Студенты СПбГУ оптимизируют работу промышленных компаний с помощью искусственного интеллекта

Обучающиеся Санкт-Петербургского университета разрабатывают для реальных энергетических предприятий алгоритмы на основе искусственного интеллекта. С помощью программных кодов, созданных студентами СПбГУ, компании могут оптимизировать производственные процессы, прогнозировать сбои в работе оборудования и сокращать издержки.

Над проектами в области искусственного интеллекта обучающиеся работают в рамках открытых международных соревнований, которые ежегодно организуют крупные энергетические компании. Для каждого конкурса собирается команда из желающих студентов разных направлений обучения. Под руководством доцента СПбГУ (кафедра математического моделирования энергетических систем) Ованеса Петросяна обучающиеся решают поставленные предприятиями задачи.

В основном в ходе соревнований требуется разрабатывать проекты по оптимизации процессов машинного управления, а также по прогнозированию и автоматической детекции аномалий, то есть сбоев в разных энергетических системах. В рамках работы над проектами мы готовим для компаний программный код — правильно оформленный и упакованный алгоритм, с помощью которого оборудование на предприятиях учится принимать наиболее эффективные решения без участия человека.

Доцент СПбГУ (кафедра математического моделирования энергетических систем) Ованес Петросян

Исследователь объясняет, что в современных крупных электроэнергетических компаниях управление оборудованием обычно осуществляется автоматически. То есть работоспособность всей электросети отслеживают и контролируют не люди, а специальные технические системы — например, контроллеры. Они защищают электрооборудование от перегрузок, внепланового отключения и прочих сбоев, ведущих к поломке техники на предприятии.

Однако, по словам Ованеса Петросяна, эти системы пока еще не способны самостоятельно оптимизировать свои действия: например, принимать решения так, чтобы снижать производственные издержки или увеличивать выработку энергии. Исправить это позволяют современные алгоритмы искусственного интеллекта, которые в том числе разрабатывают и студенты СПбГУ.

Подробнее о результатах работы студентов СПбГУ можно узнать в статьях, опубликованных в журналах Communications in Computer and Information Science, Mathematics и «Процессы управления и устойчивость».

Так, например, для французской энергетической компании Réseau de Transport d’Électricité (RTE) обучающиеся создали программный код для повышения качества технического обслуживания электросетей. «Нам требовалось разработать алгоритм, который позволил бы компании вычислить оптимальный график проверки электрических сетей. Этот график должен был учитывать ограниченное количество обслуживающего персонала и минимизировать возможные риски: сбои, неполадки и затраты на обслуживание сетей в связи с поломкой, — отмечает Ованес Петросян. — Для решения задачи наши студенты использовали современные алгоритмы из области глобальной оптимизации и успешно справились с предложенным кейсом».

В рамках другого соревнования обучающиеся СПбГУ разработали для французской энергомашиностроительной компании Schneider Electric алгоритмы по управлению электрической системой, состоящей из электрических батарей и связанных с ними солнечных панелей. Как поясняет Ованес Петросян, студентам нужно было создать такой программный продукт, который минимизировал бы стоимость производства электроэнергии для предприятия.

В результате обучающиеся написали специальный алгоритм для контроллера, управляющего зарядом и разрядом батарей на предприятии. Получившийся код позволяет научить систему управления эффективно снижать стоимость электроэнергии, используя оптимизацию и прогнозирование.

Доцент СПбГУ (кафедра математического моделирования энергетических систем) Ованес Петросян

«То есть на основе нашего алгоритма контроллер может самостоятельно определять, что нужно делать в настоящий момент: заряжать батарею или, наоборот, разряжать в зависимости от текущего уровня заряда, прогнозируемого спроса и выработки электроэнергии с помощью солнечных панелей», — добавляет исследователь.

Также для Schneider Electric универсанты создали код для автоматического поиска сбоев в электросетях. Программный продукт позволяет контроллерам анализировать данные о нагрузке, поступающие с датчиков электрической сети, и на основе полученной информации выявлять, на каком участке произошла поломка. Это значительно ускоряет поиск и решение производственных проблем на предприятии.

Всего же с конца 2020 по начало 2022 года студенты СПбГУ разработали шесть проектов в области искусственного интеллекта для промышленных предприятий. В настоящее время наработки универсантов доступны всем бизнес-компаниям. Разработанные коды выложены в сеть, а любые желающие предприятия могут воспользоваться ими и внедрить в работу.

Ученые СПбГУ также работают над проектами в области искусственного интеллекта на базе Центра искусственного интеллекта и науки о данных (ЦИИНД). Он создан в Университете в мае 2020 года для подготовки профильных кадров, организации тематических исследований и проведения экспертно-аналитических работ. В 2022 году ученые СПбГУ реализуют на базе центра проекты по 16 направлениям, среди которых — машинное обучение, нейронные сети, распределенные реестры и блокчейн.

Как отмечает Ованес Петросян, работа над проектами в области искусственного интеллекта приносит пользу не только бизнесу, но и самим студентам. «Во время соревнований обучающиеся готовят по своим проектам научные статьи для публикации в крупных индексируемых научных журналах. Также студенты выступают с докладами о разработанных алгоритмах на отечественных и международных конференциях и тем самым значительно повышают свои исследовательские навыки. Но, что еще более важно, они пополняют портфолио готовыми проектами, ссылками на открытые коды и видеопрезентации», — подчеркивает исследователь.

Он добавляет, что в настоящее время специалисты в области искусственного интеллекта особенно востребованы в крупных компаниях в сфере энергетики, нефтедобычи и IT. На этих предприятиях уже сейчас ощущается большой спрос на кадры, имеющие навыки работы с алгоритмами машинного обучения. По мнению Ованеса Петросяна, потребность в таких сотрудниках в будущем вырастет еще сильнее, когда у компаний малого и среднего бизнеса появятся ресурсы на внедрение искусственного интеллекта в работу.

Санкт-Петербургский университет дает возможность получить образование в области искусственного интеллекта. Набор ведется на программы бакалавриата («Прикладная математика, программирование и искусственный интеллект») и магистратуры («Искусственный интеллект и наука о данных», «Математическое моделирование, программирование и искусственный интеллект», «Искусственный интеллект и международная безопасность», «Инженерно-ориентированная информатика и искусственный интеллект»). Также с этого года для абитуриентов открыты программы «Математическая робототехника и искусственный интеллект», «Искусственный интеллект в моделировании речевой деятельности» и «Технологии искусственного интеллекта и big data».