Nii ei pea kraanajuht tulevikus enam istuma masina rooli, nagu siiani on tavaks olnud, vaid saab seda juhtida kaugelt – piltlikult öeldes kas või kodust kohvitassi tagant. Üllatav ei ole ka olukord, kus kraana töötab Ida-Virumaal, kuid selle juht „tõmbab kangi“ hoopis Hiiumaal.

Mis on digitaalsed kaksikud? Tallinna Tehnikaülikooli IT-teaduskonna professor ja arukate süsteemide keskuse juht Eduard Petlenkov selgitab, et tegemist on keeruliste protsesside digitaalsete reaalajas toimivate koopiatega, mis on tuleviku tööstuse (Tööstus 4.0 ja Tööstus 5.0) lahutamatu osa. Sellega seoses on tehnikaülikoolil häid uudiseid, mis mõjutavad nii Eesti tööstusettevõtteid kui ka tänaseid tudengeid.  

Kulude kokkuhoid ja tohutu efektiivsus

„Selle aasta alguses toetas TalTechi IT-teaduskonna juhtkond meie arendusprojekti „Uudsed digitaalsetel kaksikutel põhinevad õpetamismeetodid“, mille eesmärk oli luua virtuaalne automaatjuhtimise õppe- ja teaduslabor, mis omakorda koosneb tööstuslike protsesside ja süsteemide laboratoorsete mudelite digitaalsetest kaksikutest. Neid on võimalik kasutada kaasaegse kauglaborina kasutades VR või AR prille või tavalist personaalarvutit ning rakendada virtuaalne labor automaatjuhtimist õpetavates ainetes.“

Õigesti projekteeritud juhtimissüsteem võib Petlenkovi sõnul märkimisväärselt vähendada energia ja materjalikulu, heitmeid ja reostust. „Tuleviku automatiseeritud keskkondades on juhtimissüsteemidel oluline roll ka ohutuse tagamisel.“ Samal ajal võimaldavad kaasaegsed tehnoloogiad tõsta õppetöö efektiivsust ilma keerulisi ja kalleid füüsikalisi seadmeid ning katseobjekte kasutamata.

Tudengid kiidavad uut imelaborit

Pikaajaline tudengite tagasiside on Petlenkovi sõnul näidanud, et automaatjuhtimise teooria õpetamise kitsaskohaks oli võimatus katsetada väljatöötatud algoritme ja projekteeritud süsteeme reaalsetel tööstuslikel protsessidel. Nüüd on aga virtuaalse automaatjuhtimise õppelabori näol on tegemist uudse e-õppe meetodiga, mille abil saab tööstuslike protsesside juhtimist õppida arvutiklassist või kodust väljumata.

„See viib automaatjuhtimise õpetamise uuele tehnoloogilisele tasemele. Selleks luuakse tööstuslike protsesside prototüüpide virtuaalsete kaksikute komplekt (virtuaalne õppelabor). Üliõpilased õpivad disainima regulaatoreid MATLAB/Simulink keskkonnas ning seejärel rakendavad ja katsetavad sünteesitud regulaatoreid virtuaalses keskkonnas,“ selgitab Petlenkov.

Virtuaalreaalsuses on loodud järgmiste juhtimisprotsesside kaksikuid: sildkraana, tornkraana, magnetiline levitatsioon, pöördpendel, vedeliku nivoo juhtimise süsteem. Need protsessid annavad ettekujutuse erinevatest tööstuslikest süsteemidest, mis vajavad efektiivset juhtimist. See annab palju parema ettekujutuse automaatjuhtimise põhimõttetest (juhitavus, juhtimise kiirus, juhitavus, võnkumised jne) ja loodavate rakenduste ohutuse nõuetest. Virtuaalreaalsuses loodud objekte on võimalik ühendada MATLAB/Simulink keskkonnaga, kus projekteerida juhtimissüsteemi ning seejärel vaadata tulemust ja testida süsteemi virtuaalses reaalsuses.

Uus õpe laieneb juba mitmele magistriainele

Uut keskkonda rakendatakse juba õppetöösse. „Kevadsemestril tegid laboratoorse töö virtuaalses keskkonnas arvutisüsteemide ja mehhatroonika õppekavadel õppivad magistrandid õppeaines „IAS0031 Modelleerimine ja identifitseerimine“.  Nüüd rakendatakse virtuaallaborit ka magistriaines „IAS0023 Arukad juhtimissüsteemid“,“ avaldab Petlenkov.

Virtuaalse labori arendamise käigus sai uuritud ja lahendatud ka terve rida digitaalsete kaksikute projekteerimisega seotuid teaduslike probleeme. Projekti on osaliselt rahastanud ka Eesti Teadusagentuur grantide PRG658 ja PRG1463 kaudu.

Loe teadustulemuste kohta põhjalikumalt väljaandes IEEE Access avaldatud artiklist "ReImagine Lab: Bridging the Gap Between Hands-On, Virtual and Remote Control Engineering Laboratories Using Digital Twins and Extended Reality" (autorid S. Alsaleh, A. Tepljakov, A. Köse, J. Belikov and E. Petlenkov)