В 2018 году Южно-Уральский государственный университет отмечает 75-летний юбилей. Многие современные достижения опираются на богатый опыт, накопленный учеными университета практически с его основания. Научная школа систем автоматического управления за свою многолетнюю историю воспитала немало известных ученых. Одним из ярких ее представителей и продолжателем научных идей является ректор ЮУрГУ Александр Шестаков, под руководством которого вуз реализует стратегию цифровых трансформаций.
Кафедра систем автоматического управления
Системы автоматического управления имеют в своей основе датчики различных параметров и исполнительные устройства, обеспечивающие работу технологических процессов и устройств без участия человека. Сегодня системы автоматического управления используются во всем мире в большинстве отраслей экономики: в металлургии, машиностроении, химическом производстве, оборонной технике и т.д.
В 1962 году в Челябинском политехническом институте была создана кафедра систем автоматического управления, возглавил которую доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР Георгий Севирович Черноруцкий. Основным направлением кафедры стала подготовка инженеров по системам управления летательными аппаратами, что было продиктовано потребностями быстро развивающихся предприятий ракетно-космического комплекса и, в первую очередь, потребностями предприятий, таких как конструкторское бюро машиностроения (сейчас Государственный ракетный центр им.?академика В.П.?Макеева) и НПО ?Автоматика? (г.?Екатеринбург).
Фото: Г.С. Черноруцкий
Совместные исследования с ведущими предприятиями военного-промышленного комплекса стали началом работы научной школы в области автоматического управления. Первый цикл работ молодой научной школы был посвящен расчету систем автоматического управления со случайными параметрами. С начала 70-х годов кафедра приступила к разработке динамических стендов для наземных испытательных элементов и систем управления ракет. При этом основные стенды разрабатывались для морских баллистических ракет подводных лодок?― наиболее сложного вида ракетной техники. Эти работы возглавил Арнольд Петрович Сибрин. Наряду с группой специалистов по системам автоматического управления был создан конструкторский отдел, который выполнял рабочие чертежи и электрические схемы стендов.
фото:?главный корпус ЧПИ в 1960-е годы
Разработки для космического корабля ?Буран?
По заказу одного из предприятий впервые в СССР по технической документации кафедры ?Системы автоматического управления? был создан моделирующий стенд с цифровой системой управления. Проект было доверено возглавить Александру Шестакову?― молодому, но перспективному ученому, а ныне ректору ЮУрГУ (НИУ), доктору технических наук, профессору, председателю Совета ректоров УрФО.
Под руководством Александра Шестакова в результате кропотливой работы был создан уникальный динамический шестистепенной стенд для испытания системы управления космического корабля ?Буран?, воспроизводящий угловые и линейные движения.
?К нам приехали специалисты из Харькова?— тогда система управления "Бурана" делалась там, это было огромное НПО?— и спросили, сможем ли мы сделать такой испытательный комплекс,?― рассказывает ректор ЮУрГУ Александр Шестаков.?― Мы взялись за эту работу, а я стал ее ответственным исполнителем. Там была особенность: динамический стенд для "Бурана" должен обеспечить точное движение по трем вращательным степеням, кроме этого, нужно было воспроизвести три линейных перемещения, и все это надо было совместить. В техническом задании были очень высокие требования по динамике, то есть по точности отработки быстрых воздействий, и очень высокие требования по статике (точность в неподвижном положении или медленном движении)?.
Технические требования были настолько высокими, что создатели ?Бурана? не верили, что в ЧПИ (ныне ЮУрГУ) могут разработать такую технику. Для того, чтобы решить проблему наземных испытаний, закупили за рубежом дорогостоящий стенд, который был существенно хуже по техническим характеристикам и к тому же обеспечивал движение только по двум степеням свободы. Стенд, заказанный в ЧПИ рассматривался как запасной. Вскоре в процессе работы стало понятно, что разработка кафедры существенно превосходит зарубежный аналог по техническим характеристикам. Стенд был принят в эксплуатацию в НПО ?Электроприбор? (г.?Харьков) в мае 1985 года. На нем были проведены успешные испытания управления космического корабля ?Буран?, выявлен ряд недоработок и дефектов системы управления.
?Позже мы с изумлением обнаружили, что были на одном уровне с Массачусетским технологическим институтом,?― делится Александр Леонидович.?― Но в этом проекте действительно превзошли американцев. "Буран" был поднят, полетел, полетал и автоматически сел на полосу на Байконуре. На американских ?шаттлах? автоматической посадки нет. Мы были впереди, наши инженеры сработали лучше. Ну и в какой-то мере коллектив, который был у нас в ЧПИ и к научной школе которого я принадлежу, внес вклад в это дело. Но самое главное?— в процессе этой работы воспитывались люди, формировались коллективы, которые могли решать глобальные задачи и брать ответственность на себя. Таких людей немного. Таких, какими были мои учителя?— доктор технических наук, профессор Г.С.?Черноруцкий; к сожалению, рано ушедший из жизни доктор технических наук, профессор А.П.?Сибрин; нынешний президент ЮУрГУ, член-корреспондент РАН Г.П.?Вяткин и другие?.
От теории динамических измерений к самодиагностике средств измерений
В дальнейшем Александр Шестаков продолжает заниматься проблемами наземных испытательных комплексов, развивая методы теории динамических измерений на основе подходов, применяемых в теории автоматического управления.
?С помощью методов теории управления были разработаны методы, связанные с модальным управлением, динамические измерительные системы, реализующие скользящие режимы,?― поясняет Александр Шестаков.?― Предложены и исследованы нейросетевые динамические измерительные системы. Предложена структура, и получены алгоритмы настройки параметров самонастраивающейся динамической системы. Эта часть измерений очень близка к направлению ?Интеллектуальные средства измерения?. Различные подходы, которые были успешно использованы в системах управления, дали хорошие результаты в измерительной технике. Вопрос, связанный с оптимизацией динамических измерений, сегодня решается вместе с?математической школой профессора Георгия Свиридюка?.
Второе направление научной деятельности Александра Леонидовича связано с самодиагностикой средств измерений. Цифровизация промышленного производства и переход к ?Индустрии 4.0? испытывает потребность в самодиагностике средств измерения в процессе работы, самодиагностике точности их измерений.
?Это очень перспективное направление,?― уверен ректор ЮУрГУ.?― Нами был передоложен такой подход, который реализуется на основе получения избыточной информации о средстве измерения. С помощью серьезной математической обработки мы можем получить данные о точности измерения прибора. На сегодня у нас готово решение по резистивным температурным датчикам, и есть идеи по развитию этого вопроса в других направлениях?.
Многие воспитанники школы создали новые научные направления, которые сегодня активно развиваются. Доктор технических наук, профессор Лев Казаринов развивает школу систем автоматического управления в направлении создания энергосберегающих систем управления промышленными агрегатами. Доктор технических наук, профессор Владимир Ширяев развивает направление теории и практики систем управления на основе минимального подхода. Полагаясь на фундаментальную базу и огромный опыт ученых научной школы систем автоматического управления, ЮУрГУ сегодня уверенно движется по пути цифровизации. Совместно с крупнейшим промышленным партнером?― Магнитогорским металлургическим комбинатом?― запускаются четыре крупных проекта по цифровой индустрии. В период с 13 по 15 ноября 2018 года вуз станет организатором уникальной для России международной научной конференции по цифровой индустрии совместно с Emerson, SMS group, Samsung, Schneider Electric и ведущими профессорами зарубежных университетов, которые успешно работают в этом направлении.