Специалисты в области информационных технологий и горного дела из НИТУ «МИСиС» разработали цифровой двойник технологической среды карьера: дорог, техники, ремонтных зон и др. В режиме реального времени, на основе телеметрических и геопространственных данных, он обновляет сведения о состоянии инфраструктуры карьера, что позволит снизить стоимость добычи полезных ископаемых на 10—15%. Первые результаты исследования опубликованы в журнале Sensors.
Средства промышленной автоматизации во всём мире переживают новую волну трансформации, в основе которой лежат новые технологии и сценарии их применения. В горнодобывающей отрасли автоматизация позволяет увеличить выработку и сократить издержки. На сегодняшний день основной тренд добычи полезных ископаемых открытым способом — автоматизация процесса с использованием умной робототехники. При этом эффективность и экологическая безопасность разработки месторождений напрямую зависит от организации работы бурильного и транспортного оборудования: экскаваторов различного назначения, тяжёлых самосвалов и других машин.
На большинстве горнодобывающих предприятий уже есть автоматизированные системы контроля транспортного и горного оборудования. Эти системы собирают телеметрические данные (спутниковые координаты, скорость, вес груза, уровень топлива и т.п.), отслеживают состояние оборудования и в некоторых случаях принимают операционные решения. Особую важность анализ телеметрических данных приобретает в контексте внедрения в производство автономных транспортных средств, поскольку траектория их движения должна постоянно корректироваться с учетом окружающей обстановки.
Наиболее эффективным инструментом для этого являются так называемые цифровые двойники — цифровые копии, полностью повторяющие характеристики и поведение объекта. При этом с разработкой цифровых двойников для открытых карьеров связан ряд сложностей, вызванных тем, что объекты инфраструктуры раскиданы по большой площади.
Учёные и инженеры НИТУ «МИСиС» разработали специализированные алгоритмы, позволяющие в режиме реального времени интегрировать геопространственные и телеметрические данные в динамическую 3D-модель инфраструктуры и технологической среды карьера. Разработанный исследователями цифровой двойник использует ряд программных модулей, включая модуль для автоматического формирования двойников инфраструктуры на основе телеметрических и геологических данных, данных сенсоров, спутниковых фотографий и съемки с воздуха; модуль для формирования двойников самосвалов, экскаваторов, погрузчиков и другой движущейся техники с использованием актуальных и активных телеметрических данных, технических паспортов и другой документации, а также программное обеспечение для мониторинга и прогнозирования технического состояния инфраструктуры и контроля за системами управления производственным оборудованием. С помощью цифрового двойника, разработанного в НИТУ «МИСиС», возможно осуществлять управление движением автоматизированного транспорта с учетом многокомпонентной среды карьера.
«Уникальность разработанной нами системы заключается в её способности обрабатывать огромный массив данных в режиме реального времени и предлагать операционные решения, в том числе, позволяющие оптимизировать движение транспорта по территории карьера, тем самым повышая эффективность добычи и транспортировки полезного ископаемого, а также снижая риск внештатных ситуаций. В настоящий момент реально функционирующих цифровых систем такого класса на российских горнодобывающих предприятиях нет. В дальнейшем в систему могут быть добавлены дополнительные программные модули, позволяющие оперативно анализировать изменение геологических параметров месторождения», — отмечает руководитель исследовательской группы, заведующий кафедрой автоматизированных систем управления НИТУ «МИСиС», д.т.н., Игорь Темкин.
По словам разработчиков, предложенная методология может быть использована на любых горнодобывающих предприятиях, оснащённых робототехникой, а также современным сенсорным и телекоммуникационным оборудованием.
При этом разработанная российскими учёными модель постоянно обновляется, чтобы соответствовать текущему режиму, установленному для объекта, что позволяет контролировать процесс на месте и дистанционно выявлять изменения в процессах, оптимизировать их и режимы работы оборудования, а также осуществлять превентивное обслуживание и дистанционное обучение персонала без выезда специалистов на удалённые производственные площадки.
