Ученые Института нефти и газа СФУ изучили возможности применения нечетких нейронных сетей в качестве интеллектуальной системы управления в процессе изготовления биотоплива из биомассы различного происхождения. В перспективе такой «интеллектуальный помощник» сможет быстро адаптировать параметры технологического процесса, протекающего в мобильной биотопливной станции, к требованиям заказчика. При этом участие специалиста по настройке технологического процесса на месте либо будет минимизировано, либо вовсе не потребуется.
Растущий спрос на высокоэкологичное топливо обусловил интерес к биотопливу – возобновляемой альтернативе ископаемого топлива. Основные процессы термохимического преобразования биомассы для производства биотоплива – газификация и пиролиз – подвержены влиянию различных факторов, которые сложно спрогнозировать.
Красноярские ученые решили использовать так называемые нечеткие нейросети (FNNS) для решения этой проблемы. FNNS – это гибридный подход, который объединяет принципы нечеткой логики и нейронные сети. Он дает повышенную адаптивность и точность в моделировании нелинейных систем, и это отлично подходит для процессов преобразования биомассы.
Мы постепенно движемся к созданию мобильной биотопливной станции – передвижной автономной установки для переработки диверсифицированного сырья в полезный продукт – компоненты биотоплива и/или синтетический газ. Именно для повышения мобильности, автономности функционирования такой установки требуется разработать интеллектуальную систему управления, способную подстраиваться под требования к продукции и характеристикам сырья. Она будет определять/задавать параметры процесса, идущего в ядре мобильной технологической установки, с учетом требований того, кто эту установку эксплуатирует.
- Владимир Бухтояров, заведующий лабораторией биотопливных композиций СФУ
Ученый подчеркнул: когда работает такая интеллектуальная система, личное присутствие специалиста, который должен настраивать технологический процесс с учетом совокупности факторов на месте размещения мобильной установки, может не понадобиться вовсе.
Нечеткие нейронные сети (FNNS) появились в работе красноярских ученых неслучайно. В настоящее время они считаются одной из перспективных базовых технологий искусственного интеллекта для построения адаптивных систем с возможностью донастройки (дообучения).
Нужно было определить модельно-алгоритмический аппарат, который можно положить в основу интеллектуальной системы управления. Мы выделили наиболее перспективные структуры искусственных нейронных сетей и специфику их применения. Также были созданы алгоритмы, используя которые, можно формировать и улучшать структуры таких нечетких искусственных нейронных сетей и обучать их, проводя, в том числе, постоянное дообучение.
- Владимир Бухтояров
По словам исследователя, интеграция технологий искусственного интеллекта в структуру исследований лаборатории сейчас является одним из базовых принципов. Идет разработка моделей для прогнозирования свойств, оптимизации состава биотоплив и для управления процессом получения компонентов биотоплив с использованием создаваемого оборудования. Такие модели строятся с использованием данных лабораторных исследований и доступных данных других исследовательских групп на основе методов машинного обучения и искусственного интеллекта, включая авторские разработки.
Модели и алгоритмы лежат в основе созданных и зарегистрированных нами собственных программных систем. Мы можем обеспечить полный цикл создания и использования таких моделей в биотопливном производстве. На наш взгляд, интегрируя нейтронные сети в систему управления мобильной биотопливной станции можно сделать производство биотоплива экологически более устойчивым и масштабируемым.
- Ученые СФУ
Исследование проведено по госзаданию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках проекта «Разработка комплекса научно-технических решений в области создания биотоплив и оптимальных биотопливных композиций, обеспечивающих возможность трансформации потребляемых видов энергоносителей в соответствии с тенденциями энергоэффективности, снижения углеродного следа продукции и использования видов топлива альтернативных ископаемому» (контракт FSRZ-2024-0005). Работа осуществлялась на базе научной лаборатории биотопливных композиций СФУ, созданной под эгидой НОЦ «Енисейская Сибирь».
Источник: Минобрнауки РФ
