Китайские учёные предложили компьютерную программу, которая помогает промышленным предприятиям одновременно экономить воду, снижать выбросы углерода и сохранять рентабельность. Разработка уже прошла испытания на металлургических заводах.
Задача и суть разработки
Перед китайской промышленностью стоит непростая проблема: нужно беречь воду и сокращать вредные выбросы, при этом не нанося ущерба экономике предприятий. Двое учёных из Института технологических процессов при Китайской академии наук — Юэхун Чжао и Хунбинь Цао — предложили решение, которое объединяет законы физики и компьютерные алгоритмы. Они создали гибридные модели, описывающие, как заводы используют и очищают воду и сколько при этом выделяется парниковых газов, пишет Water & Ecology.
На основе этих моделей учёные построили программу-оптимизатор — инструмент, который из множества возможных вариантов выбирает тот, где вода тратится с минимальными затратами и наименьшим вредом для окружающей среды. По словам Чжао, такой подход даёт ценную информацию для управления водными системами в промышленных парках, где одновременно работают десятки предприятий.
Как устроен метод
Учёные детально изучили, как на практике организовано водопользование, очистка стоков и повторное использование воды на промышленных площадках. Их гибридный метод сочетает точные физические расчёты с приёмами машинного обучения. Благодаря этому модель остаётся понятной и хорошо работает даже при небольшом объёме исходных данных — это принципиальное отличие от «чёрных ящиков» нейросетей, которые дают ответ, но не объясняют, почему именно такой.
В оптимизационную модель заложили все возможные технологии водоочистки, связи между ними и технические ограничения. Чжао уточняет, что применялись детерминированные алгоритмы оптимизации, нацеленные на поиск наилучшего варианта при минимальной стоимости водопользования. В итоге программа выдаёт готовый план: какие технологии использовать, как перераспределить потоки воды и как снизить выбросы с наименьшими затратами.
Испытания и применение
Разработанный программный инструмент уже внедрён в нескольких сталелитейных компаниях. Цао поясняет: «Эта система позволяет подобрать вариант, который устраивает всех — и отдельный завод, и парк в целом, плюс соблюдает баланс между экономической выгодой и влиянием на природу». Для крупного промышленного парка подобный инструмент может окупиться довольно быстро — за счёт экономии воды и сокращения штрафов за превышение норм выбросов.
Ограничения и сложности
Сами авторы честно признают: единой стройной теории и методики для такого гибридного моделирования пока не существует. Главная сложность — правильно выбрать физическую формулу и корректно совместить её с алгоритмами машинного обучения. Кроме того, внедрить метод на другом предприятии без участия самих разработчиков пока непросто — чёткого протокола того, как именно создавать гибрид для конкретного завода, не опубликовано.
Для широкого использования инструмент пока недоступен: авторы не сообщают об открытом коде или публичном облачном сервисе. Скорее всего, подключиться к разработке можно через договор с Институтом технологических процессов Китайской академии наук. Реалистичные сроки появления общедоступной версии — от полугода до 2–3 лет, если промышленность проявит достаточный интерес.
