В Казахском национальном университете имени аль-Фараби реализуется уникальный научный проект по созданию цифрового двойника предприятия пищевой промышленности с использованием искусственного интеллекта и технологий IIoT (Industrial Internet of Things)».
О целях, задачах и перспективах проекта рассказывает его руководитель, старший преподаватель кафедры искусственного интеллекта и Big Data Гульшат Амирханова.
Гульшат, расскажите, пожалуйста, в чем основная идея и суть проекта?
Наш проект называется «Разработка цифрового двойника предприятия пищевой промышленности с применением искусственного интеллекта и технологий IIoT (Industrial Internet of Things)». Мы создаем цифровой двойник для местного хлебозавода. Основная идея – создать цифровую, управляемую данными производственную среду, чтобы добиться полной прозрачности всех процессов. Проще говоря, цифровой двойник – это точная виртуальная копия реального производственного объекта, например, заводской линии. Эта копия не статична, она «живет» и меняется в реальном времени, получая данные напрямую с датчиков на физическом оборудовании.
На практике цифровой двойник – это сложная система, которая объединяет четыре основные части. Во-первых, это реальное оборудование на заводе, например, линии по производству хлеба или счетчики электроэнергии, на которые устанавливаются специальные датчики.
Во-вторых, это технологии передачи данных, такие как промышленный интернет вещей (IIoT). Они позволяют в реальном времени отправлять информацию с оборудования в систему. Третья часть – это виртуальная модель, то есть программа, которая получает эти данные, анализирует их и показывает текущее состояние оборудования.
И, наконец, четвертая часть – интерфейс, то есть удобная панель с графиками и показателями, через которую специалисты могут наблюдать за процессами, принимать решения и управлять производством.
Благодаря такой системе управление становится не интуитивным, а основанным на точных данных. Это помогает заранее видеть возможные проблемы, быстрее принимать решения и снижать производственные риски.
Расскажите о партнере проекта. Какими критериями вы руководствовались при его выборе?
Неслучайно одним из наших партнеров стал хлебозавод, как представитель пищевой промышленности – одной из актуальных и стабильно функционирующих. При выборе технологического партнера ключевым критерием стала высокая репутация компании на международной арене.
Так как КазНУ стремится дать студентам актуальные знания и возможности для трудоустройства, мы искали партнера с мировым именем. В итоге мы начали сотрудничество и с компанией Siemens, с которой у университета уже был опыт работы по аппаратным решениям.
Это партнерство позволило нам получить доступ к современному программному обеспечению и создать центр компетенций по индустриальным IT-решениям.
Какой опыт студенты и молодые исследователи получают, участвуя в проекте?
Проект реализуется силами профессорско-преподавательского состава нашего факультета с активным привлечением бакалавров, магистрантов и докторантов. Отбор студентов проходил на основе собеседования. Мы привлекаем их, чтобы создать на базе наших лабораторий хорошие рабочие места для их развития и дать им ценный, разносторонний опыт, который трудно получить иным способом. Они осваивают технические навыки – учатся создавать цифровые двойники, работать с технологиями IIoT и программами вроде Siemens Plant Simulation. Кроме того, приобретают коммуникативные умения: общаются с представителями предприятия, учатся вести деловые переговоры и понимать потребности бизнеса. Также они получают практическое представление о том, как реализуется крупный научный проект – знакомятся с документацией, этапами планирования и организацией работы внутри команды.
На какой стадии находится проект сейчас и каких результатов удалось достичь?
Проект реализуется в соответствии с календарным планом и сейчас находится в активной фазе внедрения разработанных решений на производстве.
Один из ключевых достигнутых результатов – это оптимизация производственного планирования. На заводе технологи составляли план, опираясь на свой опыт и интуицию, поскольку задача очень сложная и Excel с ней не справляется. Мы предложили решить эту задачу с помощью алгоритмов Constraint Optimization (Google OR-Tools). Мы перенесли реальные производственные данные в формализованную модель со всеми ограничениями оборудования.
Результат мы представили руководству завода на примере реального заказа. Сравнительная диаграмма Ганта наглядно показала, что наш оптимизированный план позволяет существенно сократить общее время производства. Это не только доказало потенциальную экономию ресурсов, но и вызвало большой интерес у директора предприятия.
Возникали ли неожиданные открытия или корректировки в процессе реализации проекта?
Да, конечно. Инновационный характер проекта требует постоянного поиска наиболее эффективных подходов. Например, в ходе работы мы уточнили стратегию сбора данных. Изначально мы думали отслеживать каждую единицу продукции, но позже решили сфокусироваться на анализе косвенных показателей. Мы начали со сбора данных со счетчиков потребления электроэнергии. Этот метод оказался более надежным и масштабируемым в текущих условиях.
Существуют ли риски при работе с действующим производством и как вы их минимизируете?
Основной вызов заключается в том, что производство, с которым мы работаем, функционирует в режиме 24/7. Внедрение новых систем в непрерывный рабочий процесс – это всегда риск. Мы минимизируем его за счет тщательной координации и тесного сотрудничества с сотрудниками завода. Именно благодаря их поддержке и времени, которое они нам выделяют, нам удается успешно тестировать и внедрять наши разработки без остановки производства.
Какие перспективы развития технологии цифровых двойников вы видите в Казахстане?
Перспективы огромные. Мировой рынок цифровых двойников растет на 60–70% ежегодно, и по прогнозам Gartner, к 2027 году четверть мировых компаний достигнет миллиардного экономического эффекта от их применения. Для Казахстана сейчас идеальный момент, чтобы войти в число лидеров этого технологического направления.
Британский опыт, который мы недавно изучали, показывает, как внедрение IIoT-систем, автоматизации и цифровых двойников повышает эффективность и снижает издержки. Для Казахстана это открывает возможности для ускоренной цифровой трансформации, повышения конкурентоспособности и подготовки кадров к работе в условиях Индустрии 4.0. Модели вроде инновационного пищевого парка SmartParc в Дерби могут быть адаптированы и для наших агропищевых кластеров.
Какие ожидания у вас от данного проекта и какую пользу он способен принести экономике страны?
Наш проект призван стать примером для 80–90% казахстанских производств, которые не автоматизированы и не имеют больших бюджетов на цифровизацию. Поскольку проект финансируется государством, мы планируем оформить всю разработанную архитектуру в виде проекта с открытым исходным кодом (open-source). Это позволит любому предприятию в Казахстане, независимо от отрасли, бесплатно развернуть и адаптировать наше решение под свои нужды. Таким образом, мы создаем доступный инструмент для повышения эффективности и конкурентоспособности широкого круга компаний.
Расскажите о сотрудничестве с зарубежными партнерами в рамках проекта. Какие перспективы и результаты вы прогнозируете?
Международное сотрудничество – ключевой фактор успеха. Недавно наша делегация посетила Великобританию, которая является мировым лидером в области цифровых двойников. Мы побывали в ведущих университетах, такие как University of Birmingham, University of Nottingham и Loughborough University, а также инновационный пищевой парк SmartParc.
По итогам визита мы достигли ряда важных договоренностей о совместных научных публикациях и онлайн-семинарах, возможности участия британских коллег в нашем проекте на хлебозаводе. Согласовали перспективы совместного научного руководства (ко-супервизии) для PhD студентов и постдокторантов, в том числе через программы Bolashak и MSCA. Обсудили участие в британских и международных грантовых схемах. Это открывает новые горизонты для интеграции лучших мировых практик и ускорения внедрения цифровых двойников в Казахстане.
Насколько этот проект может быть масштабирован для других отраслей?
Проект абсолютно масштабируем. Технологии, которые мы разрабатываем, универсальны. Наша цель – сделать результаты общедоступными для всех предприятий Казахстана, независимо от отрасли. В ходе визита в Великобританию мы также видели применение цифровых двойников в энергетике, транспорте, строительстве и даже для анализа поведения посетителей музеев, что еще раз подтверждает универсальность этого подхода.
Каким вы видите будущее взаимодействие науки, образования и бизнеса через подобные проекты?
Я считаю, что именно такие проекты и формируют это будущее. Наш проект – это мост между академической наукой и реальным производством. Мы не просто создаем технологию, мы обучаем новое поколение специалистов, давая им уникальный практический опыт. Сотрудничество с бизнесом, как с хлебозаводом, так и с Siemens, позволяет нам решать реальные задачи и создавать востребованные решения. А международные связи с университетами обогащают нашу экспертизу и открывают глобальные возможности для студентов и исследователей. Это и есть та синергия, где наука предлагает решения, бизнес ставит задачи, а образование готовит кадры, способные работать в этой новой цифровой реальности.
Беседу провела Гуль Баяндина
