Дмитрий Притыкин: «В тренажеростроении VR-технологии актуальны уже сегодня»::БИТ 02.2018
 
                 
Поиск по сайту
 bit.samag.ru     Web
Рассылка Subscribe.ru
подписаться письмом
Вход в систему
 Запомнить меня
Регистрация
Забыли пароль?

Календарь мероприятий
апрель    2018
Пн
Вт
Ср
Чт
Пт
Сб
Вс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

показать все 

Новости партнеров

20.04.2018

Конференция InfraNext 2018: СИЛА В ЖЕЛЕЗЕ

Читать далее 

20.04.2018

РАЭК представила на РИФ «Рейтинг операторов фискальных данных 2018»

Читать далее 

19.04.2018

«Карма» запускает хакатон для крипто-анархистов

Читать далее 

19.04.2018

Общегородской контакт-центр использует искусственный интеллект для оценки качества обслуживания населения

Читать далее 

19.04.2018

РИФ 2018: Экономика Рунета перевалила 2 трлн. рублей 7 хабов+10 срезов = 2 трлн. рублей

Читать далее 

19.04.2018

Международный робототехнический форум Skolkovo Robotics пройдёт в «Сколково»

Читать далее 

19.04.2018

Крупнейший в Восточной Европе робототехнический Форум пройдёт в «Сколково»

Читать далее 

показать все 

Статьи

16.03.2018

Когда в России появится свой «Алибаба»?

Читать далее 

16.03.2018

Цена не важна?

Читать далее 

16.03.2018

Deus AI est

Читать далее 

16.03.2018

Когда ИТ становится фактором конкуренции

Читать далее 

21.02.2018

Цифровая Россия: новая реальность

Читать далее 

21.04.2017

Язык цифр или внутренний голос?

Читать далее 

16.04.2017

Планы – ничто, планирование – все. Только 22% компаний довольны своими инструментами для бизнес-планирования

Читать далее 

16.04.2017

Цифровизация экономики

Читать далее 

23.03.2017

Сервисная компания – фея или Золушка?

Читать далее 

17.02.2017

Информационные технологии-2017

Читать далее 

показать все 

Дмитрий Притыкин: «В тренажеростроении VR-технологии актуальны уже сегодня»

Главная / Архив номеров / 2018 / Выпуск №02 (75) / Дмитрий Притыкин: «В тренажеростроении VR-технологии актуальны уже сегодня»

Рубрика: Тема номера /  Наука & Производство


Дмитрий Притыкин:
«В тренажеростроении VR-технологии актуальны уже сегодня»

Дмитрий ПритыкинРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС) уже не первый год развивает учебно-лабораторный комплекс «Виртуальная железная дорога». Специалисты вуза создают уникальные тренажеры современных локомотивов, используемых на российских железных дорогах. Об этом направлении, находящемся на стыке ИТ и инженерно-технической тематики, «БИТу» рассказывает Дмитрий Притыкин, начальник отдела информационных технологий виртуальной реальности Центра развития инновационных компетенций Ростовского государственного университета путей сообщения, к.т.н., доцент кафедры «Электрический подвижной состав»

– Дмитрий, как в Ростове-на-Дону взялись за создание тренажеров машинистов локомотивов? Насколько это специфическая тема?

– Идея создания учебно-лабораторного комплекса «Виртуальная железная дорога» принадлежит ректору университета Владимиру Дмитриевичу Верескуну.

Комплекс включает в себя не только тренажеры подвижного состава, но также тренажеры рабочих мест поездных диспетчеров, дежурных по станции, энергодиспетчеров, тренажеры оборудования для диагностики верхнего строения пути. Главная задача «Виртуальной железной дороги» – сформировать у будущих специалистов отрасли целостное представление о том, как работает такой сложный механизм, как железная дорога.

Существуют так называемые целевые направления подготовки, когда предприятия ОАО «РЖД» и связанные с ним компании направляют заявки для обучения в вузе интересующих их специалистов. В программы целевой подготовки в нашем университете входят лабораторные и практические занятия на «Виртуальной железной дороге». Каждый студент-целевик может на собственном опыте познать нюансы работы ключевых служб дороги: ощутить себя в роли машиниста локомотива, познакомиться с особенностями работы поездного диспетчера и так далее.

Если говорить конкретно о тренажерах подвижного состава, то замечу, что специфика их разработки несколько отличается от концепции тренажера для машиниста. Железнодорожный вуз не готовит машинистов, наши выпускники – инженеры железнодорожного транспорта. Поэтому в задачу тренажера локомотива или электропоезда входит не только ознакомление студента с устройством кабины, органов управления, приемов и правил управления подвижным составом.

Тренажер подвижного состава является еще и моделирующей установкой, которая в реальном масштабе времени воспроизводит работу систем подвижного состава. При их проектировании основной упор делается именно на то, какие процессы протекают в оборудовании машины в разных режимах ее работы, как отражается на этих процессах воздействие на органы управления.

Например, у нас эксплуатируются тренажеры грузовых локомотивов: электровоза ВЛ80 и тепловоза 2ТЭ116. Оба тренажера включают в себя достаточно подробную компьютерную модель грузового поезда. Чтобы было понятно: поезд – это не только локомотив, но и не один десяток грузовых вагонов массой около девяноста тонн каждый. Поезд из ста вагонов – этакая гусеница длиной в 1,5 километра и массой свыше 9000 тонн. Поэтому управление локомотивом должно учитывать сложные динамические процессы, протекающие в сцепных приборах.

Тренажер грузового магистрального тепловоза 2ТЭ116

Тренажер грузового магистрального тепловоза 2ТЭ116

Нерасчетливое торможение, к примеру, не раз служило причиной крупных катастроф на транспорте. Наши тренажеры позволяют воспроизвести подобные ситуации. Причем в тренажере ВЛ80 к компьютерной модели поезда подключена так называемая тормозная станция – реальная тормозная сеть грузового поезда, с полным комплектом пневматической аппаратуры для восьмидесяти вагонов. Аналогов такого решения нет ни в одном из транспортных университетов по всей стране.

– Это чисто университетская работа?

– Да, вся работа является чисто вузовской и ориентирована преимущественно на развитие нашей лабораторной базы. В университете функционирует подразделение, Центр развития инновационных компетенций, в него входит ряд отделов, непосредственно принимающих участие в разработке и модернизации тренажерных комплексов. С осени 2016 года я руковожу одним из этих отделов, отделом информационных технологий виртуальной реальности.

– Как вы пришли в эту сферу?

– Моя дорога в эту область была достаточно извилиста. Моя инженерная специальность – инженер-электромеханик с уклоном в сторону управления робототехническими системами. Окончил я Новочеркасский политехнический институт в 2004 году. Там же довольно долгое время, с небольшим перерывом, работал на кафедре «Теоретическая механика». Управлению роботами посвящена и моя кандидатская диссертация. К железнодорожной тематике я пришел, работая в отделе программного обеспечения в электровозостроительном НИИ города Новочеркасска. В тот же период меня заинтересовала тема продольной динамики грузовых поездов, с такой темой докторской диссертации я пришел в РГУПС.

Поезд – это не только локомотив, но и не один десяток грузовых вагонов массой около девяноста тонн каждый

Информационные технологии для меня являются инструментом решения практических задач, и вся моя деятельность непосредственно связана с разработкой программного обеспечения.

– Какие используются технологии, решения, ПО, «железо»? Что пишут ваши специалисты, что берете «на стороне»?

– Представьте себе в целом, что такое тренажер электропоезда. Это достаточно сложный программно-аппаратный комплекс. В его состав входит натурное оборудование: пульт машиниста с органами управления и средствами отображения информации.

В состав аппаратуры может входить и реальное силовое электрооборудование, и пневматическая тормозная сеть, как на нашем тренажере электровоза ВЛ80. Оборудование, не представленное в «железе», моделируется программно, а значит, в состав тренажера входит высокопроизводительный вычислительный комплекс. Сигналы с датчиков оборудования и органов управления нужно ввести в программную модель поезда, а оттуда вывести параметры, отображаемые на натурных приборах. Поэтому в состав комплекса включены средства сопряжения аппаратуры с компьютерными интерфейсами.

Кроме того, возникает необходимость в визуализации окружающей поезд обстановки, вида из окна кабины машиниста. Если в прошлом для этого использовалась видеосъемка, прокручиваемая на экране проектора с подстройкой частоты кадров под текущую скорость движения, то сейчас на смену этой технологии пришла 3D-визуализация, выводимая на монитор высокого разрешения. Это, со своей стороны, требует серьезного аппаратного обеспечения в виде ускорителей 3D-графики.

Вместе с тем серьезные промышленные решения для таких задач не требуются, поэтому вычислительный комплекс реализован на персональных IBM-совместимых компьютерах. Таких машин может быть несколько, в частности на тренажере электропоезда «Ласточка» их две. Для вывода трехмерной графики применяются популярные игровые видеокарты. О производителях говорить не буду, но наш выбор определяется главным образом требующимися для решения задачи характеристиками при совместимости оборудования с планируемым к применению системным ПО.

Решения в этой области устройств сопряжения с аппаратурой мы принимаем в тесном сотрудничестве с отделом электроники и робототехники, также входящим в наш центр. На той же «Ласточке» впервые в нашей практике реализована концепция так называемого распределенного устройства сопряжения. Это означает, что сигналы с кнопок и переключателей вводятся «по месту» в универсальное устройство дискретного ввода на базе микроконтроллера, проходят предварительную обработку, а затем отдаются в промышленную сеть.

Рабочее место машиниста тренажера электропоезда ЭС1 «Ласточка»

Рабочее место машиниста тренажера электропоезда ЭС1 «Ласточка»

Более сложные органы управления, такие как контроллер тяги и тормозной кран, имеют в своем составе специализированную плату сопряжения, обрабатывающую сигнал с датчиков перемещения рукояток и отдающую его в ту же промышленную сеть в форме, удобной для обработки ПО высокого уровня. В качестве сетевого протокола применяется Modbus RTU.

Кстати сказать, такая архитектура применяется сегодня и на реальном подвижном составе, но в более крупном масштабе и с использованием более надежных сетевых протоколов. Таким образом, сигналы с пульта управления вводятся в вычислительный комплекс по двум проводам через специальный адаптер. Применяются и сетевые протоколы, специфичные для ПК, на основе стека TCP/IP. Процесс создания электронной начинки тренажеров от проектирования принципиальных схем, разработки печатных плат и их прототипирования выполняется силами нашего отдела электроники.

Правда, в последнее время мы задумываемся о заказе печатных плат у стороннего поставщика. Необходимость этого диктуется миниатюризацией компонентов, широким применением поверхностного монтажа и потребностью в многослойных платах. Однако разработку схемотехнических решений и ПО для микроконтроллеров мы оставляем за собой.

– Как собирают макет кабины? Какие используются комплектующие?

– Оборудование кабины зависит от серии подвижного состава. Если говорить об электровозах и тепловозах отечественного производства, то речь идет не о макетах кабин, а о настоящих кабинах и штатных органах управления. Этот подвижной состав выпускался массово и до сих пор эксплуатируется, так что получить натурные образцы достаточно легко.

Системное программное обеспечение наших вычислительных комплексов – это операционная система на базе ядра Linux

С современным подвижным составом все гораздо сложнее. Обусловлено это тем, что многие его образцы выпускаются в консорциуме с зарубежными фирмами или поставляются ими непосредственно. Рыночная конкуренция и коммерческая тайна делают свое дело, и получить настоящие узлы очень трудно, если не сказать невозможно. Тут приходится опираться на собственные силы. Органы управления для тренажера «Ласточки» проектировались нами самостоятельно, а изготавливались они на университетском опытно-экспериментальном заводе. Там же спроектированы конструктив пульта управления и макет кабины электропоезда. Здесь широко применяются как классические технологии машиностроения, так и, например, 3D-печать для создания специфических деталей.

– Как создается программное обеспечение?

– При разработке ПО предпочтение отдается решениям на базе свободного ПО. Системное ПО наших вычислительных комплексов – это ОС на базе ядра Linux. Кроме свободной лицензии, эти ОС имеют существенное преимущество – потрясающие возможности кастомизации. Задача ОС по большому счету сводится к обеспечению ресурсами прикладного софта, а в случае встроенного ПО система должна создавать как можно меньше помех его работе. Об MS Windows этого сказать нельзя, ее ниша четко ограничена сегодня бытовыми и офисными ПК.

Отталкиваясь от системной платформы, мы приходим к вопросу выбора средств разработки. Потребность в высокопроизводительных вычислениях определяет выбор языка: вычислительные ядра наших систем пишутся на С++, обернутом фреймворком Qt.

Qt – это наиболее популярное сегодня решение в области кроссплатформенной разработки на С++. Эта технология решает большинство наших задач, обеспечивая при этом приемлемые сроки разработки.

Тут хочется особенно отметить нашу собственную разработку: движок динамики поезда TrainEngine, который применяется во всех наших тренажерах. Это набор кроссплатформенных библиотек, позволяющий моделировать механическую часть поезда в реальном масштабе времени. Аналогичные решения в этой области слишком универсальны и не подходят под применение во встраиваемых системах.

Работы в области трехмерной графики выполняются с применением таких популярных движков, как Unity и Unreal Engine.

– Дмитрий, какая экономическая выгода от вашего комплекса в сравнении с аналогами? Есть ли интерес у РЖД к вашим разработкам? Кто финансирует вашу работу? Каков потенциал внедрения таких тренажеров в России?

– Экономическая выгода в том, что университет не закупает интересующее его оборудование и ПО, а разрабатывает самостоятельно, по сути, получая его по себестоимости.

Интересы РЖД и интересы учебных заведений в смысле тренажерных комплексов несколько расходятся, в том плане, что РЖД – это эксплуатант со всеми вытекающими потребностями и задачами. Тренажер подвижного состава для РЖД ориентирован на подготовку локомотивных бригад прежде всего. Нас эта тема интересует в контексте подготовки инженерных кадров, как я уже говорил. Пока что у РЖД есть свои подрядчики, непосредственно связанные с производством реального подвижного состава.

Таким образом, наша целевая аудитория в основном учебные заведения, железнодорожные университеты и техникумы, на сегодняшний день их можно рассматривать как перспективное направление внедрения подобных разработок, в том числе и наших.

Что касается финансирования, то мы являемся структурным подразделением университета, поэтому все финансирование осуществляется за его счет.

– Есть ли перспективы экспорта?

– Об этом сложно говорить, и вот почему. Производство подвижного состава у нас в стране ориентировано главным образом на внутренний рынок и страны ближнего зарубежья, которые в силу исторического и технического прошлого унаследовали некогда единую транспортную инфраструктуру. На этот же рынок, соответственно, ориентированы и тренажерные комплексы.

– Расскажите о вашей команде. Кто помогает вам в работе? Каких экспертов привлекаете со стороны практической части (машинисты, инженеры, программисты)? Кто руководит разработками?

– Основу коллектива разработчиков составляют наши же студенты, магистранты и аспиранты. Основной поставщик кадров для нас – факультет информационных технологий и управления нашего университета. Два моих ведущих разработчика в этом году заканчивают магистратуру по направлениям подготовки в области ИТ. Среди разработчиков есть и выпускники других вузов.

Университет не закупает интересующее его оборудование и ПО, а разрабатывает самостоятельно, по сути, получая это по себестоимости

Такая кадровая политика вытекает непосредственно из целей и задач нашего подразделения, Центра развития инновационных компетенций, и прописана в положении о нем: повышение уровня компетенций выпускников университета за счет развития имеющихся и внедрения новых инновационных образовательных технологий, развития и коммерциализации разработок вуза с активным участием выпускников. Соответственно, мы привлекаем талантливую молодежь к работе над реальными проектами.

Конечно же, решение поставленных перед нами задач не обходится без привлечения других подразделений вуза. В части тренажеров подвижного состава наши главные заказчики – кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» и «Электрический подвижной состав» – принимают участие в разработке. Я сам являюсь доцентом кафедры «Электрический подвижной состав». В прошлом году прошел повышение квалификации по специальности «Подвижной состав железных дорог» на базе нашего университета. Кроме того, помощь приходит и со стороны наших выпускников, работающих на предприятиях железной дороги. Недостатка в консультантах мы не испытываем.

Постановка стратегических задач по развитию тренажерного комплекса «Виртуальной железной дороги» исходит непосредственно от ректора университета. Принятие конкретных технических решений лежит на руководстве центра и начальниках его отделов.

– Какие сегодня тренажеры уже используют российские железнодорожники? Имеет ли смысл приобретать зарубежные комплексы?

– Если говорить об ОАО «РЖД», то его обеспечение тренажерными комплексами уже более 40 лет осуществляет Проектно-конструкторское бюро локомотивного хозяйства (ПКБ ЦТ), являющееся филиалом «РЖД». Его продукция покрывает большинство потребностей акционерного общества в тренажерных комплексах. Естественно, проектирование и изготовление этих тренажеров крепко опирается на поддержку производителей реальных машин. Тренажер машиниста локомотива включает в себя много реального оборудования кабины, это оправданно и диктуется целями обучения локомотивных бригад. Тут во главу угла ставится обеспечение безопасности движения. Локомотивная бригада должна хорошо знать свое рабочее место, приборы безопасности, регламент переговоров и так далее.

Соответственно, тренажеры, используемые в производственном процессе железной дороги, развиваются параллельно развитию самого подвижного состава и опираются на те технологии, что присутствуют в отрасли в данный момент. Безусловно, есть корреляция и с развитием информационных технологий.

Реальное оборудование высоковольтной камеры электровоза, работающее в составе тренажера. Видна часть тормозной станции

Реальное оборудование высоковольтной камеры электровоза, работающее в составе тренажера. Видна часть тормозной станции

Что сказать о приобретении тренажеров за рубежом? Вот посмотрите, у нас есть экспортные образцы техники, те же «Сапсаны» выпущены фирмой Siemens. Но выпущены они с учетом специфики их эксплуатации на наших дорогах. И в процессе эксплуатации в их конструкцию был внесен ряд изменений. Тренажер, его конструкция и алгоритмическое наполнение, оно определяется не только конструкцией машины, которую он воспроизводит, но и спецификой ее эксплуатации в конкретной железнодорожной сети. И тренажеры тех же «Сапсанов» уже отечественного производства. Поэтому необходимости в их экспорте я лично не вижу.

– Сейчас появилось российское «железо», те же восьмиядерные «Эльбрусы». Мы видим, как ведется разработка его новых образцов. Вам было бы интересно создать что-то на этой базе?

– Как специалисту мне, безусловно, интересно было бы попробовать это «железо». Но пока что в мои руки оно не попадало. Если говорить об «Эльбрусах» как о технологии и ее перспективах, то тут нужно понимать, что само по себе «железо», «голое», без системного ПО, бессмысленно. И сама по себе операционная система на этом «железе» тоже бессмысленна для конечного потребителя. Потребителю важно, какие прикладные программы можно запускать на этой платформе и насколько эти программы интересны ему с точки зрения решения конкретных задач, будь то разработка встраиваемых систем, офисная работа или игры. Когда на платформу приходит нужный потребителю прикладной софт, тогда платформа становится популярна. «Эльбрусы» выстрелят, когда станут платформой для решения прикладных задач и не раньше. Будем болеть за них, конечно, я с интересом слежу за их развитием.

– Как будет выглядеть ваш тренажерный комплекс лет через 10? Придут ли VR-технологии?

– VR-технологии уже приходят. Более того, в нашем университете существует тренажер на основе этой технологии, разработанный силами сотрудников. Это тренажер осмотрщика грузового вагона.

Представьте себе: человек надевает шлем и оказывается на технической позиции осмотра. Перед ним четырехосный полувагон, который нужно осмотреть на предмет выявления дефектов его конструкции. Процедура осмотра – это своеобразный акробатический номер: нужно обходить вагон с разных сторон, залезать под него. Бывает интересно наблюдать, как человек, надевший VR-шлем, пытаясь пролезть под вагон и не удариться об автосцепку или раму, старается удержать равновесие на корточках, опираясь на ось виртуальной колесной пары.

Даже при довольно низком качестве графики, которое дают существующие шлемы, эффект присутствия просто потрясающий. И обучающий эффект соответствующий, ведь, как говорят, «лучше один раз увидеть...». Тут работает и зрительная память, и моторные навыки. Специалист, прошедший подготовку на таком тренажере, будет точно знать, где искать трещины в металле на ступице колеса, какие дефекты имеет автосцепка и где они локализуются. Так что такой опыт мы имеем, довольны результатами и считаем это направление приоритетным в ближайшем будущем, в том числе и для тренажеров подвижного состава.

Если, по словам Джона Кармака, для массового потребителя игр VR станет интересен, когда мы будем иметь разрешение 4К на каждый глаз, то в сфере тренажеростроения VR актуален уже сегодня. Стоимость оборудования уже вполне приемлема для образовательного учреждения. Средства разработки программного обеспечения на основе движков Unity и Unreal Engine 4 достаточно развиты для того, чтобы ставить и решать задачи создания обучающих тренажерных комплексов. Будущее однозначно принадлежит VR, и, я думаю, через 10 лет мы в этом убедимся.

Беседовал Евгений Белкин

В начало⇑

 

Комментарии отсутствуют

Комментарии могут отставлять только зарегистрированные пользователи

Выпуск №3 (76) 2018г.
Выпуск №02 (75) 2018г. Выпуск №01 (74) 2018г.

           

Tel.: (499) 277-12-41  Fax: (499) 277-12-45  E-mail: sa@samag.ru

 

Copyright © Системный администратор

  Яндекс.Метрика