Информационные системы горного производства и основные направления развития автоматизации открытых горных работ

А.Ф. Клебанов, к.т.н., заместитель генерального директора ОАО «ВИСТ Групп»

Широкое использование методов математического и компьютерного моделирования, информационных технологий в горном деле в качестве основного инструмента исследования физических процессов и управления производством связано с многомерностью и многовариантностью задач горного производства, необходимостью принимать проектные и управленческие решения в условиях многочисленных ограничений, рисков и неопределенностей.

Горное дело во многом инициировало разработку и внедрение в производство современных телекоммуникационных, навигационных и компьютерных технологий. Так, бурное развитие в конце 1980-х – начале 1990-х годов геоинформационных систем (ГИС) было вызвано потребностями горных и геологических компаний в моделировании месторождений, подсчете запасов и проектировании горных предприятий. Тогда же, в начале 1990-х годов, разработанные ранее для военных целей системы глобального позиционирования, т.е. определения координат и скорости перемещения подвижных объектов стали доступны и в гражданском применении. И снова горная промышленность стала одной из первых отраслей эффективного применения навигационных технологий для задач мониторинга и диспетчеризации мобильного оборудования карьеров.

Традиционно с применением компьютерных технологий в горном деле решались и решаются проблемы проектирования горных предприятий, экологии горного производства, геологического и геостатистического моделирования, геотехнологий и календарного планирования, горного транспорта, вентиляции, безопасности. Наряду с решением отдельных частных задач горного производства (и на основе решения этих задач) создавались комплексные информационные системы и компьютерные технологии, которые постепенно становились инструментом повседневного применения инженерно-техническими службами горных компаний, прежде всего для стратегического и оперативного управления, планирования горных работ, обеспечения безопасности производства, т.е. в тех областях практической деятельности горной компании, где требуется постоянный ежедневный контроль, мониторинг оборудования и положения горных работ, анализ и принятие управляющих решений.

Можно выделить следующие классы комплексных специализированных информационных систем, непосредственно используемых в производственной деятельности предприятий:

1. Диспетчерские системы оперативного управления процессами добычи и переработки полезных ископаемых;

2. Cистемы геологического моделирования и планирования горных работ;

3. Корпоративные системы управления производством;

4. Многофункциональные системы безопасности горных работ.

Эти системы составляют основу жизнедеятельности горной компании, так как они охватывают весь производственный цикл или производственную цепочку освоения месторождения – от разведки месторождения до отгрузки готовой продукции потребителю.

Рис. 1 Уровни управления горным предприятием

В свою очередь эти системы или отдельные их модули определяют три иерархических уровня управления горным предприятием (рис. 1):

- нижний уровень – АСУ ТП;

- средний уровень – MES (Manufacturing Execution Systems – управление производственными процессами на уровне цеха), EAM (Enterprise asset managment – управление основными фондами, ТОиР, МТС, склад МТО, финансы) и ГИСсистемы;

- верхний уровень – ERP-системы (Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия).

Уровень управления АСУ ТП отвечает за сбор и передачу технологической и другой информации с объектов контроля и управления. Это состояние рудничной атмосферы, участки по добыче, проходческие участки, транспортировка горной массы, местонахождение оборудования и персонала и др. Как правило, это датчики, промышленные контроллеры и SCADA – системы для мониторинга и управления оборудованием и технологическими процессами.

Уровень MES, EAM и ГИС-систем отвечает за переработку, хранение и обработку поступающих массивов исходной информации в форму, удобную для принятия управленческих решений.

Уровень ERP-систем позволяет организовать анализ, управление и планирование финансово-хозяйственной деятельностью предприятия и компании в целом, оценивать и управлять достижением стратегических целей.

На практике такое разделение систем на иерархические уровни управления весьма условно. Например, некоторые модули диспетчерских систем управления горнотранспортными комплексами (АСУ ГТК) и систем безопасности могут быть отнесены к АСУ ТП, а некоторые модули, в которых реализованы алгоритмы для принятия решений – к MES, EAM и ГИС-системам. Часть модулей ERP-систем также относится к среднему уровню систем управления. В любом случае для обеспечения эффективности управления принципиально важным является интеграция систем на основе преобразования и передачи информации между уровнями систем управления горным предприятием.

Рис. 2 Обмен информацией между системами

Один из общеизвестных примеров такой интеграции (рис. 2): система управления горнотранспортными комплексами использует цифровой план горных работ и геологическую модель, которая поддерживается в горно-геологических ГИС. План горных работ используется для актуализации плана дорог карьера – основы модуля визуализации АСУ ГТК, а геологическая модель, в частности блочная модель забоя, используется для автоматизации процессов шихтоподготовки и решения задач управления качеством. План БВР, получаемый в горно-геологических ГИС, используется в АСУ ГТК для автоматического наведения бурового станка на скважину и автоматизации БВР.

Примером интеграции АСУ ГТК с системами управления производством может служить передача эксплуатационных параметров горнотранспортного оборудования в ERP-системы для формирования графиков плановых и внеплановых ТО и ремонтов оборудования, управления данными по фактическому состоянию оборудования, контроля исполнения производственных планов, расчета заработной платы и др. Многофункциональные системы безопасности составляют отдельный класс информационных систем горного производства, отвечающих за сбор, контроль, интерпретацию параметров и показателей безопасности горных работ (аэрогазодинамических, геомеханических, эксплуатационных и проч.) и принятие управленческих решений по прогнозу и предотвращению опасных явлений и ситуаций при ведении горных работ. «Многофункциональные системы безопасности» – это общеупотребляемое название систем промышленной безопасности при ведении подземных горных работ.

Для открытых горных работ такого термина до последнего времени, вообще говоря, не существовало. Однако, учитывая значимость проблемы промышленной безопасности и при ведении горных работ в карьерах и разрезах, можно было бы сделать применимым этот термин и для открытой добычи. При этом важно отметить, что системы управления горнотранспортными комплексами могут служить уже готовой инфраструктурой для внедрения многофункциональной системы безопасности на открытых горных работах.

Действительно, такие системы уже сегодня позволяют осуществлять контроль и мониторинг параметров горной техники в карьере, становясь показателями не только эффективности, но и безопасности и надежности (рис. 3).

Рис. 3 Многофункциональная система безопасности

Контроль давления в шинах, скоростных режимов техники, показателей загрузки и перегрузки, столкновений, качества дорог, бодрствования водителей и много другое – при правильной интерпретации все эти модули АСУ ГТК в совокупности могут составить основу многофункциональной системы безопасности для карьеров и разрезов. К этому можно также добавить контроль местоположения персонала, взаимного расположения карьерной техники, а также контроль и мониторинг устойчивости бортов карьеров с передачей данных мониторинга на терминалы операторов горной техники и в диспетчерский центр.

Таким образом, одно из направлений развития автоматизации открытых горных работ состоит в более глубокой интеграции систем управления производством, горно-геологических ГИС и систем безопасности, используемых в карьерах. Другие направления развития автоматизации открытых горных работ связаны с модернизацией бортового оборудования карьерной техники, систем передачи данных и навигационных комплексов, серверного и бортового программного обеспечения АСУ ГТК, а также реализуемых в этих системах функций.

Развитие бортового оборудования карьерной техники должно идти в следующих направлениях:

- создание комплексных систем диагностики вместо контроля отдельных параметров или узлов;

- использование мощных бортовых компьютеров с многофункциональным жидкокристаллическим дисплеем;

- использование видеомониторинга слепых зон и средств предотвращения столкновений (лидаров, радаров);

- применение оборудования высокоточной спутниковой навигации и инерциальных систем.

Системы передачи данных в АСУ ГТК будут строиться на основе использования широкополосных беспроводных систем передачи данных (MESH, WiFi), а также за счет комплексирования различных видов беспроводной связи в рамках одного проекта.

Программное обеспечение будет развиваться в направлении интеграции с другими информационными системами, используемыми в горной компании. В частности, будет широко применяться 3D динамическое отображение работы оборудования в карьере; будут развиваться и использоваться методы автоматического управления и оптимизации, многофункциональные Web-решения и мобильные решения для контроля и управления.

Модернизация бортовых программно-аппаратных комплексов, средств связи и навигации, программного обеспечения позволит реализовать новые функции в системе, такие как автоматическое управление работой экскаваторов и буровых станков с использованием высокоточной спутниковой навигации.

Но главная особенность развития автоматизации открытых горных работ с учетом всех перечисленных новаций (высокоскоростные системы связи, высокоточная спутниковая навигация, алгоритмы искусственного интеллекта в решении задач автоматической диспетчеризации, высокопроизводительные бортовые компьютеры и системы распознавания препятствий и предотвращения столкновений) состоит в том, что мы уже сегодня вплотную подошли к созданию и использованию в рамках АСУ ГТК роботизированных комплексов карьерной техники – дистанционно управляемых и полностью автоматических (проект «Интеллектуальный карьер»).

На первом этапе реализации этого проекта необходимо создать и испытать в действии в условиях действующего горного предприятия роботизированную линию грузоперевозок на основе большегрузных самосвалов БЕЛАЗ. Первое в России внедрение такой роботизированной линии предполагается на Черногорском угольном разрезе ОАО «СУЭК», на линии грузоперевозок по маршруту «породный бункер – отвал».

Таким образом, основная тенденция развития автоматизации открытых горных работ состоит в реализации полномасштабного проекта «Интеллектуальный карьер», то есть создания системы автоматизированной и роботизированной добычи полезных ископаемых, предусматривающей такую степень автоматизации горнотранспортного оборудования, при которой горная техника частично или полностью работает без участия водителей и операторов. Интеграция автоматизированных и роботизированных горнотранспортных комплексов и многофункциональной системы безопасности открытых горных работ позволит достичь таких показателей эффективности, безопасности и рентабельности производства, которые обеспечат в будущем конкурентоспособность отечественных горных предприятий.


Центральный офис ОАО «ВИСТ Групп»

107078, Москва, Докучаев переулок, д. 3, стр. 1

тел.: +7 (499) 975-2217, 975-3394

факс: +7 (499) 975-1846

e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

www.vistgroup.ru

Ключевые слова: информационные системы горного производства, математическое моделирование,компьютерное моделирование, управление производством, развитие автоматизации открытых горных работ

Журнал "Горная Промышленность" №2 (120) 2015, стр.93