Наукова діяльність

Наукові дослідження АЕП: системна автоматизація та інтелектуальні технології керування

Наукова діяльність кафедри базується на поєднанні класичної школи автоматизації теплоенергетичних процесів та сучасних методів цифровізації промисловості. Ми розглядаємо автоматизацію не як набір окремих контролерів чи програм, а як комплексну інженерію — від глибокого розуміння фізики технологічного об’єкта до розробки алгоритмів інтелектуального керування та їхньої інтеграції в ІТ-інфраструктуру підприємства.

Наші дослідження зосереджені на створенні рішень для критичної інфраструктури, промислового сектора та великої енергетики. Ключовим вектором розвитку є перехід від традиційних систем АСУ ТП до Intelligent Industrial Automation. Це еволюційний шлях, де класична теорія автоматичного керування доповнюється інструментами промислового аналізу даних, імітаційного моделювання та системного аналізу.

Ми не займаємося «автономністю» заради моди — ми досліджуємо те, як за допомогою сучасних математичних методів та ІТ-інструментарію зробити промислові агрегати, енергоблоки, теплові мережі та інтелектуальні будівлі стабільнішими, енергоефективнішими та безпечнішими.

Наукова школа: від класичного керування до інтелектуальних систем

Наукова школа кафедри сформована на базі багаторічного досвіду автоматизації складних виробничих, зокрема теплоенергетичних процесів. Фундаментом наших досліджень є системний підхід до об’єкта як до цілісної динамічної структури.

Сьогодні ми трансформуємо класичні підходи АСУ ТП, інтегруючи їх у концепцію Industry 4.0/5.0. Основним вектором є розвиток теорії автоматичного керування в напрямі створення інтелектуальних систем для кібер-енергетичних комплексів. Це передбачає перехід від жорстких алгоритмів до адаптивних та предиктивних стратегій, що здатні ефективно функціонувати в умовах мінливих режимів роботи та дефіциту ресурсів.

Ми зберігаємо принципи наукової достовірності та верифікації результатів, де кожна математична модель підлягає обов’язковій перевірці через імітаційне моделювання або апробацію на реальних даних промислових об’єктів.

Ключові напрями досліджень

Ми розглядаємо промислову автоматизацію як цілісну екосистему, де кожен рівень — від польового пристрою до бізнес-аналітики — потребує специфічних методів дослідження та захисту.

1. Апаратне забезпечення та мережева інфраструктура (Devices & Networks)

Дослідження на рівні фізичного зв’язку та первинної обробки даних.

• Edge Computing: проєктування системної частини граничних пристроїв (edge devices) на базі сучасних ПЛК та мікропроцесорних систем.
• IIoT Prototyping: швидке прототипування засобів промислового інтернету речей та застосування відмовостійких мережевих топологій.

2. Прикладне програмне забезпечення та алгоритміка (Industrial Frameworks)

Методи програмування та створення інтелектуального ядра систем керування.

• IIoT Programming: дослідження архітектур IIoT IDE та перспективних пакетів розробки (CAD/CAM, SCADA).
• Синтез алгоритмів: розробка сучасних законів керування складним технологічним обладнанням, методів програмної інтеграції локальних пристроїв та шлюзів.
• Data Processing: методи попередньої обробки, фільтрації та аналізу даних безпосередньо в контурі керування.

3. Хмарні технології та промислова аналітика (Cloud Solutions)

Використання обчислювальних потужностей для глибокого аналізу процесів.

• Industrial Cloud: архітектура використання хмарних сервісів у промисловому середовищі та хмарних засобів розробки.
• Штучний інтелект та ML (перспективний напрям): наукові дослідження щодо застосування алгоритмів машинного навчання та нейромережевих структур для аналізу великих масивів даних. Наразі кафедра веде активний науковий пошук методів інтеграції AI в промислові застосування. 
• Use-Cases: розробка практичних рішень для віддаленого моніторингу та управління розподіленими об’єктами.

4. Цифрові двійники та предиктивна аналітика (Digital Twins)

Створення віртуальних образів для супроводу життєвого циклу систем.

• Simulation & Modeling: методологія створення динамічних моделей складних об’єктів, їх інтеграція в реальне промислове середовище.
• Predictive Maintenance: розробка алгоритмів предиктивної аналітики для прогнозування технічного стану обладнання та запобігання аварійним ситуаціям.
• Control Laws: моделювання новітніх законів керування в імітаційному середовищі з подальшою верифікацією на об’єктах.
• Перспективний напрям: розробка діагностичних та поведінкових моделей на базі методів штучного інтелекту для ідентифікації прихованих аномалій, запобігання аварійним ситуаціям та оптимізації технологічних процесів (стадія наукової апробації)

5. Цифрове підприємство та кіберфізичні системи (Digital Factory)

Системна інтеграція та створення доданої вартості через цифровізацію.

• Business Integration: роль IIoT у побудові вертикалі MES/BPMS/ERP. Керування ключовими показниками ефективності (KPI) виробництва.
• Cyber-Physical Systems: дослідження суті та архітектури кіберфізичних систем як основи Industry 5.0.
• Efficiency & Value: генерація додаткової цінності для замовника через оптимізацію бізнес-процесів та стандартів виробництва.

 

Розробки та результати

Наукова діяльність кафедри не обмежується теоретичними дослідженнями. Результатом наукових робіт є концепції, методи, прикладні програмні інструменти, призначені для моделювання, проєктування, аналізу та керування складних технологічних систем.

За результатами Державної атестації кафедра автоматизації енергетичних процесів (Наказ МОН від 15.10.2025 № 1360) увійшла в ТОП-15 кафедр інженерно-технічного спрямування КПІ ім. Ігоря Сікорського

https://atestat.nauka.gov.ua/uk/atestat-2025

За час існування кафедри АЕП викладачами та співробітниками опубліковано більше 1100 наукових робіт, в тому числі видано 11 монографій, 3 підручника, 21 навчальний посібник, отримано більше 200 свідоцтв на винаходи.

З 2022 по нинішній час кафедрою АЕП виконано і продовжується виконання ряду наукових проєктів:

• Держбюджетна тема «Системи стійкого енергозабезпечення територіальних громад на основі концепції Smart Energy Systems» на замовлення МОН України (2026 – по теперішній час)
• Держбюджетна тема «Розробка комплексу рекомендацій з реновації історичних будівель для досягнення показників nZEB на основі енергетичного моделювання» на замовлення МОН України (2025- по теперішній час)
• Держбюджетна тема «Декарбонізація будівельного сектору та систем енергозабезпечення з використанням технології цифрових двійників» на замовлення МОН України (2025)
• Наукове дослідження на замовлення компанії Huawei «Налаштування швидкості вентилятора під динамічним навантаженням сервера» (2024)
• Держзамовлення «Розроблення інтелектуальної низькотемпературної системи теплозабезпечення будівель на базі конденсаційної модульної котельні» МОН України (2023-2024)

Співпраця та R&D-партнерство

Ми відкриті до взаємодії з промисловими підприємствами, інжиніринговими компаніями та науковими установами. Наша експертиза в галузі системного аналізу та інтелектуальної автоматизації може бути інтегрована у ваші проєкти через кілька форматів співпраці:

1. Прикладні дослідження на замовлення (Contract R&D)

Виконання науково-дослідних робіт (НДР) для розв’язання конкретних технічних задач підприємства.

• Оптимізація процесів: розробка та впровадження високоефективних алгоритмів керування для зниження енерговитрат та стабілізації технологічних показників.
• Створення цифрових двійників: побудова цифрових копій агрегатів для аналізу їхньої поведінки в критичних режимах без зупинки реального виробництва.
• Верифікація рішень: тестування сторонніх алгоритмів на базі наших програмних середовищ (Virtual Commissioning).

2. Участь у міжнародних грантових консорціумах

Кафедра має досвід участі в міжнародних освітніх та наукових програмах (Horizon Europe, Erasmus+ тощо). Ми готові виступати технічним партнером у консорціумах, що потребують глибокої експертизи в:

• Кіберфізичних та кібер-енергетичних системах.
• Smart Energy Systems.
• Інтеграції промислових рішень на базі IIoT та Cloud-технологій.

3. Експертний консалтинг та аудит

Науковий супровід проєктів модернізації та цифрової трансформації.

• Незалежний аудит існуючих алгоритмів керування та логіки ПЛК.
• Розробка концепцій побудови систем автоматизації за стандартами Industry 4.0/5.0.
• Методична допомога у виборі архітектури та стеків технологій для складних систем.

4. Спільна підготовка кадрів та PhD-програми

Формування кадрового резерву високої кваліфікації.

• Формування тем магістерських дисертацій під реальні потреби вашого бізнесу.
• Спільне керівництво аспірантами (PhD), чиї дослідження спрямовані на вирішення стратегічних задач компанії.
• Організація стажувань та залучення провідних фахівців індустрії до наукових семінарів кафедри.

 

Наукова капіталізація та академічне визнання

Результати досліджень кафедри проходять систематичну незалежну верифікацію через публікації у провідних наукових виданнях та апробацію на міжнародних конференціях. Ми підтримуємо високі стандарти академічної доброчесності та відкритості результатів.

1. Публікаційна активність та наукометрія

Основні результати досліджень щодо інтелектуального керування, цифрових двійників та кібер-енергетичних систем представлені у реферованих професійних виданнях. Ви можете ознайомитися з профілями наших науковців та ключовими публікаціями за посиланнями:

https://aep.kpi.ua/team/

https://aep.kpi.ua/scientific-work/publications/

 

2. Підготовка кадрів вищої кваліфікації (PhD)

На кафедрі функціонує аспірантура за спеціальністю G7 «Автоматизація, комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка».

• Тематика досліджень: синтез інтелектуальних систем керування, моделювання складних динамічних об’єктів, цифрова трансформація промисловості.
• Наукове керівництво: роботу аспірантів супроводжують доктори, кандидати технічних наук та PhD із великим практичним досвідом у галузі автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій.

3. Експертна діяльність та Вчені ради

Представники наукової школи кафедри беруть активну участь у роботі спеціалізованих вчених рад із захисту дисертацій та виступають експертами у:

• рецензуванні наукових робіт для міжнародних видань.
• атестації наукових кадрів вищої кваліфікації.
• Роботі експертних груп за профілем спеціальності.

4. Наукові заходи та комунікація

Кафедра є організатором та активним учасником профільних науково-технічних конференцій з автоматизації та енергетики. Це майданчики для презентації нових алгоритмів, обміну досвідом з інтеграції IIoT та обговорення стандартів Industry 4.0/5.0 з колегами з інших університетів та представниками індустрії.

5. Партнери та співпраця

Кафедра АЕП являється активним академічним членом Асоціації Підприємств Промислової Автоматизації України (https://appau.org.ua/ ). Це дає значний вплив на якість освіти майбутніх спеціалістів, можливість бути у курсі нових технологій і рішень з автоматизації та стимулює студентів і молодих вчених до науково-інноваційної діяльності.

Кафедра є активним учасником European Digital Innovation Hub (EDIH) «Kyiv Hitech» (https://www.edih-kyivhitech.com/ ), що дозволяє трансформувати наукову експертизу в рішення для реального сектору економіки.

За тематикою наукової школи по договору із міжнародною компанією Phoenix Contact в рамках освітньої програми EduNet на кафедрі створено науково-навчальну лабораторію сучасних програмно-технічних засобів автоматизації.

Перспективному розвиткові школи сприяє створення за допомогою фірми Klinkmann дослідно-навчальної лабораторії із сучасним контролерним обладнанням та ліцензійним програмним забезпеченням Wonderware ArchestrA вартісттю 75000 $ та Wonderware Box Advanced Development Studio Ultimate вартісттю 25000 $.

Участь бізнесу у зміцненні лабораторної бази кафедри. ПАТ “Київенерго” спонсорувало створення нових лабораторних стендів на обладнанні фірм Siemens та HoneyWell вартістю 250 тис. грн.

По результатам інноваційної діяльності команда молодих дослідників у складі Бунке О.С., Голінко І.М., Новіков П.В. (керівник Ковриго Ю.М.) стала фіналістом конкурсу інноваційних проектів “Sikorsky Challenge”.

Історія, еволюція та потенціал

Своє становлення наукова школа починає з моменту створення кафедри АЕП в 1958 р. Основоположник школи – проф. Валентин Степанович Кочо. Під впливом тенденцій індустріалізації України на початку 60-их років формується науковий напрямок керування процесами споживання енергії. Наукові інтереси проф. В.С. Кочо охоплювали проблеми високо-температурного контролю та керування металургійними процесами. Він та його учні займалися моделюванням тепло- та масообміну в сталеварних агрегатах, оптимізацією горіння палива, продувки металу киснем, неперервним контролем температури металу в мартенівських печах та кисневих конверторах. Серед його учнів були відомі вчені: академік Найдек В.Л., член-кореспондент Перелома В.А., професори Антосяк В.Г., Ревун МП., Ерошенко В.А. та інші.

У 1980 р. завідувачем кафедри АЕП був обраний проф. Ажогін Віталій Васильович, який розширив науковий напрямок моделювання і автоматичного керування технологічними процесами та САПР. За результатами наукових досліджень у цей період вийшла монографія, 3 навчальні посібники, захищено 1 докторська та 14 кандидатських дисертації, отримано 15 авторських свідоцтв, зроблено багато впроваджень. В.В. Ажогін залишив багато учнів, серед яких: академік Згуровский М.З., проф. Романенко В.Д., проф. Новіков А.Н., доц. Мовчан А.П. та інші.

Послідовником робіт в цьому напрямку став проф. Зайченко Юрій Петрович, який очолив кафедру після обрання В.В. Ажогіна на посаду ректора Одеського політехнічного інституту.  Ю.П. Зайченко автор багатьох публікацій і книг, зокрема “Дослідження операцій” (1984, 1988) та “Структурна оптимізація мереж ЕОМ” (1986).

З 1990 р. по 2018р. завідуючий кафедрою АЕП проф. Ковриго Юрій Михайлович. Під його керівництвом розвивається науковий напрямок сучасних комп’ютерних технологій в енергетиці. За ініціативою Ковриго Ю.М. була заснована та відкрита спеціальність “Комп’ютерно-iнтегрованi технологічні процеси та виробництва”. Серед досягнень наукового колективу кафедри під керівництвом Ковриго Ю.М. слід відзначити виконання шести державних контрактів за постановою Кабінету Міністрів України, у тому числі “Розробка й впровадження принципів побудови, технічних засобів і типових рішень для систем автоматизації об’єктів муніципальної енергетики”, впровадження системи комп’ютерного обліку та керування теплоспоживанням для комплексу будівель Адміністрації Президента України, запровадження в дію повномасштабного тренажера енергоблоку 300 МВТ на Київській ТЕЦ-5, і впровадження інформаційно-діагностичної системи турбогенератора на ТЕЦ-6. Велику увагу Ковриго Ю.М. приділяє становленню молодих науковців. У нього багато послідовників та учнів, які плідно працювали і працюють на кафедрі АЕП, серед них: Ізгорев М.Ю., Бунь В.П., Грудзинский Ю.Є., Цимбалюк Є.В., Фоменко Б.В., Бунке О.С., Степанець О.В., Баган Т.Г. та інші.

З 2018 р. по теперішній час завідує кафедрою АЕП проф. Волощук Володимир Анатолійович. Розвиваючи описані раніше напрацювання, на кафедрі набули нового поштовху розробки в сфері математичного моделювання, цифрових двійників, інтелектуальних систем керування, застосування штучного інтелекту в системах управління технологічними процесами. За цей час на кафедрі успішно захистились 4 доктори філософії (PhD) в галузі автоматизації та комп’ютерно інтегрованих технологій: Юрій Маріяш, Олена Некрашевич, Людмила Жученко, Микола Богза.