Автоматизация научного и промышленного эксперимента

На кафедре общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ уже более десяти лет проводится обучение студентов основам систем сбора данных и автоматизации измерений на базе программно-аппаратного комплекса National Instruments LabVIEW. Универсальные средства обработки электрического сигнала закономерно и неотвратимо заменили пестрое многоцветие схемотехники. 

Как следствие, в 2004 году в Международном учебно-научном лазерном центре (МЛЦ) была создана новая лаборатория — практикум по обучению основам современных технологий автоматизации научных исследований. Это стало возможным в результате плодотворного сотрудничества преподавателей кафедры, в частности, П.М. Михеева, с корпорацией National Instruments (NI) в сфере образования. Он был первым, кто запустил академическую программу NI для работы с ВУЗами. Центр измерительных технологий и промышленных автоматизаций много лет сотрудничал и продолжает сотрудничать с компанией NI. Подобное государственно-коммерческое партнерство проявляется в том числе в организации научно-технических форумов и конференций, что способствует обмену знаниями в области современных систем автоматизаций.

В 2008 году при согласии Физического факультета и МЛЦ Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова на базе практикума под руководством П.М. Михеева был создан «Центр измерительных технологий и промышленной автоматизации» (старое название лаборатории «Современные системы автоматизации научных исследований»). В том же году центр получил официальные статусы авторизованных учебных центров компаний SolidWorks (SWR) и Wonderware (Klinkmann). В настоящее время штат центра составляют более десяти сотрудников и аспирантов Физического факультета и МЛЦ МГУ.

Центры, существующие под эгидой Университета, имеют отличительную особенность — они существуют благодаря замкнутому циклу передачи опыта и знаний, поэтому их развитие напрямую связано с проблемой преумножения и удержания кадров в Российской инженерной области. Кроме того, создание подобных центров способно в целом повлиять на уровень развития промышленности в стране. Большая часть заводов, построенных на территории РФ, уже не являются отечественными проектами. Такое происходит из-за множества утеряных технологий, когда становится проще купить зарубежный завод под ключ, чем разрабатывать свое собственное производство. Наиболее востребованными кадрами на таких предприятиях являются рабочие — операторы, а не инженеры-специалисты, занимающиеся модернизацией технологий. Думается, что на базе промышленных компаний необходимо создавать отдельные научно-исследовательские центры, в которых ученые, инженеры, специалисты, имели бы возможность реализовывать новые технологии. Что касается «Центра измерительных технологий и промышленной автоматизации», то он является привлекательным для большинства промышленных российских компаний (нефтеные, газовыя, пищевыя и пр.). Являясь авторизованным центром National Instruments (NI), SolidWorks и Wonderware, он отвечает главным кадровым запросам этих компаний.

В процессе обучения в «Центре измерительных технологий и промышленной автоматизации» отбираются лучшие студенты физического факультета, которые получают как опыт преподавания, так и опыт коммерческих разработок. Некоторые из них проходят стажировку в компаниях. Полученный багаж знаний и опыт становятся весомыми аргументами при трудоустройстве их в дальнейшем на высокооплачиваемую работу. При этом стратегически важным условием является подготовка кадров уже на начальном этапе получения высшего образования. Начиная с 2013 г. студенты уже на III курсе Физического факультета МГУ будут обучаться по программе «Инженерная физика» (НОЦ «Инженерная физика») на двух кафедрах: кафедре общей физики и волновых процессов (зав. каф. проф. Макаров В.А.) и кафедре молекулярной электроники (зав. каф. проф. Сысоев Н.Н.). В рамках этого направления «Центр измерительных технологий и промышленной автоматизации МГУ» будет обеспечивать обучение основам проектирования систем автоматизации.

Обучение в центре

В рамках дополнительного образования и программ повышения квалификации Центр проводит обучение современным технологиям сбора, обработки данных и автоматизации измерений и управления. В настоящее время открыт набор слушателей на курсы по темам:

. Основы создания систем сбора данных;

. Программирование в среде LabVIEW: вводный курс;

. Сбор данных в LabVIEW с использованием оборудования National Instruments;

. Коммуникационные и дополнительные возможности LabVIEW;

. Системы технического машинного зрения;

. Графическое программирование логических интегральных схем (FPGA);

. Графическое программирование цифровых сигнальных процессоров Texas Instruments;

. Модульные приборы на базе промышленной платформы NI PXI;

. Введение в прототипирование и макетирование с использованием NI ELVIS II;

. Создание систем сбора и обработки данных на мобильных устройствах;

. Основы разработки приложений в Wonderware InTouch 10 HMI: вводный курс;

. Программирование систем жесткого реального времени (PXI, cRIO);

. Основы твердотельного моделирования в SolidWorks;

. Дополнительные возможности Solidworks. Введение в инженерный анализ.

Центр укомплектован самым современным контрольно-измерительным оборудованием и лицензионным программным обеспечением NI LabVIEW, SolidWorks и Wonderware. 13 рабочих мест в практикуме оснащены системами ввода-вывода сигналов на базе плат National Instruments, технического зрения, комплектами оборудования для работы с приборами интерфейсов GPIB и RS-232, системами сбора данных реального времени на базе cRIO и PXI, платами с цифровыми сигнальными процессорами Texas Instruments, Analog Devices, микропроцессорами ARM7, Cortex-M3. Обучение студентов и сторонних слушателей современным технологиям проводится преподавателями, сертифицированными компаниями National Instruments, SolidWorks и Wonderware. Центр также осуществляет подготовку слушателей для сдачи экзамена на международный сертификат Certified LabVIEW Associate Developer. Иногородним МГУ предоставляет общежитие.

По завершению обучения выдается свидетельство о повышении квалификации государственного образца. За 5 лет в Центре прошли обучение свыше 100 специалистов из 20 организаций: ЗАО «Ситроникс Телеком Солюшнс», ОАО «Чепецкий механический завод», ОАО «Архангельский ЦБК», ОАО «Челябинский трубопрокатный завод», МГУ, РУДН, Бауманский ГТУ, ИОФАН, ВНИИЭМ и т.д.

Промышленность и коммерческие разработки

Центр измерительных технологий и промышленной автоматизации МГУ им. М.В. Ломоносова оказывает услуги в сфере разработки и создания систем сбора, обработки данных и автоматизации измерений. Основные направления деятельности:

. Создание многоканальных систем ввода и вывода сигналов на базе персональных компьютеров с широкими возможностями сохранения и обработки результатов измерений, а также организации к ним дистанционного доступа;

. Создание систем реального времени для распределенного сбора данных с использованием программируемых контроллеров автоматизации реального времени National Instruments cRIO и платформы PXI;

. Создание систем технического зрения на базе аналоговых и цифровых (Firewire, USB) камер, реализация сложных алгоритмов цифровой обработки изображений (анализ морфологии объектов, бесконтактное измерение размеров, распознавание объектов, поиск дефектов, и др.);

. Создание портативных систем сбора данных и управления с возможностью передачи результатов измерений по проводной (RS-232, USB) и беспроводной связи (ИК, Bluetooth, Wi-Fi);

. Создание автономных систем обработки данных с помощью цифровых сигнальных процессоров и микроконтроллеров ARM.

Разработанные в Центре системы установлены и используются в: ЗАО 

«УралАлмаз», ООО «Лаборатория инновационных технологий», Институт океанологии РАН, Zimag Tech Ltd (Израиль), ООО «Доцент», в/ч 35533, г. Железнодорожный, Московская область, ЗАО «Вагонмаш», НИИ спектроскопии РАН, ОАО «Позит» Правдинский опытный завод источников тока, НИИ общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, НИИ физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Лазерный центр Братиславы (Словакия), ЗАО «Дидактические Системы», ЗАО МНПО «Спектр», НИИ спектроскопии РАН, НИИ Физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ, Агенство психотехнологий «Конкордия», НИИ теоретической и прикладной электродинамики РАН, Московский автомобильно-дорожный институт и многих других.

Примеры разработок Центра: