Студенты НовГУ создали VR-тренажёры для заводов, AR-приложение и виртуальную химлабораторию для вуза

Прошла защита проектов образовательного интенсива «Цифровые двойники». В течение всего лета 50 студентов учились создавать модели производственных процессов на предприятиях. В финал вышли шесть команд студентов, которые разработали 3D инструкции и приложения для работников предприятий «Лактис», «Мстинское молоко», «Медовый дом», «Крестецкая строчка» и создали виртуальную химическую лабораторию для занятий в вузе. 

Интенсив проходил в три этапа. На первом студентов познакомили с технологическими решениями создания цифровых двойников. Затем обучающиеся выполнили практические задания на основе уже реализованных примеров использования технологии.

В финальной части интенсива участников разделили на шесть команд, которые выполняли задания от предприятий. На защите проекты оценивали независимые эксперты из СПбГУ, СПбПУ, МФТИ, ДВФУ. Студенты работали под руководством IT-компаний XReady Lab, Intelligent Ideas, VR Concept, СТЕМ-игры, которые имеют большой опыт создания цифровых двойников для российских и зарубежных предприятий. Работы студентов оценивали также представители компаний «Лактис», «Мстинское молоко» и «Медовый дом».

Виртуальная лаборатория для вузов и школ

Не все школьники и студенты имеют доступ к лабораторной работе, так как не всегда в лабораториях имеется подходящее оборудование и реагенты. Либо новое оборудование и реагенты просто не закупаются. Студенты нашли цифровое решение для этой проблемы — создали виртуальную лабораторию, в которой могут работать студенты и школьники. В разработке, по подсчётам команды, нуждается 53,5 тысячи школ, 139 химических программ вузов и непрофильные программы школ и вузов.

— В НовГУ химию изучают студенты сельскохозяйственных направлений, медики и биологи. Таким образом, Новгородский университет является одним из первых потенциальных потребителей лаборатории. Среди возможных потребителей мы рассматриваем химические лаборатории школ и бизнес-компаний. При изучении химии обязателен эксперимент для практического закрепления полученной информации. А также навык для работы с химическим оборудованием. Оборудование многих школьных и вузовских лабораторий является не только физически, но и морально устаревшим. Цифровое решение — цифровая лаборатория, точно передающая все химические процессы. Основана на математических моделях, используются технологии визуализации в VR-среде. На данный момент лаборатория работает только с неорганическими веществами. Наш выбор пал на получение солей, так как они входят в программу вуза и школы, — рассказал студент кафедры "Информатика и вычислительная техника" Анатолий Бохан.

В виртуальной лаборатории ученик может ошибаться, и это важное преимущество разработки. В лаборатории нет ограничений по времени на проведение эксперимента, каждый студент может отработать алгоритм в своём темпе.

Также некоторые вещества являются опасными для здоровья, а в цифровом пространстве фактический контакт с реагентами исключён. В виртуальной лаборатории не нужно оплачивать работу лаборанта, подготавливать лабораторную посуду, поддерживать и калибровать оборудование.

— Самым вероятным потребителем продуктом является НовГУ. Есть смысл создать несколько лабораторных, чтобы в виртуальной лаборатории смогли заниматься непрофильные студенты. Например, когда большая группа, не у каждого студента есть возможность отработать лабораторную самому, и всё ограничивается демонстрационным опытом преподавателя. Разработка лабораторных под конкретизированную рабочую программу позволит студентам отрабатывать все эти реакции, необходимые для закрепления теоретических навыков в свободном режиме, — объясняет лидер команды, доцент кафедры биологии, биохимии и биотехнологий НовГУ Марина Коновалова.

Виртуальные скатерти и мебель в вашем доме

Ещё одна команда создала AR-приложение «Крестецкая строчка» совместно с компанией XReady lab.

— Большинство товаров кампании представлены в онлайне и офлайне. Чтобы покупатель мог оценить товар, ему нужно посмотреть его поближе, потрогать. Но это не всегда возможно. Например, человек знаком с продукцией «Крестецкой строчки», но из-за того, что живёт в другом городе, не может приехать и оценить их продукцию. Это проблема. Мы разработали приложение, которое доступно в Google Play . Оно позволяет пользователю с помощью камеры телефона выделить объект, например, стол и наложить на него текстуру, например, скатерть. Пользователь может выбирать различные товары, примерять их, смотреть, как они гармонируют с мебелью и вписываются в общий интерьер комнаты. Затем он может кликнуть на понравившийся товар, перейти в интернет-магазин и совершить покупку, — рассказывает участник команды, студент-зоотехник Никита Проданов.

Целевой аудиторией приложения, помимо «Крестецкой строчки», являются Leroy Merlen, OBI, «Петрович», Hoff, «Максидом», Castorama. Эти компании занимаются продажей товаров для обустройства дома, ремонта. Разработчики готовы создать для них модели кухонных гарнитуров, столов, стульев, диванов и другой мебели. Для таких компаний, как «Петрович», они готовы представить текстуры напольных и настенных плиток, которые пользователи смогут сами добавлять в приложение, примерять дома, видеть, как покрытия будет смотреться.

— Мы предлагаем предприятиям, потенциальным пользователям, месячную подписку. Если брать аналогичные приложения и ориентировочный охват в 10 000 пользователей, то при средней конверсии платежеспособных пользователей 10%, количество тех людей, которые действительно кликнут, перейдут по ссылке и что-то купят, составит 1000 человек. У нас есть конкуренты AR-приложения. Среди них приложения по примерке одежды, как Nike и La moda, у которых более 500 тысяч скачиваний и ещё более популярные приложения, которые помогают определиться с интерьером дома. Эти приложения рассчитаны на конкретную компанию. У нас же приложение-конструктор, можно добавлять различные модели и текстуры самостоятельно, — объясняет Никита Проданов.

Для того, чтобы улучшить приложение, добавить трекинг и новые текстуры, усовершенствовать дизайн, команде необходимо два месяца и 400 тысяч рублей. По их оценкам, приложение окупит себя через год.

— Мы готовы продолжать работать над проектом, если есть желание у студентов. На его проработку уйдёт от трёх до шести месяцев. Думаю, что с таким приложением можно выйти на мировой рынок. Оно уникально, так как этим конструктором может пользоваться кто угодно, загрузив фото или видео объекта, который будет встраиваться в среду. Но нужно тестировать его в России на наших предприятиях — отметил представитель компании XReady lab.

Виртуальный тренажёр для «Лактиса»

Цифровая модель — вариант цифровых двойников. Цифровой двойник — виртуальная модель процесса, продукта или услуги. Он позволяет обучать специалистов, анализировать данные и визуализировать системные процессы. Двойник предотвращает проблемы еще до их появления, сокращает простои, позволяет использовать симуляции для разработки стратегических планов.

Первая команда студентов разрабатывала прототип цифровой модели линии розлива и упаковки пакетов молока для компании «Лактис».

— Цель нашего проекта — внедрение новых производственных технологий на территории Новгородской области. Мы выявили проблему низкой осведомлённости сотрудников в работе на линии молочных продуктов. Это комплексный и многофункциональный агрегат. Такая система обеспечивает завершённый технологический цикл при обработке молока. Производительность линии — 15 тысяч литров в день. Мы решили создать цифровой прототип этой линии для обучения персонала работе с оборудованием. Модель создавали на платформе 3D моделирования XR-Star, — рассказал участник команды, студент кафедры "Информатика и вычислительная техника" Александр Лихач.

XR-Star — это платформа 3D-моделирования для воссоздания промышленных объектов в виртуальной и дополненной реальности. Такая модель помогает рабочим цифровыми инструкциями в дополненной реальности, обучает и тестирует персонал методом погружения в рабочую среду или помогает виртуально запустить производство в эксплуатацию.

Ошибки персонала являются одной из основных причин преждевременного выхода оборудования из строя после выполнения работ по техническому обслуживанию. 45% человеческих ошибок при проведении технического обслуживания связаны с недостаточной квалифицированностью — плохим знанием процедур, оборудования. Ошибка оператора стоит дорого — в среднем, убыток вследствие крупного инцидента оценивается в 90 млн. долларов

Представитель компании «Лактис» высоко оценил работу студентов, но отметил сложности с линией упаковки продукции в тетра-пак.

— Я не уверен, что все 3D модели получится построить для продукции тетрапака, потому что там сложное оборудование. Но в общих чертах какие-то вещи для обслуживания прорисовать вполне возможно. Если получится сделать инструкцию по сложным линиям для обучения персонала —прекрасно. Шведы оборудование тетра-пак ставят по всему миру, если связаться с их представителями, то можно поработать в этом направлении — отметил представитель компании «Лактис» Константин Маковеев.

Директор компании «Интеллиджент Айдиас» Елена Романова, на виртуальной платформе которой работали студенты, отметила, что их продукт помогает подключиться к компаниям-производителям за границей.

— Это как раз то, ради чего и было создано это решение. У нас было много кейсов, когда оборудование находится в Москве, а производитель — в Европе. Одновременно можно подключиться к нескольким экспертам в разных странах. Это решаемые проблемы. Что касается решения для обучения, симуляции работы линии, то понятно, как только мы получим от вас исходные материалы, информацию, получим коммерческое предложение, то сможем вместе с вами доработать часть линий и сценарии, которые интересны и важны для вас, — отметила Елена Романова.

Елена первая из IT-партнёров интенсива «Цифровые двойники» предложила задействовать некоторых студентов в других проектах компании. Она отметила, что чем больше студентов будет работать на платформе XR-Star, тем лучше для компании. Также обсуждается вопрос о сотрудничестве с компанией не только по линии студентов, но и преподавательского состава.

Снять барьер боязни работы на заводе

Второй команде студентов поставили задачу создать тренажёр для обучения персонала, не используя рабочие мощности техники, чтобы не происходили простои. Студенты создали виртуальную линию производства твороженных масс для компании «Мстинское молоко».

— Общий бюджет проекта — 25 миллионов рублей. Средства можно получить с помощью льготного заемного финансирования проектов, направленных на повышение уровня автоматизации и цифровизации промышленных предприятий. При этом на 33% снижаются расходы на обучение сотрудников, на 14% снижаются издержки из-за простоя оборудования, на 13% сокращается количество аварий вследствие ошибок персонала, — отметил участник команды, студент кафедры "Программирование в компьютерных системах" Эдгар Черняев.

Также с помощью платформы XR-Star на предприятии можно ввести цифровые инструкции. Накладывая информацию на объекты, они помогают сотруднику точно следовать технологии и снизить вероятность ошибок, упростить процесс выполнения задачи. Виртуальные инструкции дополняют визуальное представление мира данными на специализированных носимых устройствах в виде графиков, видео, изображений, сенсорных датчиков, пошаговых инструкций, учебной информации.

Генеральный директор компании «Мстинское молоко» Роман Ерошенко отметил, что этот «цифровой двойник» был бы полезен для производства.

— Презентация очень наглядна. Представленное оборудование много лет на рынке. Мы планируем менять производственную линию на более автоматизированную. Для работы самое сложное — нахождение персонала и обучение. Основной персонал хотим брать не из близлежащих деревень, а из удалённых районов. Подобный проект интересен, чтобы обучить людей, показать, что есть на заводе из оборудования, и как с ним работать. Снять барьер боязни работы на заводе, — заключил Роман Ерошенко.

Цифровая трансформация медового производства

Компания «Медовый дом» работала сразу с двумя командами студентов. Они разрабатывали цифровые модели обслуживания двух линий розлива мёда.

— Компании требуется дополнительная подготовка кадров и организация стажировки в производственных условиях. Наше решение — разработка цифровой модели линии с детализацией процесса с целью создания образовательного тренажёра для обучения персонала, знакомства с профессией в профильных учебных заведениях. Мы создали модель технической линии крем-меда. Это конвейерная лента: фасовачная часть, упаковочная часть, оборудование для маркировки тары, наклеивания этикетки и закручивания крышки и устройство по их подаче, дозаторы для мёда, установки для сушки и мойки тары, — объяснила студентка кафедры "Технология художественной обработки материалов" Наталья Клюковская.

Цифровая модель двух линий с невысоким уровнем детализации будет стоить 1,5 млн. рублей. Детализация модели со сценарием — 1-1,5 млн. руб. Окупаемость прогнозируется в 2,8 года. Команда рассчитала экономию при подготовке трёх стажеров в месяц: на зарплату стажёров — 60000 рублей. На зарплату сотрудников, занятых обучением — 30000 рублей. Итого в год — 1,08 млн. рублей.

— Для разработки прототипа мы изучили документацию, предоставленную «Медовым домом». Мы решили выполнить низкодетализировнные модели линий. При помощи программы мы легко разместили созданные нами модели в VR пространстве. Также пользователь может взаимодействовать с отдельными элементами моделей, плюс можно запускать анимации. Но всеми функциями мы воспользовались, поскольку у нас низкодетализированная модель, — отметил участник второй команды, студент кафедры "Информатика и вычислительная техника"  Всеволод Шаклеин.

Руководитель отдела кадров «Медового дома» Елена Семёнова была удивлена, что можно в короткие сроки выполнить такую сложную работу. Компания настроена продолжать сотрудничество с командами студентов.

— Цель интенсива — создание 3D моделей производств, на которые мы не могли попасть в период карантина. Но, тем не менее, нам нужно было подготовить студентов, которые должны были проходить производственные практики. Выяснилось, что к такому сотрудничеству компании тоже настроены положительно, так как они хотели сократить время подготовки специалистов, операторов нижнего звена. Целью для студентов за эти три месяца было создать тренажёры. Но в перспективе мы понимаем, что наши партнёры из IT-компаний могут помочь оптимизировать не только подготовку кадров перерабатывающих предприятий, но и проработать логистику движения и оптимизации работы технологического оборудования, — сказала директор Института сельского хозяйства и природных ресурсов НовГУ Татьяна Вобликова.

Студенты отталкивались от реальных координат. Человек попадает в реальную среду производства. Это не виртуальная установка оборудования, это действительно существующее производство, в этом преимущество «Цифровых двойников».

Все предприятия, для которых были созданы прототипы «Цифровых двойников», готовы к сотрудничеству со студентами и IT-компаниями в дальнейшем, а в НовГУ планируют включить полученный на интенсиве опыт в учебную программу:

— Этим интенсивом мы подтвердили нашу гипотезу, что мы можем совместно с IT-партнёрами и Университетом 20.35 подготовить студентов для работы в командах предприятий, которые участвуют в цифровой трансформации. Думаем, мы найдём способ встроить этот опыт в учебный процесс, — отметила Татьяна Вобликова.