendimams priimti naudojama: a) fundamentali informacija apie objektą, kuri koncentruota įvairių tipų matematiniuose modeliuose b) informacija apie objekto būseną, kuri gaunama realiame laike, naudojant matavimus ir būsenos įvertinimo algoritmus. • Pagrindiniai įrankiai: Sistemų modeliavimo technika, Netiesinės ir adaptyvios valdymo sistemos, Netiesioginių matavimų technika, Fuzzy metodai, Dirbtinių neuroninių tinklų technika, Genetiniai ir evoliuciniai optimizavimo algoritmai

7. Mokslinės grupės 1. Prof. R. Simučio grupė: "Sudėtingų sistemų monitoringas irvaldymas". 2. Prof. D. Levišausko grupė: "Netiesinės ir adaptyvios valdymo sistemos". 3. Doc. V. Mačerausko grupė: "Intelektinių technologijų projektavimas ir diegimas". 4. Prof. V.Geleževičiaus grupė:"Harmoningo valdymo sistemos“ 5. Doc. A. Večkio grupė: " Daugiaparametrinių procesų modeliavimas ir valdymas". 6. Prof. A.Veriko grupė: " Dirbtiniai neuroniniai tinklai ir vaizdųanalizė"

8. Intelektinės sistemos: Procesų optimizavimas naudojant matematinius modelius • Pažangiose technologijose ir ekonomikoje siekiama maksimalaus efektyvumo, patikimumo ir naudos • Fiziškai išbandyti ir palyginti visus galimus proceso režimus dėk lėšų ir laiko stokos nėra galimybių • Variantų analizę patogiausia atlikti ne su realiu objektu, o su abstrakčiu, formulių ir algoritmų pagalba suformuotu objekto matematiniu modeliu • Turėdami projektyujamo ar veikiančio objekto matematinį modelį, galime apsieiti be brangaus fizinio eksperimento, t.y., galime modeliuoti ir lyginti įvairius technologinių režimų variantus ir atlikti procesų optimizavimą.

9. Optimizavimo technologijų schema

10. Model Based Process Control: Models and Real World

11. Kodėl šios technologijos pasidarė aktualios? A) Atsirado nauji metodai leidžiantys žymiai efektyviau apjungti įvairių lygių informaciją apie procesą į proceso matematinį modelį • neryškių aibių metodai (fuzzy sets), leidžiantys euristines proceso operatoriaus ar eksperto žinias pervesti į kompaktišką matematinį modelį • dirbtiniai neuroniniai tinklai (Artificial Neural Networks), leidžiantys efektyviai formuoti sunkiai suprantamų netiesinių sistemų matematinius modelius, remiantis eksperimentiniais duomenimis • hibridiniai modeliavimo algoritmai, kada žinomos sistemos dalys modeliuojamos panaudojant fundamentalius dėsnius, o mažiau žinomos posistemės modeliuojamos pasitelkiant euristines ekspertų žinias arba eksperimentinėje duomenų bazėje apmokytus dirbtinius neuroninius tinklus

12. Kodėl šios technologijos pasidarė aktualios? B) Stulbinati kompiuterių pažanga (1983 m. Lietuvos mokslininkų super-įrankį BESM-6, dabar lemkia bet kuris Pentium-PC. C) INTERNET ir INTRANET galimybės • Praktiškai visose Lietuvos įmonėse eilę įvairių sistemų ir procesų optimizavimo projektų galima atlikti distanciniu būdu per Internet ar Intranet. Tokiu būdu projektų atlikimo laikas ir kaina žymiai sumažėja. • Labai supaprastėja modelių ir sistemų atnaujinimas • Atsiranda galimybės sistemų ir procesų optimizavimui realiame laiko mastelyje

13. Kokiose srityse šie metodai gali būti taikomi? • Chemijos, biochemijos ir maisto pramonė Optimalūs temperatūros, rūgštingumo, koncentracijų profiliai. Reaktorių darbinių tūrių optimizavimas ir maitinančių medžiagų debitų optimizavimas. Produktų brandinimo ir sandėliavimo režimų optimizavimas • Naftos perdirbimo pramonė Rektifikacijos kolonų darbinių režimų optimizavimas, optimalus srautų ir temperatūros profilių parinkimas • Nutekamųjų vandenų valymo stotys Racionalūs oro/vandens režimai, maišymo režimų optimizavimas • Energetikos pramonė, lengvoji pramonė, šildymo ir vėdinimo sistemos, transporto sistemos, finansiniai procesai

14. Taikymo pavyzdys: Antibiotikų išeigos didinimas • Projektas atliktas bendradarbiaujant su Hanoverio universitetu ir Novartis (Šveicarija) biochemijos firma. • Pilotiniame projekte (6 mėn.) naudojant matematinio modeliavimo ir optimizavimo metodus produkto išeigą pavyko padidinti beveik tris kartus

15. Kokiose srityse šie metodai gali būti taikomi? • Chemijos, biochemijos ir maisto pramonė Optimalūs temperatūros, rūgštingumo, koncentracijų profiliai. Reaktorių darbinių tūrių optimizavimas ir maitinančių medžiagų debitų optimizavimas. Produktų brandinimo ir sandėliavimo režimų optimizavimas • Naftos perdirbimo pramonė Rektifikacijos kolonų darbinių režimų optimizavimas, optimalus srautų ir temperatūros profilių parinkimas • Nutekamųjų vandenų valymo stotys Racionalūs oro/vandens režimai, maišymo režimų optimizavimas • Energetikos pramonė, lengvoji pramonė, šildymo ir vėdinimo sistemos, transporto sistemos, finansiniai procesai

16. Kodėl procesų optimizavimas “apmiręs” Lietuvoje? • Dar neužbaigtasbazinių automatizacijos technologijų diegimas Lietuvos pramonės įmonėse, todėl modernizuojant procesus investicijos skiriamos joms. • Įmonėse trūksta specialistų , kurie galėtų adekvačiai įvertinti optimizavimo technologijų ekonominę naudą • Perkant užsienietiškas technologijas , dažnai manoma, kad instrukcijose siūlomi technologiniai režimai yra kvazi-optimalūs ir jų tobulinimui praktiškai neskiriama dėmesio. • Lietuvos mokslininkai sunkiai suranda ryšius su pramone, jų požiūris į aktualias pramonei problemas dažnai būna arogantiškas. Universitetų studentų diplominiai ir magistriniai darbai dažnai neturi realaus pritaikymo.

17. KTU procesų valdymo katedros patyrimas A) Pramoninių procesų optimizavimas • Penicilino biosintezės procesų optimizavimas (Gist Brocades, 1996-1998 m. m. kartu su Hanoverio ir Halės universitetais) • Antibiotikų gamybos procesų optimizavimas (Novartis, Šveicarija, 1997-1998 m. m. kartu su Hanoverio ir Halės universitetais) • Alaus fermentacijos optimizavimas (Gilde AG, Vokietija, 1995-1997 m., kartu su Hannoverio universitetu) • Vertybinių popierių ekspertinės sistemos, (1998, “Kolegų” infesticinis fondas) B) Vartotojui draugiška programinė įranga HybNet, Evoliucija, specialūs paketai MATLAB/SIMULINK ir SCILAB/SCICOS aplinkoje

18. Aukštesnės studijos ir kvalifikacijos kėlimas AVATI koordinuoja: a) magistrantų ir doktorantų darbų tematiką, automatikos ir valdymo technologijų srityje b) kvalifikacijos kėlimo kursus ir programas c) metodinės medžiagos kaupimą ir leidimą

19. Aukštesnės studijos ir kvalifikacijos kėlimas 1. Simatic S7 valdikliai ir jų programavimas STEP 7 kalboje, 40 val, (doc.A.Večkys). 2. Simatic S5 valdikliai ir jų programavimas STEP 5 kalboje, 40 val, (doc. A.Večkys). 3. Modicon valdikliai ir jų programavimas, 40 val.,(doc. V.Mačerauskas). 4. Wonderware paketų taikymas automatizavimo sistemose, (doc. V. Mačerauskas). 5. Procesų valdymas Simatic S7 valdikliais, 40 val., (doc. A.Večkys). 6. Fuzinių ir neuroninių kontrolerių taikymas procesų valdyme, 40 val., (doc. A. Večkys, prof. R. Simutis). 7. Procesų ir sistemų modeliavimas ir optimizavimas (MATLAB aplinkoje), 40 val., (prof. R.Simutis). 8. Netiesinių valdymo sistemų sintezė, 40 val., (prof. D. Levišauskas). 9. Neuroninių tinklų taikymas pramonėje, 40 val., (prof. A. Verikas). 10. Signalų apdorojimo programinės ir techninės priemonės, 40 val., (doc. A. Dosinas

20. AVATI techninė bazė • AVATI techninę bazę sudaro katedrų mokomosios ir mokslinės laboratorijos. Naujausią įrangą AVATI numato koncentruoti sekančiose “elitinėse” laboratorijose: St.r.,III aukš. 1. Mechatronikos 2. Robototechnikos 3. Procesų valdymo 4. Visualizavimo 5. Valdiklių 6. Sistemų modeliavimo 7. Vykdymo sistemų 7 8 1 2 3 4 5 6

21. Partneriai ir rėmėjai • AVATI veikla gali būti sėkminga tik tada, kai jos veiklą rems gamybos ir verslo sferoje veikiančios, automatizavimo technologijų plėtra suinteresuotoms institucijoms ir organizacijoms ir esant pramonės bei verslo institucijų techninei – finansinei paramai. • Teikdamos šią paramą kasmetinio organizacinio įnašo ar modernios techninės įrangos pavidalu,institucijostampa AVATI partnerinėmis organizacijomis arba rėmėjomis ir pagal savo indėlį įgyja teisę nustatyta tvarka naudotis AVATI infrastruktūra ir jo paslaugomis. • Partnerystėįforminama partnerystės sutartimi

22. Partneriai ir rėmėjai • Diferencijuotas – pilnas (5000 lt.) ar sumažintas (3000 lt.) metinis organizacinis AVATI partnerinis įnašas suteikia teisę į tokias paslaugas • nustatyto dydžio plotą AVATI foje nuolatinei firmos reklamai; • galimybę organizuoti AVATI patalpose firmos seminarus; • metodines konsultacijas, rengiant paraiškas tarptautiniams projektams, pavyzdžiui, FRAME WORK 5 rėmuose ir kt.mokslines konsultacijas • organizuojamus kasmetinius susitikimus – seminarus su automatikos specialybės magistrantais ir diplomantais; • informaciją apie AVATI veiklą ir organizacinio fondo lėšų naudojimą; • nemokamus 2 dienų kvalifikacijos kursus firmos darbuotojų grupei (iki 10 asmenų grupei per metus) pagal pasirinką ir iš anksto suderintą programą (tik pilną įnašą mokančioms rėmėjoms);

23. Finansavimas: apimtis ir galimi šaltiniai • Minimaliai AVATI veiklai reikalingi finansai (metams): - 15 000 Lt. - administracinės išl. (atlyginimas), - 10 000 Lt. - ūkinės išlaidos, - 15 000 Lt. - išlaidos moksliniam tiriamajam darbui, (aparatūra, atlyginimas). • Galimi šaltiniai: - firmų partnerių įnašai, - papildomas finansavimas iš universiteto??, - mokslą/mokymą remiantis fondai .

24. Išvados ir tolimesni planai • AVATI turi neblogas galimybes tapti automatikos ir valdymo technologijų centru Lietuvoje ir gal būt žinomu svetur. • Sėkmė priklausys, kaip glaudžiai AVATI mokslinės grupės bendradarbiaus tarpusavyje ir kaip pavyks rasti optimalų kontaktą su automatizavimo firmomis, pramonės įmonėmis ir vyriausybinėmis organizacijomis. • AVATI būtina ieškoti tarptautinių fondų galinčių finansuoti mokslinio tyrimo darbus, įgyti praktikos ruošiant tarptautinius mokslinio tyrimo darbų projektus Bendradarbiaujant nueisime toliau.