Заведующая кафедрой информационных компьютерных технологий Элеонора Кольцова рассказывает о главных трендах цифровизации химической промышленности и том, как учатся и где работают те, кто выбирает современные специальности на стыке двух областей – химии и IT.
- Чему сегодня могут учить на кафедре информационных компьютерных технологий факультета цифровых технологий и химического инжиниринга (ЦиТХИн)? Кем сегодня могут работать выпускники кафедры, чем они могут заниматься?
- На кафедре ИКТ факультета ЦиТХИн есть два направления: «Информационные системы и технологии» (профили «Информационные системы и технологии» и «Искусственный интеллект») и «Информатика и вычислительная техника» (профиль «Системы автоматизированного проектирования»). Наши выпускники могут работать по широкому кругу специальностей, вот только некоторые из них: программист, разработчик программного обеспечения, разработчик баз данных, разработчик web-приложений, разработчик математических и компьютерных моделей, системный администратор, разработчик в области интернета вещей, VR-разработчик виртуальной реальности, специалист по САПР, разработчик 3D-моделей, специалист по искусственному интеллекту и машинному обучению, специалист по работе с большими данными, «фронтенд» и «бэкенд» разработчик, программист Python/Java/JavaScript и т.д.
Исходя из перечисленных специальностей, можно увидеть, что студентов будут учить языкам программирования (C, C#, Python, Java), web-программированию, базам данных, 3D-проектированию, математическому моделированию, операционным системам, параллельным вычислениям, алгоритмам, большим данным и машинному обучению, методам искусственного интеллекта, системам управления и проектирования и т.д. Выпускники смогут работать в самых разных областях промышленности, где есть цифровые платформы, в том числе в крупных концернах и компаниях химической отрасли.
- Кого вы ждёте на первом курсе: ребят, увлеченных IT или все же скорее химией? Какие для них есть траектории развития на протяжении 4-6 лет обучения?
- Честно скажу, что хотелось бы увидеть ребят, увлеченных наукой, мечтающих о новых открытиях. Мы все живем в XXI веке, веке синергизма. То есть, чтобы сделать открытие сегодня, создать принципиально новое, надо обладать многосторонними знаниями в области математики, физики, химии, информатики и т.д. Поэтому мы даем расширенный курс математических дисциплин. Есть фундамент – база информационных дисциплин, который мы даем одинаково студентам всех профилей кафедры ИКТ. И для каждого профиля есть перечень своих информационных дисциплин, соответствующих именно данному профилю. Мы даем всем студентам облегченный спектр химических дисциплин, которые помогли бы студенту лучше понять объект исследования, научить его говорить на одном языке с инженерами.
Дело в том, что «обычному» программисту достаточно трудно общаться с разработчиками промышленных технологий. У них разные школы (у инженеров – инженерные школы, у программистов – информационные). А наши выпускники могут общаться на одном языке. Ошибки программиста из-за непонимания идей технологической разработки очень дорого обходятся. Поэтому ценится тот программист, который умеет не только хорошо программировать, но и понимать суть технологической разработки.
Всех студентов независимо от уровня подготовки обучим программированию, а ребятам с недостаточным уровнем подготовки по химии поможем достичь хорошего уровня. У нас разработаны виртуальные практикумы и по неорганической, и органической химии, где студенты изучают и химию и оттачивают навыки программирования.
А в целом ждем всех увлеченных: либо программированием, либо химией, либо тем и другим. Мы каждому найдем тему по душе!
- Что самое интересное сейчас происходит в цифровизации химпрома? Какие есть тренды в мире и в России?
- Основные тренды цифровизации в мире и в России близки и воплощаются последовательно. В начале цифровизация происходила в области бизнес-процессов, связанных с управлением персонала, управлением документооборота, управлением экономикой предприятий. Далее происходила цифровизация реально существующих химических объектов, позволяющая анализировать информацию о работоспособности оборудования и систем при помощи интернета вещей и быстро принимать решения для предотвращения критических ситуаций; а также на основе больших данных, снятых с датчиков, получать ценную информацию для принятия решений и создавать эффективное производство.
Часть задач в этих двух трендах решается использованием и применением технологий сбора, обработки и анализа больших данных, с технологией облачных сервисов, с технологией искусственного интеллекта и машинного обучения.
В мире уделяется большое внимание цифровым технологиям для создания новых умных заводов, фабрик будущего, когда цифровизацию используют для создания новых химических объектов различных уровней иерархии (от химического реактора до создания целого химического предприятия) на основе разрабатываемых цифровых двойников. Да и явления, протекающие сейчас в реакторе, рассматриваются более глубоко, чем ранее (от описания явления на наноуровне на основе квантохимических расчетов до описания на макроуровне с привлечением аппаратов механики сплошных и гетерогенных сред). Что касается конкретно России, то возник ещё один тренд, связанный с импортозамещением во всех областях, в том числе и информационных.
А самое интересное – то, что произошла трансформация термина «Цифровая химия». Если раньше под этим понималось математическое описание структуры вещества (которое было связано с квантохимическими расчетами), то теперь под «Цифровой химией» понимается весь спектр математических подходов (включая квантохимические расчеты, молекулярную динамику, конечно-разностные схемы, искусственный интеллект и машинное обучение, анализ и синтез технологических схем, цифровые двойники и т.д.) к объектам различного уровня иерархии (от структуры вещества до химического производства).
- Как будут выглядеть крупные химические производства через 5-10 лет?
- В России крупные концерны, которые осуществляют сегодня цифровизацию – это: «Сибур» (ООО «Сибур диджитал»), ПАО «Фосагро», АО «Еврохим», АО «ОХК «Уралхим», ПАО «Уралкалий». Эти предприятия уже сейчас используют сквозные цифровые технологии: цифровой двойник, искусственный интеллект, предиктивная аналитика, виртуальная и дополненная реальности, техническое машинное зрение, мобильные обходы, электронные наряды и допуски и др.
Думаю, что через 10 лет произойдет много изменений. Это можно сравнить с тем, что еще десять лет назад мы при всех оплатах пользовались бумажными деньгами, а сейчас редко кто расплачивается наличными: все расчеты идут с электронных карт. Так и на производствах все рабочие места, опасные для человека, будут заменены роботами.
Безусловно, будет более высокий уровень автоматизации. Методы искусственного интеллекта, математического моделирования, компьютерного проектирования более глубоко проникнут во все области промышленности, в том числе и в химическую промышленность.
- Расскажите, пожалуйста, о самых интересных темах дипломных работ ваших выпускников в этом году.
- В этом году темы были самые разные. У нас было несколько командных проектов (то есть каждый дипломник из команды делал свой программный модуль, и затем все они объединялись в большой проект).
Так, команда наших студентов разрабатывала трехмерные и термодинамические компьютерные модели технологических линий по очистке кислотно-щелочных хромсодержащих и цианосодержащих отходов (относящихся к особоопасным отходам I-II класса опасности).
Дело в том, что в РХТУ им. Д.И. Менделеева на кафедре технологии неорганических веществ и электрохимических процессов (заведующий кафедрой А.В. Колесников) под руководством А.В. Колесникова и к.х.н. В.А. Бродского были разработаны технологии по обезвреживанию отходов I-II класса опасности. Наш университет будет строить завод по уничтожению этих отходов, и для проектирования этого завода, для прогнозирования состояний химических объектов, для целей оптимизации химического предприятия и была привлечена команда, которая успешно справилась с этой задачей.
Второй проект был посвящен разработке цифрового двойника реальной химической лаборатории по заказу компании «Реаторг» для обучения операторов.
Третий проект – разработка мобильного приложения для сотрудников и студентов нашего университета. В приложении имеются личные кабинеты для преподавателя и студента, в которых можно посмотреть актуальные новости; расписание с сортировкой по дням недели, группам и предметам; посмотреть оценки; взять допуск и др. Имеется также встроенный мессенджер. Приложение интегрировано с электронной информационно-образовательной средой (кстати, электронную информационно-образовательную среду также разрабатывали выпускники нашей кафедры, работающие в департаменте информационных технологий университета).
Четвертый проект – это создание программного комплекса перевода натуральной речи на язык жестов. Цель проекта – помочь жестоговорящим людям получать информацию в привычном для них формате. Проект включает систему распознавания жестов на видео и создание на полученных данных анимационного файла жеста, а также использование этих жестов для отображения перевода в формате Web и на мобильных устройствах. Кстати, эта дипломная работа – командный проект. Она получила грант финансирования научных проектов «Умник», а ребята совместно со своим руководителем организовали компанию, которая является резидентом Сколково. Эти ребята прошли на третьем курсе стажировку Safeboar и совмещали учебу с работой в компании Касперского.
Также хочу отметить работы в области искусственного интеллекта «Нейросетевой подход для предсказания вязкости и плотности смазочных масел при растворении в них газов»; в области машинного обучения – «Определение дескрипторов гепатоксичности лекарственных соединений».
Также были интересные дипломные работы, посвященные компьютерному моделированию тепловой конвекции в процессах очистки от примесей и разработке программного модуля процесса охлаждения расправленного металла. И очень много других интересных работ.
- В каком направлении развивается кафедра информационных компьютерных технологий (ИКТ)? Какие интересные проекты начинаются?
- В этом году мы открыли новый профиль в направлении «Информационные системы и технологии» под названием «Искусственный интеллект» с углубленным изучением методов искусственного интеллекта (глубокие нейронные сети, распознавание образов с помощью нейронных сетей, интеллектуальные методы управления и т.д.).
Также мы создали совместно с государственной корпорацией «Росатом» цифровую лабораторию «Цифровые технологии в области водородной энергетики». В настоящее время в государственную корпорацию «Росатом» на практику после обучения на третьем курсе отправили более 20 студентов. Будем силами студентов создавать цифровую лабораторию приборов центра коллективного пользования (для обучения работе на этих приборах). А еще планируем создавать импортозамещающее программное обеспечение для моделирования и проектирования.
В 2022 году рамках программы Минобрнауки «Приоритет 2030» была создана цифровая кафедра, руководителем которой является доцент нашей кафедры И.В. Красильников, который привлекает наших студентов для создания цифрового инструментария. Также на кафедре будут продолжаться работы по созданию цифровых двойников химических производств, виртуальных химических лабораторий, 3D-проектированию производств, разработке мобильных приложений в различных областях, использованию методов искусственного интеллекта, машинного обучения для предиктивной аналитики и по использованию машинного зрения, распознаванию образов в разных задачах биотехнологии.
