РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ВНЕДРЯЕМЫЕ В СФЕРЕ ЖКХ, ФОРМИРУЮТ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАБОЧИЕ МЕСТА ДЛЯ МОЛОДЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ

УДК 332.8

Шалобаев Е.В.¹ Резников С.С.¹ Каракулев А.Д.^1,2 Седлер М.Х.³

1 Международная академия фундаментального образования Санкт-Петербург

2 Ленинградский государственный ун-т им. А.С. Пушкина, Санкт-Петербург

3 ООО «Техниор», Санкт-Петербург

Среди особо перспективных технологий, внедряемых в сферу коммунального хозяйства, можно назвать робототехнические системы (РТС), которые используются для мониторинга теплотрасс. Робототехника – междисциплинарная область науки и техники, занимающаяся разработкой и применением роботов и робототехнических систем (РТС) для облегчения трудовой деятельности человека и интенсификации производства. РТС могут включать в свою структуру одну или несколько мехатронные систем

В настоящее время очень активно стали внедрить в рассматриваемую отрасль автоматизированные системы, что должно повысить качество и надежность выполняемых работ, в частности для мониторинга трубопроводов водоснабжения и водоотведения с использованием мобильных робототехнических систем. Следует заметить, что указанная система мониторинга является развитием информационной модели здания для его успешной эксплуатации. Следовательно, модель, передаваемая строителям эксплуатационникам, должна быть открытой для дальнейшего развития, в части стыковки инженерных сетей, трубопроводов здания с магистральными.

Заметим, что роботов классифицируют по функциональным и структурным признакам. По функциональным признакам, согласно классификатору International Federation of Robotics (IFR, Международная федерация по робототехнике), различают промышленные, мобильные, сервисные, домашние, биомедицинские и космические роботы, а также гуманоиды («подобные человеку» – разумные существа, внешне напоминающие человека, но не являющиеся им). По структурным признакам роботы делят по виду механических устройств, системе управления, блоку приводов, а также исполнительных и сенсорных (информационных) устройств.

В механических устройствах различают последовательную, параллельную и гибридную кинематические схемы манипуляторов.

В зависимости от роли человека-оператора в процессе управления роботом выделяют роботы с дистанционным (когда оператор сам формирует команды), дистанционно-автоматическими и автоматическими способами управления [1]. Нас интересует системы, выделенные полужирным курсивом.

Основными задачами при эксплуатации трубопроводов горячего водоснабжения (теплотрасс) являются: обеспечение безопасности, своевременное обнаружение дефектов с целью предупреждения аварий, а также, энергосбережение, предотвращение утечки тепловой энергии в окружающую среду.

Рассмотрим виды дефектов, возникающих в трубопроводах. Один из наиболее часто встречающихся и опасных дефектов — это коррозия металла, приводящая к утончению стенок. Это, в свою очередь, приводит к нарушению прочности трубопровода и, в конечном счете, образованию трещин, свищей, разломов, через которые начинается утечка горячей воды (иногда образуется парение). Этот процесс может развиваться по-разному (как быстро, так и медленно). Сначала вода медленно сочится через образовавшиеся трещины, и вокруг трубы под землей образуется все увеличивающийся объем воды, размывается грунт. В какой-то момент вода прорывается сквозь наземное покрытие, и случается авария. Своевременное обнаружение утечки воды является необходимым для предупреждения подобных аварий, так как процесс утечки воды развиваться быстро, когда время от возникновения дефекта до аварии исчисляется не часами, а даже минутами. Следовательно, обнаружение мест утечек должно осуществляться максимально оперативно.

До последнего времени существует простой, но малонадежный способ диагностирования утечек. Вдоль трубопровода, под слоем теплоизоляционного материала, прокладываются два медных проводника. Это проводится при производстве труб, предназначенных для теплотрасс. Концы проводников выходят на поверхность земли и закрепляются на клеммах специального устройства – ковера, которые устанавливаются вдоль трубопровода с шагом в несколько сотен метров. Периодически замеряется сопротивление проводников. В случае отсутствия утечек сопротивление определяется полной длиной проводника. При возникновении утечки происходит электрическое замыкание проводников водой, и общее сопротивление уменьшается, что дает возможность лишь приблизительно локализовать место утечки.

Низкая надежность существующего метода связана с тем, что, с одной стороны, замыкание проводников может произойти не сразу после возникновения утечки, так как утечка может начаться со стороны трубы, противоположной прокладки проводников. С другой стороны, замыкание проводников может произойти и без утечки. Например, замкнуть проводники могут грунтовые воды, просочившиеся под слой теплоизоляции. Кроме того, замеры сопротивления проводятся лишь периодически при обходе коверов работниками эксплуатационной службы теплосети.

Другим дефектом трубопроводов горячего водоснабжения является нарушение теплоизоляции труб, что не приводят к авариям, но снижают энергоэффективность, так как часть тепла используется не по прямому назначению, а уходит наружу, что, в свою очередь, приводит к экономическим потерям. В настоящее время диагностирование подобных дефектов не проводится, и об их наличии можно судить по нагреву участков земли, находящихся над трубопроводом, а также парении воздуха в зимнее время над теплотрассой.

Из вышеизложенного следует, что оперативное обнаружение дефектов трубопроводов горячего водоснабжения является важнейшей задачей при их эксплуатации. Возникающие дефекты должны надежно диагностироваться установленными в определенных точках трубопровода датчиками. Информация от датчиков должна по Интернету передаваться в диспетчерскую службу теплосети, где информация обрабатывается, и делаются выводы о возможных местах возникновения аварийных ситуаций и потерь тепловой энергии. Кроме того, диспетчеры на своих компьютерах должны видеть текущее состояние теплотрассы, при этом информация хранится в базах данных и используется для анализа протекающих в трубопроводах процессах. Авторы статьи имеют прямое отношение к технике, которая занимается РТК мониторинга, диагностики и ремонта трубопроводов в системе коммунального хозяйства [2-5].

С лета 2021 года в ГУП ТЭП города для этих работ стали использовать германские комплексы «Вилли» фирмы «Сименс» (при наличии конкурентоспособных отечественных разработок, о чем говорят патенты [6-10].

Робототехника [1] и мехатроника [11-12] близкие области наук и техники различаются по классификационным признакам — структурным или функциональным.

Удаленный мониторинг осуществляться с помощью мобильного робототехнического комплекса РТС, установленного на колесном шасси.

Рисунок 1 Технология удаленного мониторинг.

В качестве объектов мониторинга выбраны трубопроводы:

Для водоснабжения (рисунок 2, а)          Для водостоков (рисунок 2,б)

Рисунок 3. Технические средства мониторинга.

Интересно, что рассмотренная выше система мониторинга связана с такой новой специальностью, появившейся в перечне специальностей, как «акватроника» [12-14], которая занимается вопросами управления движением потоками жидкостей, что увязывает ее с такими популярными среди молодежи междисциплинарными специальностями как робототехника и мехатроника.

Обучение по указанной специальности началось в Крымском федеральном университете, с осени 2021 года [13]. Для примера (на рис. 4 и 5) приведены перечни учебных дисциплин и их соотношение между собой уже с дополнениями и уточнениями после обсуждения с работниками служб водоканалов ЖКХ Беларуси [14].

Новая специальность появилась в ЖКХ с весьма современным названием, говорящем об управлении движением водных потоков (водоснабжения и водоотведения) при помощи электронных (цифровых) систем.

Появление специальности связано с вызовами сегодняшнего дня — защитой природы, путем выполнения строгих экологических требований и преодоления геополитических вызовов (водная блокада Крыма с 2014, Донбасса, с 2022).

Рисунок 4. Перечень учебных дисциплин [14].

Рисунок 5. Соотношение учебных дисциплин [14].

Заключение. Из вышеизложенного следует, что совершенствование кадровой работе в ЖКХ и подготовка кадров, соответствующих современным вызовам, в частности переходу к цифровой экономике, требует решению проблем в таких секторах отрасли как ресурсосбережение, автоматизация, менеджмент.

Новые рабочие места в ЖКХ уже формируются за счет внедрения передовых технологий, которые и должны послужить сильной мотивацией для выпускников школ, колледжей и вузов. Новые компетенции разрешат не только проблемы трудоустройства молодежи, но и обеспечат их карьерный рост в отрасли. Новые кадры должны повысить качество предоставления услуг в сфере ЖКХ, однако одновременно необходимо повышать качество обучения, учитывать специфику отрасли. Для обеспечения вышеуказанного необходимо совершенствовать как уровень подготовки преподавателей по направлению ЖКХ, так и методики повышения квалификации самих преподавателей.

Главный вывод — внедрение перспективных технологий формируют новые рабочие места в такой отрасли как ЖКХ, которые имеют особую привлекательность для молодежи тем, что позволяет реализовать привычную для них уже с детства «цифровую среду» — работу в области IT-технологий, да еще в такой обыденной предметной области.

Из вышеизложенного следует, что в такой отрасли как ЖКХ формируются новые рабочие места, которые могут быть привлекательны для молодых выпускников даже непрофильных вузов, но ведущих подготовку специалистов для таких областей как робототехника и мехатроника, находящихся в числе наиболее востребованных выпускников средних и высших технических образовательных заведений.

Литература

1. Подураев Ю.В., Шалобаев Е.В. Робототехника // Большая Российская Энциклопедий. 26 т. – М.: Энциклопедия, 2013. С.528.
2. Формирование облика современного многооборотного электропривода запорной арматуры трубопроводного транспорта / П.Г. Сидоров, В.Я. Распопов, Е.В. Шалобаев, А.А. Пашин, А.В. Плясов, Д.Г. Суриков // Scientific proceedings VIII International congress «Machines, Technologies, Materials» MTM-2011. Varna, Year XIX, Vol. 3, Pp.109-112 (2011).
3. Многооборотный электропривод трубопроводной арматуры / Под ред. В.Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 322 с.
4. Прокшин С.С. Шалобаев Е.В Резников С.С. Крупногабаритная приводная техника трубопроводной арматуры // Известия Тульск. гос. ун-та. – 2011. Вып. 5. – Ч. 2. – С. 101–105.
5. Failures of Mechatronic Modules of Motion / V.Raspopov, E.Shalobaev, V.Starzhinsky, V.Kukhar. D.Surikov, // Mechatronic Modules of. Motion // The 7 th international conference research and development of mechanical elements and systems, Zlatibor, Serbia, 2011. – Pp. 195-197.
6. Патент RU 2.262.036C1 // Система внутритрубного обследования трубопроводов // И.К. Мешковский, Е.В. Шалобаев // Опубл. 10.10.2005.
7. Патент RU 2.575.356C1 // Устройство для контроля, ремонта и очистки внутренней поверхности труб / В.М. Машечков, С.М. Кузин, М.В. Кузина, М.Х. Седлер // Опубл. 02.20.2016.
8. Седлер М.Х., Карабасов Е.А. Повышение качества контроля труб путем разработки установки автоматизированного ультразвукового контроля // Современное машиностроение. Наука и образование. СПбПУ, 2014. С.988-994.
9. Седлер М.Х., Шостаковский П.Г. Развитие систем LORAWAN в России: Беспроводные системы диспетчеризации для ЖКХ // Control Engineering. Россия, февраль 2019.
10. Аршанский М.М., Шалобаев Е.В. Мехатроника: основы глоссария // Мехатроника. 2001. №4. С.47-48.
11. Шалобаев Е.В. К вопросу об определении мехатроники и иерархии мехатронных объектов // Датчики и системы. 2001. №7. С.64-67.
12. Чернышев Л.Н. Стратегия развития кадрового потенциала сферы ЖКХ до 2035 года// Коммунальный комплекс России. 2019. № 9. С.4-11.
13. Николаенко И.В. Акватроника — новое направление кадрового обеспечения водохозяйственного комплекса // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2017. №11. С.4-13
14. Новые направления обучения специалистов в области жилищно-коммунального хозяйства: акватроника как киберфизическая система / О.В.Долгов, Е.В.Шалобаев, Т.А.Нигматулин и др. // Материалы 4-й Междунар. конф. «Научно-технический прогресс в жилищно-коммунальном хозяйстве». 3-4 октября 2022. Минск, Беларусь. Мн.: изд-во БГТУ, 2022. С.72-79.