Projekti / Programi
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.00 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P170 |
Naravoslovno-matematične vede |
Računalništvo, numerična analiza, sistemi, kontrola |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
Inženirstvo sistemov vodenja, življenjski cikel sistemov vodenja, napredno vodenje procesov, identifikacija nelinearnih dinamičnih sistemov, diagnostika, prognostika in upravljanje stanja, gorivne celice, baterije, biološki procesi, pametne tovarne, energetsko učinkovite stavbe.
Raziskovalci (34)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.724 |
Povzetek
Cilj programa je pridobiti nova znanja in izkušnje, potrebne za celovito obravnavo življenjskega cikla sistemov vodenja. S sistematičnim prenosom raziskovalnih rezultatov v uporabne tehnologije bo skupina izvajala pomembno vlogo pri premoščanju vrzeli, znane kot "dolina smrti". Predlagani raziskovalni program podpira to vizijo s sinergijskim učinkom dela na metodoloških raziskavah, razvoju prototipov orodij in gradnikov ter aplikativnih raziskavah na področjih, ki so prepoznana kot prednostna v Sloveniji in EU. Poudarek dela bo na novih metodah in orodjih za dvig zmogljivosti in kvalitete sistemov vodenja, podaljšanju življenjske dobe sistemov, povečanju njihove zanesljivosti in varnosti delovanja, kot tudi učinkovitosti načrtovanja sistemov vodenja. Delo bo potekalo v treh tesno medsebojno povezanih R&D sklopih:
1 . Metodologije za načrtovanje sistemov vodenja. Sklop je razdeljen v tri smeri: (i) modeliranje kompleksnih nelinearnih sistemov s poudarkom na samo-razvijajočih se Gaussovih modelih, ki omogočajo zmanjšanje računske zahtevnosti pri obravnavi velike količine podatkov, (ii) rayvoj naprednih postopkov vodenja nelinearnih procesov s poudarkom na učinkovitem eksplicitno prediktivnem vodenju in (iii ) razvoj portfelja modelno/signalno zasnovanih postopkov za spremljanje stanja sistemov ter napovedovanje njihove preostale življenjske dobe.
2 . Orodja in gradniki za implementacijo sistemov vodenja. Izpopolnili bomo nekatera orodja za reševanje specifičnih zahtev, ki se pojavljajo pri inženirstvu sistemov vodenja na prioritetnih področjih. Poudarek bo na razvoju orodij za izvedbo sistemov vodenja predvsem tam, kjer komercialno dostopnih rešitev ni, oziroma so le-te neustrezne.
3 . Uporabne raziskave in implementacija na ciljnih prioritetnih področjih. Raziskave bomo izvajali na večih problemskih področjih, ki imajo velik vpliv na družbeni in gospodarski razvoj Slovenije in EU. Sem sodijo: (i) razvoj prediktivega vodenja za tokamak fuzijski reaktor, (ii) hierarhično vodenje in spremljanje stanja sistemov z gorivnimi celicami za večjo komercializacijo, (iii) diagnostika, prognostika in pametno upravljanje energije v Li in post-Li baterijah, (iv) napredno vodenje proizvodnje na podlagi modela kot koncept v smeri »pametnih tovarn«, (v) koordinirano vodenje in optimizacija zmogljivosti v celotni verigi oskrbe z vodo vključno s čiščenjem, kanalizacijo, recikliranjem in izkoriščanjem organskih odpadkov in blata iz čistilnih naprav za proizvodnjo bioplina, (vi), napredno vodenje za energetsko učinkovite stavbe.
Pričakovani rezultati bodo pomembno prispevali k zmanjševanju razkoraka med teorijo vodenja in uporabo v praksi in bodo imeli opazen vpliv na družbeno dodano vrednost. Poleg vrhunskih raziskav, objavljanja in obveščanja javnosti, bo poudarek na razvoju prototipov in izvedbi demonstracijskih projektov, kar bo mogoče zahvaljujoč odličnemu sodelovanju z mrežo več kot 40 partnerjev iz Slovenije in tujine.
Pomen za razvoj znanosti
Informacijske in komunikacijske tehnologije, ki vključujejo vodenje kot nepogrešljiv sestavni del, so v vrhu raziskovalnih prioritet v EU in svetu. Vizija in glavni izzivi na področju tehnologije vodenja so bili oblikovani v okviru različnih profesionalnih združenj in raziskovalnih programov, kot so npr. Horizon 2020, SPIRE in FCH JU iniciative itd., ki so identificirali najbolj perspektivna področja bodočih raziskav. Večina področij dela iz predloga našega programa je popolnoma skladnih s tistimi, ki jih svetovna skupnost dojema kot zelo pomembna. Zato pričakujemo, da bodo rezultati programa lahko imeli vpliv širše in bodo pomemben prispevek pri skupnih prizadevanjih za zmanjšanje razkoraka med teorijo in prakso vodenja.
Navedimo nekaj pričakovanih učinkov programa na znanost:
· Novi samo-razvijajoči se GP modeli bodo bistveno izboljšali potencial tradicionalnih GP modelov za reševanje problemov z velikim številom podatkov (prispevek k "big data" problemu).
· Razširjene metode GP modeliranja bodo bolj uporabne pri analizi in načrtovanju vodenja dinamičnih sistemov (npr. za učinkovitejše modeliranje prostora stanj), napovedovanje (npr. za obravnavanje časovno spremenljivih sistemov) in prognostika delovanja naprav.
· Nova formulacija eMPC vodenja bo temeljila na dekompoziciji globalnega optimizacijskega problema, kjer bo multi-parametrični pristop uporabljen le za reševanje ključnega dela problema. S tem bo odstranjena ovira “parametrične eksplozije”, ki trenutno omejuje uporabo eMPC le na probleme manjših dimenzij, pri sprotnem računanju pa bodo potrebni le enostavni izračuni. Tako se bodo odprle nove možnosti za uporabo nizkocenovnih platform pri vodenju multivariabilnih sistemov višjih dimenzij in s hitro dinamiko.
· Bayesov pristop k napovedovanju preostale življenjske dobe tehničnih sistemov bo prispeval k napredku področja PHM, saj bo združevanje informacij, pridobljenih na osnovi meritev parametrov sistema, mnenj vzdrževalnega osebja ter podatkov o zanesljivosti dobaviteljev sistema, uporabljeno na enovit način.
· Nove abstrakcije za modelno usmerjeno načrtovanje programske opreme za vodenje šaržnih in zveznih procesov in novi domensko specifični modelirni jeziki, ki se bodo uporabljali na nivoju procesov in ne na nivoju naprav, kot je trenutno stanje pri zasnovi razvoja tovrstne programske opreme.
· Zdajšnji koncepti vodenja za ITER tokamak reaktor temeljijo na uporabi klasičnih metod vodenja; pričakujemo, da bo prediktivno vodenje lahko bolj izkoristilo potencialne možnosti za boljše vodenje in posledično znatno izboljšalo kvaliteto delovanja regulacijskih zank.
· Glavni prispevki na področju vodenja gorivnih celic bodo predvsem (i) hierarhično vodenje sklada, ki bo zagotovilo trajnostno delovanje sklada in dodatnih komponent, (ii) razvoj novih mehkih senzorjev za CM in PHM sistema, kar bo pozitivno vplivalo na daljšo življenjsko dobo vira energije.
· Nove metode za ocenjevanje SOC in SOH Li-ionskih baterij bodo omogočile bolj zanesljivo napovedovanje preostale življenjske dobe. S kolegi iz Kemijskega inštituta že izvajamo pionirsko delo v ocenjevanju SOC, SOH in RUL pri Li-S baterijah . To je novo nastajajoča in obetavna tehnologija, saj je za Li-S celice značilna 4-krat višja kapaciteta shranjevanja energije.
· Natančnejši matematični modeli porazdeljenih bioloških procesov in nova modelno osnovana strategija vodenja, preverjeni v okviru demonstracijskih projektov, bodo dali pomembne nove rezultate raziskovalni sferi. Pričakujemo tudi, da bomo omogočili višjo učinkovitost in zmanjšanje stroškov pri delovanju tovrstnih procesov.
Pomen za razvoj Slovenije
Vodenje je ključna infrastrukturna tehnologija, ki zagotavlja delovanje večine sistemov in procesov. Da bi pričujoči program dosegel družbene učinke, je zelo pomembno, da se zagotovi prenos raziskovalnih dosežkov v prakso. To je nekaj kar Slovenija in EU potrebujeta sedaj in v bližnji prihodnosti. Znano je namreč dejstvo (glej npr. [1]), da je EU vodilna v svetu na področju številnih temeljnih raziskav, vendar je pretvorba tega ogromnega potenciala v tržno blago in storitve nezadostna. Podobna je situacija v Sloveniji, ki je na področju tehniških ved v vrhu Evrope po objavljenih znanstvenih člankih na prebivalca [2], istočasno pa na repu pri uporabi znanstvenih rezultatov za povečanje dodane vrednosti izdelkom.
V nasprotju s to anomalijo, naša skupina tradicionalno gradi potrebna znanja in izkušnje za prenos raziskovalnih rezultatov v nove uporabne tehnologije in izdelke in tako zapolnjuje vrzel, znano kot "dolina smrti". S tem si je ustvarila ugled, da zmore prispevati rešitve na vseh nivojih TRL (ravni tehnološke pripravljenosti) od osnovnih raziskav, načrtovanja do zagona v realnem okolju. Prav zaradi takega načina dela, ki nam omogoča uspešno povezovanje različnih partnerjev in vsebinsko koordinacijo velikih skupnih projektov na nivoju celotne Slovenije, menimo, da bo vpliv naših raziskav tudi v bodoče zelo pomemben. Dodatni indikator so dosežki preteklega programa (gl. točko 11 v Poročilu o rezultatih raziskovanja programa za obdobje 2009-2014).
Rezultati naših raziskav pa bodo pomembni tudi za posamezna podjetja. Naše dosedanje izkušnje namreč kažejo, da so mnoge ideje, ki so nastale v okviru raziskovalnega programa spodbudile nove projekte in konkretne realizacije v posameznih podjetjih. Prav to pa je bistvo poslanstva naše raziskovalne skupine, saj je zelo pomembno, da naše rešitve uporabljajo in tržijo naši partnerji, in da torej rezultati raziskav neposredno prinašajo rast poslovanja in dobička (v nekaterih primerih tudi v milijonih EUR). Nekateri konkretni učinki našega programa, ki jih predvidevamo v prihodnosti, so:
· Učinkovito vodenje tokamak reaktorja bo zagotavljalo želeno obliko plazme, kar je ključnega pomena za delovanje fuzijske elektrarne. Ocenjujemo, da bomo s sodelovanjem s slovenskim visokotehnološkim podjetjem z uvedbo naprednih postopkov vodenja prispevali k rešitvi tega izziva. Pričakujemo, da si bodo s temi rezultati slovenski znanstveniki in inženirji lahko razširili obstoječi tržni delež na področju načrtovanja sistema vodenja za ITER fuzijski reaktor.
Napredek pri spremljanju stanja in prognostiki delovanja naprav bo privedel do vgrajenih rešitev za novo generacijo tim. »samozavedajočih« se izdelkov. Naš partner, znani proizvajalec motorjev, pričakuje, da bo izkoristil ideje v proizvodnji naslednje generacije pametnih električnih motorjev.
Racionalnejše daljinsko ogrevanje mestnih področij zagotavlja znatne finančne učinke. S slovensko podružnico svetovno uveljavljenega ponudnika ventilov za daljinsko ogrevanje bomo začeli z razvojem nove generacije pametnih ventilov za daljinsko ogrevanje, v katerem bomo uporabili znanja povezana z raziskovalnim programom. Ventil bo po predvidevanjih v naslednjem desetletju eden njihovih glavnih izdelkov.
Raziskave in uvajanje najsodobnejših postopkov spremljanja proizvodnje (Process Analytic Techniques) bo slovenskim podjetjem procesne industrije (npr. Cinkarna Celje, Mitol, Helios, itd.) omogočila večjo učinkovitost in višjo kvaliteto izdelkov.
Nove SOC in SOH cenilke bodo uporabljene v vgrajenih sistemih upravljanja baterije v sistemih rezervnega napajanja in električnih vozilih (npr. električnih skuterjih , ki jih razvija slovensko podjetje).
Raziskave v bioloških procesih bodo neposredno uporabne v načrtovanih projektih modernizacije čistilnih naprav, naprav za proizvodnjo bioplina in komunalne infrastrukture v Sloveniji. Možno bo doseči večjo energetsko učinkovitost in skladnost z zakonskimi zahtevami v zvezi z odstranitvijo hranil (ki na
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
