Vitajte v revolučnom svete lovcov algoritmov. Staňte sa moderným inžinierom

Na Fakulte chemickej a potravinárskej technológie (FCHPT) Slovenskej technickej univerzity (STU) v Bratislave, ktorá je dlhodobo najlepšou technickou fakultou na Slovensku, sa nevenujeme len chémii a potravinárstvu, ale aj automatizácii a informatizácii v týchto oblastiach. Prof. Ing. Michal Kvasnica, PhD. vedie Ústav automatizácie, informatizácie a matematiky (ÚIAM), ktorý sa zaoberá vývojom riadiacich systémov a algoritmov, ktoré sa v praxi používajú práve na riadenie chemických a potravinárskych technológií. „Úlohou riadenia je nahradiť človeka všade tam, kde je človek veľmi neefektívny na dosiahnutie určitého cieľa, alebo je vystavený nebezpečnému prostrediu,“ hovorí profesor Kvasnica.

Svet sa mení, digitalizácia sa objavuje na miestach, kde by sme ju pred pár rokmi ani nečakali. Stačí sa len pozrieť na to ako smartfóny nahradili kalendáre, stolové počítače, poštové služby, SMSky, a podobne. Tento trend sa odzrkadľuje aj v priemysle. Je možné uchovať a vyhodnocovať stále väčší počet údajov, servis zariadenia je urobený na diaľku, takže sa so servisným technikom ani nestretnete, namiesto rannej pracovnej porady si prečítate záznamy v počítačovom systéme, ktorý z databázy vytiahne presne tie informácie, ktoré ku svojej práci v daný deň potrebujete.

„…lebo automatizácia“

Za posledné desaťročia posunula automatizácia ľudstvo dopredu viac ako za celú jeho predchádzajúcu históriu. Priemyselná výroba, ako ju dnes poznáme, by nedokázala existovať bez „inteligentných“ strojov a celých automatizovaných prevádzok, ktoré nám prinášajú efektivitu a bezpečnosť, a z toho vyplývajúcu lepšiu kvalitu života.

S automatizáciou a procesným riadením sa stretávame na každom kroku a mnohokrát si to ani sami neuvedomujeme. Jej doménou nie je iba chemický a potravinársky priemysel, ale má významné zastúpenie aj v strojárenstve (napr. automobilový a letecký priemysel), informačných a komunikačných technológiách, robotike a medicíne. Rozvoj tejto krásnej vednej disciplíny v minulom storočí umožnil človeku opustiť Zem a pozrieť sa do vesmíru.

Ak si kladiete otázky typu: „ako je možné, že veľká chemicko-technologická prevádzka dokáže fungovať takmer samostatne celé dni, iba s niekoľkými operátormi v riadiacej miestnosti?“, „ako dokážeme skrotiť jadrovú reakciu v náš prospech?“, „ako môže lietadlo preletieť tisíce kilometrov bez toho, aby sa pilot dotkol ovládania?“, „ako je možné, že existujú automobily, ktoré šoférujú za nás?“, tak našou odpoveďou pre Vás je „lebo automatizácia“. Príďte študovať na Ústav informatizácie, automatizácie a matematiky a naučíte sa nielen chápať ako funguje moderný svet, ale aj ako ho prinútiť, aby fungoval podľa Vašich predstáv.

Skromná definícia algoritmu

Aby vysvetlil profesor Kvasnica princíp štúdia v tomto špecifickom odbore, objasní nám najskôr čo je to algoritmus. „Je to súhrn matematických úkonov, slúžiacich k vykonaniu určitého výpočtu platného pre všetky podobné úlohy.  Za touto zdanlivo skromnou definíciou sa skrývajú široké možnosti využitia.“

Dokonalý aj bez tréningu

Príkladom procesu, ktorý si vyžaduje aktívne riadenie, je  ovládanie náklonu plochy tak, aby sledovaný objekt, napríklad pingpongová loptička, bola vždy v strede plochy. Veľmi dôležitou úlohou je tu odfiltrovať z obrazu všetky rušivé elementy. To znamená, že máme k dispozícii v počítači schovaný algoritmus, ktorý rozoznáva polohu objektu a nedá sa zmiasť tým, že protivník nám spustí do scény nejaký iný objekt. Ale čo je úplne najdôležitejšie, že celý tento proces by bol „mŕtvy“, ak by neexistoval umelý mozog.  Umelý mozog je práve riadiaci algoritmus, ktorý je skrytý v počítači. Úlohou tohto algoritmu je porovnávať aktuálnu polohu loptičky so žiadanou polohou a vydávať motorom povely tak, aby sa loptička skutočne dostala do stredu plochy. „Táto úloha nie je celkom triviálna“, hovorí profesor Kvasnica a preto bude trvať človeku „až“ pol minúty, než sa mu podarí úlohu splniť. „Automatizovaný riadiaci algoritmus si s touto úlohou poradí 4-krát rýchlejšie než kvalifikovaný človek, ktorý tréningom strávil dva týždne.“

Prediktívne videnie

Celkom z iného súdka je výskum riadiacich systémov v automobilovej doprave, ktoré dokážu vďaka zabudovaným čipom zabezpečiť väčšiu rýchlosť a plynulosť premávky a zamedziť tak vzniku dopravných kolón. Na výskume spolupracuje ÚIAM FCHPT  s kolegami zo švajčiarskej univerzity ETH v Zürichu, kde profesor Kvasnica absolvoval doktorandské štúdium. „Vytvárame jeden z najkvalitnejších riadiacich algoritmov, ktoré využívajú prediktívne riadenie – predpoveď budúceho správania sa systému,“ doplnil.

Výpočet pre zdravý džús

Prof. Ing. Miroslav Fikar DrSc. pracuje so svojou skupinou na membránovej filtrácii, čo je spôsob rozdeľovania zmesí. Keď napríklad zmiešame cukor a soľ vo vode, tak vďaka odlišnej molekulovej veľkosti dokáže filtrácia oddeliť tieto dve látky. Našou úlohou je urobiť to v čo najkratšom čase, alebo s čo najnižšími nákladmi, lebo voda môže byť veľmi drahá, vysvetľuje. „V našom výskume sme skúmali proces oddeľovania albumínu od etanolu pri spracovaní ľudskej krvi, alebo šetrný proces dealkoholizácie piva, ktoré si takto zachová všetky chutné a zdraviu prospešné látky. Študenti sa pri takomto výskume musia naučiť najprv pochopiť a v počítači namodelovať správanie zásobníkov na kvapalinu, až potom môžu prejsť k ovládaniu zásobníkov na diaľku,“ doplní. V počítači možno tento proces ovládať manuálne, alebo je možné zvoliť algoritmus, ktorý sa nahrá podľa potrebných parametrov do riadiaceho systému zásobníkov. Študent sa týmto spôsobom naučí, ako fungujú jednotlivé riadiace algoritmy alebo regulátory.

Modernými algoritmami k úsporám energií a redukcii klimatickej zmeny

Tím pracovníkov a študentov pod vedením doc. Ing. Juraja Oravca, PhD. skúma, ako zabezpečiť šetrenie energií a zníženie emisií C0₂ s využitím moderných algoritmov riadenia, a to najmä robustného, distribuovaného a explicitného prediktívneho riadenia. Robustnosť zohľadňuje premenlivosť a prediktívnosť znamená predpovedanie budúceho správania procesu. Sľubné výsledky tím dosiahol pri riadení rôznych procesov ohrevu a chladenia.

Dátami k zlepšovaniu životného prostredia

Dátová revolúcia spôsobila nielen explóziu v množstve dát, ktoré ľudia produkujú a ukladajú. Takisto enormne vzrástol potenciál a príležitosti na uplatnenie algoritmov, ktoré dáta spracúvajú a dolujú z nich informácie. Či už sa jedná o historické dáta z priemyselnej prevádzky alebo dáta o aktuálnej predpovedi sily vetra či intenzity slnečného svitu, algoritmy vyvíjané na ÚIAM FCHPT známe pod označením strojové učenie si hravo poradia s predikciou a optimalizáciou výroby ropnej rafinérie, fotovoltaickej či veternej elektrárne, ba dokonca s automatickým pestovaním rastlín v inteligentných skleníkoch. Automatizácia a inteligentné algoritmy pomájú s riešením globálnych problémov celého ľudstva!

Aplikácia pre pokojný spánok

Riadiace algoritmy sú aj nevyhnutnou súčasťou technológií v priemysle, kde sa spracúva ropa, zemný plyn, kyseliny, nebezpečné látky. Všade tam, kde hrozí riziko havárií. Len vďaka počítačom naprogramovaným dobrým algoritmom môžeme spokojne spávať. Doc. Ing. MSc. Martin Klaučo, PhD. demonštruje pritom prostredníctvom malého experimentu na laboratórnom zariadení odhad stavu kvapaliny a vysvetľuje, že bez takéhoto riadiaceho algoritmu nedokáže človek zabezpečiť  napr.  prevádzku  v Slovnafte. Nie je možné predsa zamestnať desiatky pracovníkov, ktorí by behali po závode a merali hodnoty. Práve k tomu slúžia riadiace algoritmy, ktoré človeka zastúpia. Viaceré z nich práve pre Slovnaft navrhli na ÚIAM FCHPT, ďalšie pre mnohé iné spoločnosti a to aj v zahraničí. Výskum v oblasti zjednodušovania a implementácie kvalitných algoritmov je základom vedeckej práce na ÚIAM. „Automatizácia je veda, ktorá sa v praxi dá aplikovať na širokú triedu procesov, od chemického priemyslu až po vykurovanie domov. V našom výskume veľmi aktívne zapájame aj našich študentov, ktorým zároveň umožňujeme a pomáhame zúčastňovať sa na zahraničných študijných pobytoch. Pre každého dokážeme zorganizovať takúto cestu a vďaka tomu naši študenti dokážu náš výskum posúvať ešte ďalej,“ uzatvára profesor Kvasnica.

Programátor s bonusom

Absolvent programu Riadenie procesov ovláda vedomosti z oblasti informačných technológií ako klasický programátor, ale má aj niečo navyše. Rozumie aj chemickým a fyzikálnym zákonitostiam, čiže je to komplexný programátor so všestranným zameraním. Nespočetnými pozorovaniami a meraniami reálnych technologických procesov a výpočtami  smeruje k jedinečnému algoritmu. Vo svojom odbore ho ťažko niekto nahradí. Je ako lovec, ktorý v hlbokých vodách priemyslu nemá konkurenciu. Je to práve programátor/informatik z ÚIAM FCHPT, ktorý je výnimočný. Potrebuje ho každé odvetvie, najmä priemysel. Študent má preto 100%-nú istotu, že po štátniciach má o prácu postarané. Chemických programátorov je žalostne málo, až tak, že sa o nich zamestnávatelia bijú. Všetkej výrobe, každej súčiastke „dávajú mozog“!

Výhodou je jazyk bez hraníc

Dobré kontakty a spolupráca školy s priemyslom zaručujú, že prax u potenciálnych zamestnávateľov môžu budúci chemickí inžinieri realizovať už počas štúdia, pričom práca na čiastočný úväzok nie je jedinou výhodou. Absolventi majú nadpriemerné nástupné platy a mnohí čoskoro pracujú na významných pozíciách vo firmách a organizáciách presne vo svojom odbore. Rozumejú výrobnému procesu od A po Z a preto sa uplatnia aj ako manažéri. Avšak nejde len o Slovensko! Veľký záujem o nich je aj v zahraničí. Platnosť nadobudnutých vedomostí v technických odboroch neobmedzujú hranice krajín. Odvíjajú sa v jednom spoločnom jazyku a tým je matematika, jazyková bariéra tu neexistuje. Sú to široké možnosti, ktoré prekvapia každého, kto túži rozumieť súčasným priemyselným technológiám a ešte viac toho, kto sa bude chcieť stať lovcom algoritmov.

Ako absolvent tohto programu sa uplatníš:

• vo firmách zaoberajúcich sa meraním, reguláciou a automatizáciou nielen v chemickom, ale aj potravinárskom priemysle. Znalosť chemických a potravinárskych technológií je veľkou výhodou pri uplatňovaní sa v týchto odvetviach,
• v obchodných firmách zameraných na výpočtovú techniku, meraciu a regulačnú techniku,
• všade tam, kde treba vykonávať spracovanie a zabezpečovanie počítačových sietí,
• pri vývoji internetových riešení nielen v chemickom a potravinárskom priemysle, ale aj vo finančnom sektore a bankovníctve,
• ako programátor vo všetkých odvetviach hospodárstva,
• ako stredný článok riadenia v chemických a potravinárskych podnikoch, a to na ekonomických, obchodných, technických i personálnych úsekoch,
• v podnikaní v oblasti výroby a služieb zameraných na chemické a potravinárske technológie, ako i v ekonomickej činnosti.