Томский политехнический университет

0 комментариев 2093

Царица наук на службе геологии. "В мире науки" №8-9, 2020

Царица наук на службе геологии. "В мире науки" №8-9, 2020
Наша беседа с временно исполняющим обязанности ректора ТПУ доктором физико-математических наук Андреем Александровичем Яковлевым о лидерстве, значимости партнерских отношений и универсальности математики

Томский политехнический университет взял курс на создание максимально открытой образовательной среды. По мнению временно исполняющего обязанности ректора ТПУ доктора физико-математических наук Андрея Александровича Яковлева, это обеспечит прозрачность информационных потоков как для коллектива ведущего инженерного вуза страны, так и для студентов. Наша беседа — о лидерстве, значимости партнерских отношений и универсальности математики.

Андрей Александрович, ваша научная карьера началась с фундаментальных исследований или вы были ориентированы на решение прикладных задач?

Я всегда считал, что математика — мой хлеб, поэтому занимался фундаментальной наукой. Моя диссертация была посвящена спектральной теории дифференциальных операторов на многообразиях со слоениями. Это междисциплинарное направление на стыке математической физики, дифференциальной геометрии и функционального анализа, которое призвано решать задачи фундаментальной науки. Спектральная теория операторов представляет собой математическую основу для изучения задач атомной физики, акустики, электродинамики, гидродинамики.

А как получилось, что вы в дальнейшем сделали выбор в пользу прикладных исследований?

После защиты диссертации нужно было определиться, в каком направлении двигаться дальше — продолжить работу в качестве постдока или остаться дома. Я остался, и заведующий кафедрой В.А. Байков, который стал моим вторым научным руководителем, предложил пойти в научно-исследовательский и проектный институт российской вертикально интегрированной нефтяной компании «Роснефть».

Сейчас я могу с уверенностью сказать, что решать прикладные задачи непросто. Как правило, не хватает инструментов для их решения. Так я попал в прикладную науку и, будучи математиком, стал геологом.

Как же так вышло?

В данном случае слово «геолог» — это некий сленг. В нефтяной компании главный геолог играет определяющую роль. Он отвечает не только за исследования и геологическую обстановку, но и за разработку месторождений. И это происходит на стыке дисциплин, соответственно, наряду с геологией необходимо знать математическую статистику, теорию вероятности, математические методы моделирования. Такой специалист всегда работает в условиях, когда входных данных недостаточно или они противоречивы. Любая модель — карикатура моделируемого процесса, поэтому она не всегда адекватно отражает реальное положение дел. В таком случае полагаться можно лишь на математику. А если необходимо просчитать, как в сложной среде распределяются фильтрационные потоки, то главный инструмент — математическая физика.

Когда я готовил кандидатскую диссертацию, мой научный руководитель Ю.А. Кордюков предложил мне выступить на конференции в Новосибирске. Там я познакомился с И.А. Таймановым. Он математик, академик, человек, которого отличают блестящая эрудиция и потрясающая способность буквально на пальцах объяснять сложнейшие вещи. Приведу пример. У нас была задача увязки анализа керна и данных геофизических исследований скважин (ГИС) в условиях неоднозначности, неполноты и противоречивости входной информации. В институте «РН-УфаНИПИнефть» мы четыре года работали над ее решением, подключили суперкомпьютер УГАТУ... Машина считала, а уверенности в результате не было. В какой-то момент я рассказал об этом И.А. Тайманову, почти случайно, за чашкой кофе. Через четыре месяца раздался звонок и Искандер Асанович очень буднично сказал: «Андрей, приезжай, мы решили твою задачу». Потом на семинаре в Институте математики им. С.Л. Соболева СО РАН мы еще три часа разбирались с решением, пока Тайманов за десять минут просто и наглядно не изложил теорию динамического программирования. На обратном пути в самолете я написал алгоритмы, через неделю их запрограммировали, вскоре метод был взят на вооружение.

Стечение обстоятельств привело меня к прикладным исследованиям, но я никогда не оставлял фундаментальную науку как в альма-матер, так и в Институте математики с вычислительным центром Уфимского научного центра РАН и в Томском научном центре.

Как развивается современная математика? Насколько важны фундаментальные исследования для решения прикладных задач?

Как мне кажется, деление науки на фундаментальную и прикладную весьма условно. Важно понимать, с какой терминологией необходимо работать. Я бы разделил науку по другому принципу. Научные знания так или иначе ассоциируются с фундаментальной наукой, которая основана на естественно-научной картине мира. Человек формулирует и доказывает теоремы, леммы и пр. И все они инвариантны относительно пространства и времени. Когда речь идет о природе, результат справедлив для того, что было, существует сегодня и будет существовать завтра. Поэтому совершенно неважно, к чему ты прикладываешь полученные знания, — ведь, как правило, они будут описывать конкретный объект или явление. Это одна картина мира.

Другая, деятельностная, картина мира описывает научную работу с искусственно созданными вещами, приборами. Главная цель — понять, как они работают, и приобрести технические знания.

Моя работа была основана на естественно-научной картине мира. Но когда я перешел в другую область и стал заниматься прикладными исследованиями, фундаментальная наука не ушла на второй план. Фундаментальная наука — это база. Тем не менее мировоззрение, отношение к исследованиям действительно меняется.

Ваша научная деятельность связана с методами математического моделирования геологического строения пласта. Как в этом случае используются математические методы?

Основной вопрос не в математических методах, а в задаче. Важно не то, что ты можешь сделать, а то, что тебе нужно сделать. В этом также проявляется отличие фундаментальной науки от прикладной. Показательный случай произошел на предзащите моей докторской диссертации, посвященной математическим методам воспроизведения геологического строения пласта по данным ГИС и добычи из скважин. Мы получили очень хороший результат, но академик С.К. Годунов, который присутствовал на докладе, обратил внимание на один тонкий момент и задал вопрос: «Как вы доказали справедливость данного утверждения?» Я ответил примерно так: «Вот план, вот факт: все совпало». После этого Сергей Константинович привстал и, обернувшись к коллегам, сказал: «Видите, как нужно доказывать результаты важного прикладного значения! План — факт — совпадение». Позже, кстати, мне удалось строго показать оптимальность предложенного подхода.

Прикладная наука всегда направлена на решение конкретных проблем. Эти проблемы формулируются не на языке математики. Поэтому первый шаг, который должен сделать специалист, — перевести с языка производства на понятный математический язык. И уже на основе этого перевода можно решать ту или иную задачу.

Например, я работал в области разработки месторождений. Продуктивный пласт обычно находится на глубине 2,5 км. Его исследуют разномасштабно, проводя сейсмические исследования, каротаж (геофизические измерения скважины), извлечение и последующий анализ кернов, пластовых флюидов. Задача математика — по этим измерениям восстановить всю картину, то есть в рамках большой геологической области предсказать, в каком месте нужно искать коллектор, какого он качества, как нужно провести скважину, на каких режимах ее отрабатывать и т.д. К сожалению, легко извлекаемых запасов больше нет. Сегодня все труднее и труднее найти нефтяные месторождения. И я занимался именно этой проблемой — геологическим воспроизведением пласта.

Какие результаты вы получили?

Мне на помощь вновь пришла математика. Напомню, что каротаж представляет собой метод исследования строения разреза пласта и его флюидонасыщенности. По сути, это диаграмма измерения геофизического поля, естественной радиоактивности, показателей сопротивления породы и т.д. Речь идет о разнообразных данных, которые можно интерпретировать точечно или работать с конкретными данными. Математика позволяет по-разному смотреть на объект, максимально абстрагируясь от него. Мы создали хороший инструмент, который впоследствии был признан лучшей инновационной разработкой компании «Роснефть» и с модификациями активно применялся и в других нефтяных организациях.

Мы предложили рассмотреть каротажную кривую с точки зрения геометрии, чтобы работать не точечно, а сразу со всей формой. Такой геометрический подход.

Когда ученый понимает, что детерминированными методами задачу не решить, поскольку данные неоднозначны или противоречивы, он применяет вероятностный, статистический подход. Здесь на помощь приходит спектральная теория, которая еще и позволяет численно распараллеливать задачи. В нефтегазовой отрасли подобный метод практически не применялся. Между тем он дает возможность связывать воедино все полученные данные и результаты моделирования. Геометрия приводит к римановой метрике. Риманова метрика ассоциирована с оператором Лапласа, оператор Лапласа связан с уравнением теплопроводности или с уравнением фильтрации, описывающим однофазную фильтрацию. Таким образом, создается полная картина процесса.

Математика и физика позволяют рассмотреть процессы, структуры и явления с разных сторон. В этом и состоит междисциплинарность данного подхода.

В Научно-техническом центре «Газпром нефти» вы также отвечали за развитие технологического направления компании. Как вы использовали приобретенный научный опыт?

Не так важно, занимался ли я фундаментальной наукой или решением прикладных задач. Работая в «Газпром нефти» под руководством профессора М.М. Хасанова, я понял, что при решении сложных общественно значимых задач грань между фундаментальной и прикладной наукой стирается. Если работаешь на фронтирах, она иногда становится практически неразличимой. Главным отличием моей работы в компании «Роснефть» было то, что я выступал в роли исполнителя. Это значит, что я решал проблемы, которые уже были обозначены.

Когда я пришел в компанию «Газпром нефть», передо мной стояли другие вызовы. Я встал на место заказчика. Теперь я должен был формулировать задачи для потенциальных исполнителей. Речь идет о совершенно иной специфике. Одно дело — решать поставленные перед тобой конкретные задачи. И совсем другое — когда ты сам формулируешь эти задачи. Важно понимать, для кого будут поставлены эти задачи, то есть учитывать терминологические особенности и специфический язык. Работа с производственной службой предполагает один тип взаимодействия, а с инженером-разработчиком приходится работать по-другому. Если речь идет об университете или исследовательском институте Российской академии наук, то здесь совсем другой язык.

Поэтому главная задача заказчика — выявить проблему, оценить возможности, взвесить некую целесообразность ее решения. И уже после этого сформулировать задачу для исполнителей, чтобы они взялись за решение и успешно довели дело до конца, то есть внедрили в практику. Это самый значимый эффект, который в идеале покрывает все расходы. Над этим я и работал в компании «Газпром нефть».

Вначале я отвечал за развитие технологической стратегии и работал заместителем лидера функции по геологии. В зоне моей ответственности было технологическое направление развития компании в области геологии и разработки. Мы сформировали стратегию развития, выделили целевые ориентиры, разбили их на проекты, составили дорожную карту, определили показатели эффективности и заложили бюджет. Затем уже работали с инновационным поясом. Взаимодействие с университетами и институтами я курировал лично. По большей части именно научные организации вели значимые для компании проекты.

Помог ли вам опыт работы в качестве исполнителя? С позиции заказчика было легче формулировать задачи?

Разумеется, опыт помог. Я уверен, что подобный опыт — важная составляющая. Если заказчик не был в роли исполнителя, то вероятность успеха резко снижается, равно как если он долгое время был в роли заказчика. Здесь очень важна золотая середина, черта, за которую нельзя переходить. Человеку сложно перестроиться с одной позиции на другую. Между тем важно найти что-то свое, некое призвание, но при этом всегда обращать внимание и на остальные направления в своей сфере. Они, как мне кажется, всегда взаимосвязаны.

Хочу поздравить вас с новой интересной должностью. Недавно вы стали врио ректора ТПУ. Это один из ведущих инженерных вузов страны. Как вы сегодня держите баланс между административной работой и научно-исследовательской?

Я часто вспоминаю, как в 2007 г. приехал в Санкт-Петербург на конференцию, посвященную юбилею Леонарда Эйлера. У нас была обзорная экскурсия по городу, и я занял в автобусе единственное оставшееся свободное место. Рядом сидел академик Ю.Г. Решетняк, выдающийся математик. Я знал его по работам, а тут выпал счастливый случай познакомиться лично. Юрий Григорьевич во время экскурсии рассказывал о «своем» городе, так как родился и долго работал в Ленинграде, а потом переехал в Новосибирск, когда там создавался Академгородок. Я спросил его, не жаль ли было переезжать из Северной столицы в Сибирь, и ответ запомнил на всю жизнь: «Задачи стояли такие, что было не до эмоций». Кто знал, что через 12 лет я сам отправлюсь из Санкт-Петербурга в Сибирь, в Томск...

Когда меня поздравляли бывшие ректоры Томского политехнического университета, они говорили: «Поздравляем и желаем самого главного — здоровья». Именно это они считают главным в работе ректора — и, я думаю, любого генерального директора крупного предприятия.

Отнимает ли административная работа больше времени, чем научная? Я бы сказал, они дополняют друг друга. Я всегда занимался преподавательской деятельностью. Когда-то я преподавал ежедневно. Во время работы в «Газпром нефти» ввиду того, что я курировал инновационный пояс, работы в университете тоже хватало. Я вел семинары, а в Санкт-Петербургском горном университете долгое время был председателем экзаменационной комиссии у аспирантов, магистров и бакалавров.

Сегодня я здесь, в Томском политехническом университете. В целом административная нагрузка не мешает преподавать и заниматься научными исследованиями. Мне кажется, должность никак не влияет на желание заниматься наукой: либо оно есть, либо его нет.

При общении со студентами замечаете ли вы в них лидерские качества? Есть ли среди них те, кто стремится к решению прикладных задач в рамках существующих проектов?

Я смотрю на любого студента как на партнера. Университет — это партнер студента, каждый студент — партнер университета. Что такое партнерство? Это долгосрочное взаимовыгодное сотрудничество с разделением рисков. Студенты действительно на протяжении учебы делят с нами любые риски. При этом всегда хочется быть уверенным, что студент продолжит или работу, или научную деятельность в стенах вуза.

Современный мир стремительно меняется, востребованность качественного образования, знаний только растет. Важно, чтобы полученные компетенции и навыки человек использовал на протяжении всей жизни. Именно поэтому я считаю, что студент — это партнер университета.

Готовы ли они решать серьезные задачи? Здесь, конечно, важны лидерские качества. Любого человека можно назначить руководителем проекта. Но справится ли он? Возможно, нет. Почему? Потому что не всегда это нужно самому человеку. Он может быть в душе исполнителем, или администратором, или стратегом. И в каждом случае лидерство будет проявляться по-разному.

Зачастую люди смотрят на лидерство однобоко. В университете в отличие от крупных компаний распространяется непростая корпоративная культура. Помимо должностных инструкций, помимо структурированной работы каждого человека, университет должен работать согласно образовательным программам. Каждый студент обязан ходить на занятия по расписанию, выполнять предписания и приказы. Но есть и часть неформальных, клубных отношений. Поэтому лидерство как для университета, так и для любой другой организации — вещь непростая. И важно понимать, что направления, в которых проявляется лидерство, везде разные.

Будучи лидером ТПУ, расскажите, какие задачи стоят сегодня перед вузом?

Чтобы ответить на этот вопрос, потребуется немало дней непрерывного обсуждения с графиками и показателями эффективности. Если говорить об основных направлениях, то мы уже определили несколько шагов с точки зрения культуры университета. Все процессы должны стать максимально прозрачными. Нельзя переходить дорогу, не зная правил дорожного движения. Невозможно достичь успеха, когда вы в спешке движетесь в потоке, а правила не определены. Они нужны для того, чтобы обеспечить свободу. В противном случае свобода превратится в анархию, что помешает достичь общей цели. Это первый и самый важный шаг, который нужно сделать сейчас. Это позволит сформировать возможности для лидерства.

Я убежден, что лидер — это человек, который не просто называет себя лидером, а готов взять полномочия и нести ответственность. Именно для этого нужна некая прозрачная среда. Помимо этого, необходимо развивать культуру сотрудничества, при которой результат коллектива важнее личных успехов.

Конечно, мы хотим, чтобы количество студентов росло. Это, в свою очередь, повлияет на увеличение профессорско-преподавательского состава. Над этим мы сегодня активно работаем. Недавно Томский политехнический университет занял 26-е место в новом предметном рейтинге агентства Quacquarelli SymondsQS Petroleum (нефтегазовое дело.Примеч. ред.). С этим результатом ТПУ стал лучшим среди вузов России.

Наш университет должен поднимать экономику России, а значит, выпускать инженеров, делиться своими практиками с другими вузами и работать в разных направлениях. Томский политех — это мощный университет. И достижения университета во многом связаны с его сотрудниками. Поэтому еще одна важная задача, которая стоит перед нами, посвящена развитию человеческого капитала, среды, работе с партнерами, модернизации образовательных программ для новых открытий и изобретений.

Искандер Асанович Тайманов, академик, главный научный сотрудник лаборатории динамических систем Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН:

С чего началась ваша научная работа с А.А. Яковлевым?

Я познакомился с А.А. Яковлевым в сентябре 2007 г., когда он приехал из Уфы в Новосибирск. Он был учеником моего студенческого друга, а в последние годы соавтора, Ю.А. Кордюкова. Андрей Александрович рассказал о результатах своей кандидатской диссертации на семинаре «Геометрия, топология и их приложения» в Институте математики им. С.Л. Соболева СО РАН. Тогда его исследования имели фундаментальный характер. Однако вскоре он перешел в нефтяную геологию и спустя два года вновь посетил Новосибирск, выступив с двумя докладами о прикладных задачах, которые могут потребовать современной математики.

Я думаю, Андрею Александровичу повезло в том, что он начал работать с В.А. Байковым, который активно и успешно занимался математикой и теоретической физикой, перешел в нефтяную отрасль в середине 1990-х гг. И проявлял активную заинтересованность в применении современных достижений математики в геологии.

Через три года совместной работы в соавторстве с В.А. Байковым, А.А. Яковлевым и моим бывшим учеником Я.В. Базайкиным мы опубликовали статью в журнале «Математическое моделирование». Эта работа была одной из первых, если не первой, по применению топологического анализа данных в геологии. Задача оказалась для нас очень интересной. Мы искали правильные топологические инварианты, которые описывали бы геологическую среду. Нам удалось реализовать несколько значимых проектов.

Когда Андрей Александрович перешел в «Газпром нефть», наше сотрудничество продолжилось в рамках Междисциплинарной исследовательской лаборатории им. П.Л. Чебышева Санкт-Петербургского государственного университета, начавшей работы по нефтяной геологии. К ним подключились молодые сотрудники из Новосибирска и Санкт-Петербурга, и их результаты докладывались на конференциях в Гамбурге и Пенсильвании.

Последние проекты были выполнены в открывшемся Научно-образовательном центре по нефтегазовой геологии при Новосибирском государственном университете. В июне этого года на конференции по актуальным проблемам механики в Санкт- Петербурге мы представили новые результаты, касающиеся уже не топологических, а геометрических инвариантов горных пород. Если раньше мы рассматривали большие коллекторы, линейные размеры которых достигают сотен метров, то в данном случае речь шла о долях миллиметра, именно поэтому понадобились другие инварианты. То есть новые задачи потребовали применения новых методов — геометрических.

Какова, по вашему мнению, роль математики в современной науке?

Этот вопрос давно обсуждается, есть много точек зрения. Однако в рамках короткой беседы лучше ограничиться конкретными примерами. Математика (и в том числе геометрия) развивалась в прямом и успешном взаимодействии с физикой и астрономией. В то же время в 1960-1970-е гг. бытовал тезис о неэффективности математики в биологии. Но появились новые задачи, и сегодня биоинформатика считается одним из ведущих направлений современной биологии.

Если говорить о геометрии, то в ней важнейшее понятие — кривизна. Изначально оно возникло в геодезии при картографировании поверхности Земли, а сейчас лежит в основе теории гравитации.

В этом и состоит сила математики: описывая математическим языком понятия и методы одной науки, абстрагируя их, она дает возможность применять эти методы в совершенно иных областях знания. Работая в сотрудничестве с «РН-УфаНИПИнефтью», мы применяли некоторые алгоритмы дискретной математики, почерпнутые из книг по биоинформатике.

Планируете ли вы и дальше работать с А.А. Яковлевым и сотрудничать с Томским политехническим университетом?

Планы и заделы, безусловно, есть. Во-первых, нами накоплен большой опыт совместной работы. Есть ряд задач, которые появились в результате выполнения предыдущих проектов. К тому же в Томске два с половиной года тому назад был организован Региональный математический центр, который возглавил член-корреспондент РАН А.Ю. Веснин, переехавший в Томск из Новосибирска. Мы вместе с коллегами организовали в 2016 г. конференцию «Декабрьские чтения». Она призвана объединить не только математиков, но и представителей других наук, чьи исследования могут заинтересовать математиков. В этом году мы планируем провести уже пятую конференцию.

Иногда математики не просто ищут конкретные приложения, но хотят знать, что происходит в других науках, чтобы наметить для себя в перспективе, где и когда могут возникнуть математические постановки, а где их, возможно, еще нет.

Дальнейшие контакты с Томским политехом помогут рассматривать задачи не только нефтяной геологии, но и других наук, потому что ТПУ развивается сразу в нескольких направлениях. Новые интересные задачи — это основа, на которой в дальнейшем нужно строить сотрудничество, и хочется верить, что оно будет успешным.

Беседовала Анастасия Пензина

 

Андрей Александрович Яковлев, временно исполняющий обязанности ректора ТПУ, доктор физико-математических наук

Искандер Асанович Тайманов, академик, главный научный сотрудник лаборатории динамических систем Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН

 

андрей яковлев временно исполняющий обязанности ректора тпу доктора физико-математических наук в мире науки 8-9 2020 г образовательная среда тпу

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.