Это третья часть (часть 1, часть 2) из описывающих развитие процесса обучения инженеров АСУТП. Целью всех трех статей является попытка осмыслить подготовку инженеров АСУТП в ВУЗе (какая была, и какая есть сейчас), и обсудить с сообществом хабра, какой она должна быть в будущем. Каким образом ее можно актуализировать.
Зачем что-то менять ?
На мой взгляд, область АСУТП оказалась как бы на отшибе всех современных трендов технического развития.
Во-первых, в ней мало IT-разработки. А это значит, что очень многие вещи из IT с трудом находят свое место даже в программной части АСУТП. Для среднего и нижнего уровней автоматизации это, как правило, самые базовые концепции и языки программирования: МЭК (ST, IL, LAD), С, С++, иногда библиотеки на их основе (Qt). В разработке SCADA-систем интеграция с IT-технологиями гораздо выше, но здесь свою роль играет высокая конкуренция таких систем друг с другом. В выигрышной позиции по рынку находятся те системы, которые могут предложить пользователю какой-то эксклюзив (например, родной протокол для обмена с собственным ПЛК). А для подобного эксклюзива требуется, чтобы разработчики SCADA-системы были интегрированы с производителем оборудования (яркий пример – экосистема средств автоматизации Siemens). Такие интегрированные предприятия существуют у нас в России, но их единицы. Если же эксклюзива нет, то системе приходится конкурировать с легионом подобных систем, поддерживающих, по большому счету одинаковый набор подключаемых протоколов (OPC, MODBUS, IEC-стандарты) и содержащих одинаковый функционал, типичный для всех SCADA-систем. (модуль опроса тэгов, модуль экранов, модуль алармов).
Область АСУТП также не близка и к производству электроники. Скорее она – потребитель электроники, и за счет этого особенно уязвима к перебоям поставок электронных комплектующих. В текущей ситуации критичным становится не то, что в России не производят телевизоров и смартфонов, а то, что производственные линии, работающие сейчас на заводах, выполнены на иностранной аппаратуре и ПО. Невыпуск нового телевизора не так критичен, как невыпуск хлеба на хлебозаводе, где вышла из строя иностранная линия производства. Отказ не будет мгновенным, и частично можно выполнять ремонт подручными средствами и имеющейся техникой. Но даже если где-то производство будет функционировать еще долго, со временем объем выпуска и ассортимент продукции будет неизбежно снижаться.
И в-третьих, теоретические разработки в области АСУТП сейчас применимы очень ограниченно. Часть задач, для которых раньше требовалась глубокая теоретическая проработка, сейчас решается программными средствами благодаря техническому прогрессу: цифровой обработке сигналов, высокому быстродействию, микропроцессорной технике, повышенной скорости обмена данными между участниками. Для большинства встречающихся на массовом производстве задач уже не требуется настолько глубоко предсказывать поведение системы для ее управления. Для применения теоретического базиса требуется существование очень сложных с точки зрения управления задач. Как правило, это исследовательские и научные задачи на пределе возможностей техники. В настоящее время такие задачи сосредоточены в нескольких областях: военка, космос, техническая физика. Но это не массовый сегмент экономики, и в связи с текущим положением дел, эти области, кроме военной, не показывают перспектив развития.
Будущие абитуриенты тоже видят это положение дел в АСУТП, и выбирают другую, более перспективную, специальность. Поэтому дефицит новых специалистов в АСУТП высок. Со временем этот дефицит будет неизбежно осознан, и преодолен (надеюсь). Недостаток специалистов в этой области подтолкнет уровень зарплат, повышая их конкурентность. Но это не может быть быстрый процесс: в пункте про студентов говорилось уже о неизбежном длительном периоде обучения, который нельзя сократить. Поэтому даже при желании перейти из IT в АСУТП (как бы это сейчас смешно ни звучало) это будет невозможно сделать мгновенно без знания базовых инженерных дисциплин. Для того, чтобы изучить новую область в IT нужны только голова, учебник и компьютер, а для изучения области АСУТП нужно еще и знание работы аппаратных средств, которые невозможно изучить, не увидев и не поработав с ними вживую. Если это делать не в ВУЗе, то придется делать на предприятии, но этот этап не миновать.
Будущее
Исходя из всего вышесказанного, самый актуальный вопрос таков: что изменить в подготовке инженеров АСУТП, чтобы эта подготовка была актуальной в ближайшей и отдаленной перспективе? Чтобы выпускники могли уверенно находить достойную работу, не получали от нее отвращения и не пытались перейти в другую область, потратив годы обучения зря? Я понимаю, что ответы на эти вопросы лежат не только в области преподавания, но здесь предлагаю рассмотреть только то, на что мы можем повлиять.
Я приглашаю заинтересовавшихся этой темой высказать мнение в комментариях, а вот мои собственные мысли о будущем преподавании АСУТП:
До настоящего момента при обучении студентов мы ориентируемся на решение прикладных задач («вторая ветвь» автоматизации из предыдущих частей). Это проектирование какого-то устройства, проект автоматизации какого-то производства, написание какого-то алгоритма в имеющемся устройстве. Это правильно, когда есть база, на которой можно эту задачу решить: элементная, производственная, программная, теоретическая. Сейчас база изменилась, но она все равно есть, хоть и другая и более примитивная. Даже на этой базе можно продолжать решать задачи вплоть до самых современных. И возникает соблазн идти по этому пути: преподавать передний край «прикладных» технологий. Конкретно под этим я имею ввиду следование современным тенденциям и активизацию внедрения IT в промышленность. Самые модные темы сейчас, даже если судить по хабру: нейросети, машинное зрение, машинное обучение, аналитика данных. Может быть стоит учить этому применительно к АСУТП, и, следовательно, модернизировать подготовку темами, связанными с IT. В качестве проектов можно придумать всевозможные системы машинного зрения на производстве, распознавания деталей на конвейере, адаптивное управление с помощью нейросетей и аналитики данных. А если взять и чисто АСУТПшные вещи, вроде управления беспилотниками, антропоморфными роботами, то тут тоже непочатый край преподавания можно реализовать. Несмотря на то, что во всем мире именно в этом направлении двигается прогресс (достаточно, например, посмотреть сайт Швейцарской высшей технической школы Цюриха, где есть лаборатория автоматического управления), мое мнение состоит в том, что идти в этом направлении – будет ошибкой. Есть конечно осознание, что сейчас будут на подъеме военные разработки, и в связи с этим пригодится и может быть даже будет расширен теоретический блок дисциплин и связанные с этим задачи. Но долговременное развитие не может строиться на военных разработках. Несмотря на возможную в будущем конверсию и примеры из США (DARPA и пр.), их применение в гражданской области ограничено. Нужно развивать гражданские технологии отдельно, а с этим у нас пока плохо.
Если думать вдолгую, правильным видится пусть временная, но «приземленность» образования, которая бы позволила не столько учить производству конечных продуктов, сколько учить производству средств производства. Не секрет, что сейчас преимущественными производствами в России являются производства нижних переделов. Для них характерны большие объемы использования продукции и выпуска (отгружаемые тонны, погонные метры). Это не требует сложных, быстрых и точных регулирующих устройств, и с этими задачами имеющийся в стране уровень АСУТП справляется. Но при повышении степени передела и повышении разнообразия ассортимента на первый план выходит качество и гибкость конечного продукта, а не валовые показатели. А для качества нужны специально спроектированные и настраиваемые под каждое производство линии, включающие в себя несколько компонентов (станков, машин, узлов и т.п.), действующих согласованно. Необходимо использование прецизионных средств позиционирования инструментов, точные дозировки расходных материалов и т.п.
Тут у меня нет иллюзий: собственные разработки средств производства являются сейчас слабым местом в России, и будут им и в будущем. Это и станкостроение, и разработка собственных производственных линий, и разработка своих ПЛК и периферии к ним. По данным статьи, объем собственных средств АСУТП, производимых в России составляет лишь 3% (0,15% в денежном выражении).
Именно на разработку продукции в этих областях, на мой взгляд, и нужно ориентировать подготовку инженеров АСУТП. Конечно, учить надо общим вещам в этой области, потому что линия для производства, например, косметики, отличается от линии для производства подшипников. Но принципы управления приводными механизмами, считывания информации с датчиков, передачи детали между узлами – достаточно общие, и могут быть формализованы в виде учебного курса.
Исходя из вышесказанного, выглядит заманчивым дополнить или трансформировать курсы обучения дисциплинами следующих направлений:
- Дисциплины, связанные с точной механикой и управлением ею. Особенно здесь выделяются задачи точного позиционирования, без чего невозможна работа сколь-нибудь серьезных станков и производственных линий. Здесь как раз может пригодиться и развитый теоретический аппарат ТАУ, позволяющий учитывать механические свойства движущихся частей. В качестве одного из способов точного позиционирования можно изучать и машинное зрение.
- Дисциплины, связанные с управлением электроприводами, особенно прецизионного типа. Также в этот же блок попадают шаговые двигатели, как часть электроприводов, обеспечивающие наиболее точное управление. Следовательно, необходимо учить их устройству, применению, особенностям.
- Теоретические дисциплины, позволяющие построить алгоритм управления сложной распределенной системой, типа конвейерного производства. Для этого необходимо ясно формулировать схему переходов системы из одного состояния в другое. Здесь может быть полезна теория конечных автоматов, причем связанных с реальным временем (т.е. реагирующих не в дискретные такты времени, а в неизвестный заранее момент, зависящий от внешней обстановки).
- В программистской траектории целесообразно добавить изучение построения ОС реального времени (RTOS). Но тогда, прежде чем изучать ОСРВ, потребуется изучить построение и обычных ОС.
Все вышеперечисленные пункты не являются моей специализацией, поэтому их следует рассматривать как, своего рода, мнение дилетанта. Но, возможно, они подтолкнут кого-то разбирающегося в данной теме написать более подробное обоснование, почему их надо (или не надо) преподавать студентам.
