Студенты НГТУ НЭТИ разрабатывают систему технического зрения для топочного пространства стекловаренной печи

В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ разрабатывают уникальное программное обеспечение, которое позволит повысить оперативность и точность контроля процесса стекловарения. Работа проводится для индустриального партнера вуза — ООО «Сибирское стекло».

Летом 2024 года ООО «Сибирское стекло» и НГТУ НЭТИ заключили партнерское соглашение. Одной из ключевых задач сотрудничества является разработка системы технического зрения для топочного пространства печи. Предприятие-партнер обратилось с запросом  дооснастить существующую систему мониторинга новыми техническими возможностями для автоматизации процесса наблюдения за непрерывным циклом варки стекломассы. Был заключен договор на проведение научно-исследовательских работ под руководством доцента кафедры тепловых электрических станций НГТУ НЭТИ кандидата технических наук Александра Дворцевого.

«Сотрудничество с высшей школой имеет большое значение для развития инноваций на заводе. Объединив опыт и ресурсы «Сибстекла» с научно-исследовательским потенциалом одного из ведущих технических университетов России для решения реальных производственных кейсов, мы можем на выходе получить функциональный софт, используемый в составе АСУ ТП стекловаренной печи, — комментирует генеральный директор ООО «Сибирское стекло» Антон Мор. — На предприятии применяют различные инструменты управления качеством, обеспечивать которое мы должны на каждом этапе изготовления продукции. Стремимся совершенствовать технологические процессы, в том числе, связанные с изготовлением стекломассы, благодаря чему минимизируем потери».

Стекловарение — сложный и многоступенчатый технологический процесс превращения сырьевой смеси (шихты) в готовую стекломассу. Важно строго соблюдать производственные нюансы: точное дозирование компонентов, постоянное поддержание высоких температур, равномерное перемешивание расплава, удаление газовых включений и т. д. Нарушение технологической цепочки может привести к дефектам, трещинам, неоднородности стекла. Так, контроль за распределением шихты в стекловаренной печи является ключевым фактором стабильности технологического процесса.

«Глобальная задача создания системы технического зрения была разбита на несколько подзадач, каждой из них занимались студенты и магистранты университета. Для них организовали экскурсии на предприятие, где была показана технология производства стекла. Студенты общались со специалистами, погружались в предметную область, чтобы понимать параметры процесса стекловарения и те нюансы, которые необходимо соблюдать для получения качественного продукта. Важно было разработать алгоритмы обработки изображений для анализа состояния шихты, процесса барботажа (пропускания мелкопузырчатого газа через стекломассу для ее интенсивного перемешивания и осветления), однородности зеркала стекла. Предстояло решить и такие сложные задачи, как распознавание пламени — его трудно оцифровывать из-за динамики и оптических свойств», — рассказала доцент кафедры вычислительной техники НГТУ НЭТИ кандидат технических наук Ирина Яковина. 

В рамках проекта разработано несколько программных модулей. Один из них —  модуль анализа сегмента изображений в системе видеонаблюдения стекловаренной печи, позволяющий на основе потока видеоданных и использования современных технологий компьютерного зрения осуществлять автоматический мониторинг и динамический анализ барботажа. Разработанное решение включает построение модуля видеонаблюдения для точной инстанс-сегментации пузырей, настройку модели для работы в условиях промышленной эксплуатации, преобразование результатов сегментации в количественные показатели для оценки состояния технологического процесса. 

Также разработан программный модуль обработки видеопотока для автоматического анализа шихты стекловаренной печи. Он позволяет оценивать динамику процесса и изменение распределения шихты по выделенным зонам. Данный инструмент применим для мониторинга в реальном времени с целью коррекции режима работы печи и повышения качества стекломассы. Кроме того, разработан модуль, реализующий алгоритм автоматического выравнивания видеокадров системы наблюдения за пламенным пространством стекловаренной печи по контрольным точкам — местам подачи шихты. Предложенный подход обеспечивает стабильность анализа кадров в условиях задымленности, неравномерного освещения, загрязнения камеры. 

К настоящему моменту создан прототип системы мониторинга пространства стекловаренной печи. Планируется разработка модуля распознавания площади пламени и объединение всех разработанных решений в один проект. Следующим этапом студенты и магистранты будут работать над созданием пилотной системы мониторинга пространства печи для промышленных условий.

Справка: ООО «Сибирское стекло» («Сибстекло», актив РАТМ Холдинга) – один из лидирующих производителей стеклотары в РФ, крупнейший утилизатор отходов стекла в Сибирском и Дальневосточном федеральных округах, имеет статус «Партнер национальных проектов России».

Источник: НГТУ НЭТИ