Научная работа

Кафедра прикладных информационных технологий и программирования была основана путем объединения двух кафедр: кафедры информационных технологий в металлургии и кафедры систем информатики и управления.

На кафедре работает научная школа под руководством д.т.н., доцента И.А. Рыбенко «Математическое моделирование, создание прикладных инструментальных систем и новых технологических процессов на принципах самоорганизации». В рамках этого направления учеными кафедры впервые в мировой металлургии создана концепция и комплекс моделей принципиально нового металлургического процесса и агрегата струйно-эмульсионного типа (СЭР), основанного на принципах синергетики и неравновесной термодинамики. Преимуществами процесса и агрегата типа СЭР являются: высокие скорости тепломассообменных процессов (в 100¸200 раз выше, чем в конвертере); малые размеры и материалоемкость агрегатов (в 10¸20 раз меньше, чем в традиционной металлургии); низкие сквозные энергозатраты (13¸15 ГДж/т); высокая экологичность и безотходность технологий, использование в шихте различного рода пылевидных материалов и отходов; управляемость, универсальность, мобильность; возможность выплавки различных металлов и реализации новой концепции создания мини-заводов и структурных изменений в металлургии. Процесс и агрегат запатентованы в большинстве металлопроизводящих стран мира. На базе процесса СЭР разработан ряд ресурсосберегающих технологий: получения металла из чугуна и окалины; прямого восстановления металла из пылевидных железосодержащих материалов; получения марганцевых сплавов; переработки титано-магнетитовых концентратов; прямого восстановления железа с попутным получением высококалорийного синтез-газа и алюмосиликатных микросфер.

Технологическая схема агрегата типа СЭР

На кафедре под руководство профессора Т.В. Киселевой поддерживается основанное В. П. Авдеевым научное направление «Вариантника» – теория и практика многовариантных структур, средств и систем», признанное в нашей стране и за рубежом. Предложенные им многовариантные структуры послужили базой оригинального класса производственно-исследовательских автоматизированных комплексов, нацеленных на эффективную совместную автоматизацию производственных процессов и связанных с ним прикладных исследований учебного, научного, изобретательского и производственного назначения. Область научной деятельности Киселевой Т.В. – многовариантные структуры, средства, системы, теория и практика управления социально-экономическими системами; управление информационными рисками ИТ–сервиса. Ею опубликовано около 500 научных и учебно-методических работ

Кафедра ПИТиП является единственной кафедрой, где ведется подготовка по двум направленностям аспирантуры 09.06.01 Информатика и вычислительная техника. Профессор Т.В. Киселева является председателем диссертационного совета.

В настоящее время на кафедре обучается в аспирантуре 7 человек: Бычков А.Г., Немцев А.Ю., Белавенцева Д.Ю., Губанов Н.В., Леонтьев А.С., Конюхова Е.С., Мартусевич Е.А.

Сотрудники кафедры регулярно принимают участие в конференциях различного уровня.

На кафедре ведется хоздоговорная работа, регулярно подаются заявки на гранты. Аспирант Мартусевич Е.А. выиграл «Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающиеся в аспирантуре». Доцентом Сеченовым П.А. поданы две заявки на участие в конкурсах «Молодой ученый 2019» и «Конкурс грантов Президента для молодых кандидатов наук».

В рамках НОЦ в 2019 году разработаны 2 проекта. Проект «Технология переработки пылевидных угольных и металлургических отходов на основе струйно-эмульсионного агрегата СЭР» был представлен в программе «Российско-германский научный диалог» в рамках Берлинской недели науки в г. Берлин.

За последние 5 лет защитили диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук – 2 человека, доктора технических наук – 1 человек.

Также активно ведется научная работа с обучающимися. В рамках учебной дисциплины «Проектная деятельность», подготовки магистрантов и аспирантов ежегодная публикация в соавторстве с обучающимися на научных конференциях различного уровня составляет более 15 статей. Обучающиеся успешно участвуют конкурсах: «Я – профессионал», «Кадры будущего для региона», «Case in» и др.

За последние пять лет коллективом кафедры опубликовано 560 трудов, из них более 250 учебно-методических работ, более 300 научных статей, 4 монографии, получено 4 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Творческим коллективом научной школы созданы следующие модели и программно-инструментальные системы:

1.      Программно-инструментальная система, позволяющая рассчитывать технологические параметры нового непрерывного металлургического процесса во взаимосвязи с основными конструктивными параметрами агрегата, что создает основу для автоматизации проектирования вновь создаваемых агрегатов.                  

2.      Комплекс математических моделей, описывающих взаимосвязь параметров потоков и физико-химических процессов в агрегате струйно-эмульсионного типа, представленном как реактор текущего равновесия.  

3.      Инструментальная система «Инжиниринг-металлургия», представляющая взаимосвязанную систему математических моделей, методов оптимизации и баз данных, реализованная в виде комплекса программ применительно к решению широкого круга оптимизационных задач ряда металлургических технологий:

• различных вариантов получения металлов в агрегате струйно-эмульсионного типа (получения металла из чугуна и окалины, прямого получения железа из железосодержащих материалов и отходов производства, переработки бедных пылевидных оксидных и карбонатных марганцевых руд, переработки тетино-магнетитовых концентратов с получением металла и кондиционного титанистого шлака, технологии прямого восстановления железа с попутным получением высококалорийного синтез-газа и алюмосиликатных микросфер);                                                  

• технологии выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи ДСП-100;

• получения ферромарганца в плазменной печи;                                    

• выплавки ферросиликомарганца с применением малофосфористого марганцевого шлака;         

• получения меди в анодной печи;                                                            

4.     Горения различных видов топлива (водоэмульсионного, отходов углеобогащения, метана, угольной пыли).                            Инструментальная система расчета энерготехнологических комплексов.                         

5.     Программный комплекс, реализующий имитационную модель колонного струйно-эмульсионного реактора.                          

6.    Программно-инструментальная система, реализующая комплекс моделей взаимосвязи конструктивных и режимных параметров для определения эффективного режима работы гравитационного сепаратора и возможности разделения продуктов сепарации.                            

7.     Математическая модель и программная реализация процесса расплавления шарообразных частиц с использованием технологии параллельного программирования NVIDIA CUDA.         

8.     Программно-инструментальная система, позволяющая рассчитывать энтальпию, энтропию и теплоемкость как веществ, так и материалов в интервале температур.

9.     Инструментальная система моделирования краевых задач тепло- и массообмена на основе развития Excel–приложений.        

10.     Модели массообменных процессов в дисперсных частицах.

11.     Комплекс математических моделей и автоматизированная система проектирования гарнисажного охлаждения металлургических агрегатов.

12.     Математическая модель технологического процесса формирования алюминиевых сплавов и автоматизированная информационно-обучающая система «Алюминщик».            

13.     Программный продукт для расчетов вариантов систем использования вторичной энергии.       

Ученые кафедры постоянно участвуют в российских и международных конференциях, региональных научных программах, семинарах и выставках и поддерживают активные связи со многими научными школами России и стран бывшего СССР; со многими представителями вузов Канады, Германии, Украины, Белоруссии, Казахстана и др.    

За весь период сотрудниками кафедры защищено 26 кандидатских, и 5 докторских диссертаций, в том числе за последние годы − 2 кандидатские и 1 докторская диссертации. За предыдущие пять лет коллективом научной школы опубликовано более 320 научных трудов, из них 22 статьи, индексируемые базой данных Scopus, и 4 монографии, получено 8 свидетельств о регистрации программ для ЭВМ.          

В 2020 году творческим коллективом кафедры ПИТиП получены два гранта: грант Российского фонда фундаментальных исследований «Разработка информационно-обучающих систем с использованием искусственного интеллекта на основе алгебраического подхода к интеллектуальной обработки данных и знаний» и грант Фонда содействия инновациям «Разработка роботизированного тренажерно-обучающего программного комплекса для операторов технологических процессов на базе экспертных систем и элементов искусственного интеллекта». Научная школа получила серебряную медаль на фестивале «Кузбасская ярмарка». Также была получена серебряная медаль в конкурсе «Лучший экспонат», проводимого в рамках ХХIХ Международной специализированной выставки "Уголь России и майнинг», за безотходную технологию переработки пылевидных угольных и металлургических отходов на основе струйно-эмульсионного агрегата СЭР» (авторы В.П. Цымбал, И.А. Рыбенко, П.А. Сеченов, В.Н. Буинцев).