CC BY
26
1
Vrid Г
»ДТцУГ L,'^ 1
SfStf
Роботизированная и дистанционно оавляемая подземная техника:
, эксплуатация, перспективы
Подземные разработки представляют собой идеальную среду для внедрения дистанционно управляемой и роботизированной техники - здесь отсутствуют социальные и юридические факторы, сдерживающие научно-технический прогресс, на поверхности среда изолирована и почти полностью контролируема, неопределенность привносится только геологическими условиями.
Для обсуждения возможностей и ограничений для внедрения, а также перспектив дистанционно управляемой и роботизированной подземной техники, редакции журнала «Горная промышленность» и сайта mining-media.ru пригласили в нашу виртуальную студию специалистов ведущих компаний в этой области.*
Дмитрий Минаев,
директор департамента по автоматизации компании «Сандвик Майнинг энд Констракшн СНГ»
Дмитрий Жуков,
исполнительный директор GHH Group в России
Владимир Сысоев,
ведущий менеджер в области автоматизации компании Epiroc
Павел Растопшин,
управляющий директор группы компаний «Цифра», генеральный директор «ВИСТ»
1
Расскажите о вашей роботизированной и дистанционно управляемой технике, какие задачи решаете с ее помощью и какие технологии вы используете для управления ею в шахте.
Дмитрий Минаев, 8ап^1к: Сегодня в мире около 60 предприятий эксплуатируют автономное оборудование, а общее количество автоматизированных машин 8ап^1к в мире недавно перешло отметку в 500 единиц. Наше автономное оборудование может работать как полностью автономно, так и дистанционно управляться с поверхности по сетям передачи данных.
Автономное оборудование решает различные задачи, но все они направлены на достижение трех основных целей: сокращение себестоимости добычи руды, повышение производительности и безопасности горных работ. Недавно общая наработка автономной техники 8ап^1к в мире с нулевым показателем травматизма перешагнула отметку в 3 млн. часов. Однако, для всех предприятий существует и экономический эффект от автономной техники, связанный с ростом производительности и сокращением затрат. В настоящее время одно из предприятий Канады держит рекорд по сроку окупаемости системы АиШМте - 54 дня, достигнутый за счет роста производительности.
* Журнальная версия. Полностью материал представлен на сайте mining-media.ru
Дмитрий Жуков, GHH: Компания GHH Group и наши коллеги из Nerospec SK разрабатывают решения как для полной автоматизации техники, так и для дистанционного управления. Так, с помощью пульта радиоуправления T-RX100J от GHH Group оператор может с безопасного расстояния управлять погрузочно-доставочными машинами, подземными самосвалами или буровыми установками. Возможна эксплуатация этого решения не только с машинами GHH Group, но и с техникой других производителей.
Решения по автоматизации от Nerospec SK также можно использовать с горным оборудованием любого типа. Эти технологии включают зондирование окружающей среды и соответствующие ей алгоритмы автоматизации. Предусмотрена возможность частичной или полной автоматизации цикла.
С помощью этих технологий можно решать задачи по выстраиванию маршрутов движения техники, автономному вождению и навигации, а также автоматической погрузки и выгрузки материала. Для передачи команд используют специализированные подземные WiFi-антенны (neroPOYNT), которые могут обеспечивают связь в радиусе до 800 м. Для распознавания местоположения и маркировки используют радиочастотные идентификационные метки (neroPIN, neroDUST), которые закрепляют на стенах и регистрируют на карте шахты.
Машина анализирует окружающую среду с помощью видео, радара, лидара и датчиков Bluetooth. Данные обрабатывает специализированный блок дистанционного контроля горного оборудования (cyberHUB) с 3 интегрированными контроллерными системами.
Владимир Сысоев, Epiroc: У нас принята обширная программа роботизации подземной техники с целью вывода человека из опасных условий, снижения нагрузки на операторов путем исключения ряда циклических монотонных процессов, а также увеличение производительности труда путем управления несколькими единицами оборудования. Для подземной добычи характерен крайне низкий коэффициент использования оборудования, связанный со сложностью горных работ. Роботизация позволяет эксплуатировать машины во время межсменных и внутрисменных интервалов, во время проветривания и т.д. В отдельных случаях, увеличение коэффициента использования оборудования может достигать 20-25%.
Технологии автоматизации можно условно разделить на две группы. Первая объединяет распространенные технологии, адаптированные под нужды подземной добычи - технологии связи (WiFi, LTE, 5G), промышленные протоколы передачи данных, лидары, лазеры, сканеры, камеры, программируемые логические контроллеры и т.д. Вторая группа -технологии исключительно для подземных разработок. Как правило, сюда попадает программное обеспечение, которое может включать не только детерминированные алгоритмы, но и самообучающиеся, или алгоритмы с элементами искусственного интеллекта.
Павел Растопшин, ГК «Цифра»: Два наших основных продукта - это роботизированные карьерные самосвалы и роботизированные буровые станки для открытых горных работ. С помощью роботизированных карьерных самосвалов, то есть без водителя в кабине, мы обеспечиваем высокоэффективное перемещение горной массы между пунктами погрузки и разгрузки, а роботизированные буровые станки обеспечивают бурение скважин без машиниста в кабине станка.
2 В каких случаях лучше роботизированная, в каких дистанционно управляемая? Существуют ли условия, при которых использование роботизированной и дистанционно управляемой техники невозможно?
Дмитрий Минаев, Sandvik: Основное отличие роботизированной техники от дистанционно управляемой в предварительно заданных маршрутах движения. Для роботизированной техники необходимо создать маршрут и затем убедиться, что оборудование работает как нужно. Зачастую потери времени на построение маршрутов не компенсируются растущей производительностью. Тогда оптимальна дистанционно управляемая техника, которой не нужны предварительно заданные маршруты.
В ряде случаев предприятия совмещают роботизацию и дистанционное управление, например, при выпуске руды из камеры: ПДМ перемещается в роботизированном режиме до заезда в камеру, затем оператор переводит ПДМ в дистанционный режим, заезжает в камеру и загружает ковш, выезжает из камеры и отправляет машину на точку разгрузки в роботизированном режиме. Такой режим работы неизбежен, так как точка загрузки руды в камере постоянно меняется.
Дмитрий Жуков, GHH: Эти технологии рекомендуются к использованию в небезопасных зонах, где оператор будет подвергаться повышенному риску. Некоторые ключевые области применения включают очистку подуровня из-за нестабильности горных пород и другие подземные работы, связанные с потенциальным опаданием грунта. Также автоматизированное оборудование используется для выполнения рутинной, повторяющейся работы без или с небольшим наблюдением оператора. Например, длительные повторяющиеся задачи вождения, работа между сменами или ночью.
Владимир Сысоев, Epiroc: Роботизированная, или автономная, техника успешно применяется в процессах, не требующих глубокого анализа или решений, недоступных искусственному интеллекту. Есть много процессов, в которых решение может быть принято только человеком. Классический случай - цикл погрузочно-доставочной машины: сегодня технология позволяет транспортировать руду от места погрузки до места выгрузки и обратно, а также разгрузку ковша в автономном режиме. Однако, выбор участка для внедрения ковша остается за оператором, так как машина пока не в состоянии определить, в каком конкретно месте находится грудь забоя. Однако, с учетом развития технологии и быстрой эволюции программных средств и технологии искусственного интеллекта, таких процессов будет становиться все меньше.
Самым большим ограничением для внедрения автономной или дистанционно управляемой техники остается необходимость сегрегации зон работы роботизированной или дистанционно управляемой техники. Нахождение такой техники (прежде всего, самоходной) в зоне работы персонала, либо машин с ручным управлением не допускается. Поэтому, многие подземные предприятия, построенные в «доро-ботизированную» эпоху сталкиваются с большими ограничениями в применении техники. Также, наличие удаленно управляемой или автономной техники предполагает наличие развитой информационной инфраструктуры с широкополосной передачей данных, что связано с большими инвестициями.
Павел Растопшин, ГК «Цифра»: На горных работах производительность может достигаться благодаря автономности, то есть техника управляемся не человеком и не дистанционно, а алгоритмом. При этом производительность достигается за счет максимизации скорости операций, сокращения нетехнологических простоев и выбора правильных режимов движения и работы. Дистанционные режимы обычно снижают производительность всего процесса.
Безусловно, применение роботизированной техники накладывает ряд ограничений на промышленной предприятие. В первую очередь, должна быть налажена инфраструктура связи и навигации, также важна инфраструктура безопасности, включая шлагбаумы, светофоры, подготовку дороги и забоя.
ЗС какие основными проблемами вы сталкивались при эксплуатации роботизированной и дистанционной техники и как их решали?
Дмитрий Минаев, Sandvik: Две основные проблемы - подземная сеть передачи данных и сам процесс внедрения новых технологий на предприятиях. Система автоматизации АШоМте предъявляет высокие требования к сети передачи данных, в первую очередь к бесшовности и задержкам в передачи информации. При возникновении задержки система идентифицирует ее как проблему и отключается. Поэтому предприятие должно внимательно подойти к созданию беспроводной инфраструктуры. Также мало купить и установить систему автоматизации, нужно научиться ей активно пользоваться, донести до горняков ее преимущества. Иначе будут возникать случаи саботажа и порчи оборудования, система будет простаивать.
Дмитрий Жуков, GHH: При внедрении дистанционного управления на первых этапах снижается производительность машин, так как оператору сложно сразу привыкнуть. По мере привыкания оператор приобретает практические навыки, и производительность не только выходит на прежние показатели, но может даже превышать их.
Автоматизированное горное оборудование требует достаточно частого ухода и обслуживания специалистами, которые бы регулярно его заправляли, проверяли и обслуживали, а также оперативно реагировали на выход системы из строя или на повреждение датчиков автоматики и возвращали оборудование в строй как можно скорее.
Лучший способ справиться с этим - создать детальную систему мониторинга работоспособности машины с короткими интервалами (пего81МАС) и обеспечить регулярную проверку и техническое обслуживание. Для перехода на автономную работу идеально, если техника будет работать в беспилотном режиме только в определенное время суток, например, между сменами. В течение оставшегося времени шахтеры будут управлять машиной вручную, либо с помощью дистанционного управления.
Владимир Сысоев, Epiroc: Основной проблемой остается надежность. Даже статистически роботизированная и удаленно управляемая техника дополняется большим количеством модулей и программных компонентов, каждый из которых имеет свой коэффициент надежности. Чем больше модулей, тем статистически выше риск отказа всей системы. Поэтому при внедрении систем автоматизации всегда рассматривается вопрос надежности всей системы. Единственно возможный путь решения данной проблемы - это сопровож-
дение всего жизненного цикла системы и модулей, поиск узких мест, или причин выхода из строя и постоянное улучшение компонентов системы.
Павел Растопшин, ГК «Цифра»: Среди основных проблем можно выделить нехватку компетентных людей в области обслуживания, сервиса и управления роботизированным участком горных работ. Важную роль в решении этой проблемы должны играть ВУЗы. Также мы видим невнимание к безопасности в связи с отсутствием опыта применения роботизированных самосвалов. Третья важная составляющая - надежная высокоскоростная связь и ограничения в распространении 5G.
4 Насколько надежны и эффективны, по вашему мнению, роботизированная и дистанционно управляемая техника и технологии ее управления? Способна ли она полностью вытеснить человека из шахты?
Дмитрий Минаев, Sandvik: Система AutoMine показала свою высокую надежность при автоматизации подземного оборудования. Немного по-другому обстоит дело с подземной инфраструктурой, но и тут есть проведенные решения. Что касается эффективности, то возможность использования оборудования в межсменный перерыв уже повышает производительность. Плюс снижается риск человеческой ошибки, так как техника управляется без оператора. Оборудование работает в оптимальных режимах, ресурс его компонентов повышается и сокращаются затраты на обслуживание. В прошлом году я посещал один из рудников в Канаде, использующий нашу систему автоматизации. Там до сих пор работает самосвал TORO 40 производства 2006 года.
Но, о том, что рудники будут полностью безлюдными, даже разговоров нет. Невозможно полностью автоматизировать огромное количество задач и удалить людей с производства. Затем, вопросы по строительству подземных сооружений, прокладке объектов инфраструктуры. Есть потенциал сокращения персонала, занятого на подземных операциях, и его перевод на поверхностные работы в благоприятные и безопасные условия труда - это реальность и будущее.
Дмитрий Жуков, GHH: Если говорить о дистанционном управлении, то соединение отличается высокой стабильностью. Для защиты от сбоев в устройство встроены дублирующие процессоры с функцией самодиагностики. Обязательным элементом является датчик наклона: если блок управления неожиданно наклоняется, например, из-за падения оператора, система останавливает машину. Останов также мгновенно срабатывает при прерывании радиосвязи. Кроме этого, по центру консоли расположена большая и заметная кнопка аварийной остановки.
В зависимости от способа добычи сложность достижения полной автоматизации варьируется. Так, в шахтах с невысокими пандусами вывести оборудование для техобслуживания достаточно просто. В этих случаях значительная часть затрат на инфраструктуру и вентиляцию в шахтах также может быть снижена. Автоматизированное оборудование может значительно увеличить производительность, если использовать его корректно. Один оператор может параллельно управлять 3-4 машинами, что повышает эффективность в разы. Но полностью вытеснить человека из шахты невозможно, так как горное дело - крайне непредсказуемая область.
Владимир Сысоев, Epiroc: Основной задачей, которую ставит перед собой индустрия является не вытеснение человека из шахты, а облегчение тяжелого физического труда и гораздо более эффективное использование способностей, свойственных только человеку, таких как: созидание, творчество, новаторство, аналитика, предприимчивость и многие другие. Роботизированная техника становиться все более надежной и эффективной и в том, что она будет находить все большее применение в промышленности, сомнений нет. Технология сведет к минимуму пребывание человека в тяжелых и опасных условиях, параллельно создавая новые рабочие места и роли на подземных предприятиях.
Павел Растопшин, ГК «Цифра»: Сейчас роботизированные технологии прошли все необходимые испытания и роботизированные самосвалы эксплуатируются в режиме 24x7 уже больше полугода, перевезя более 1 млн. т горной массы, что свидетельствует о готовности технологии к масштабированию и применению в промышленности. Хронометражи показывают, что роботизированные самосвалы на 20-25% производительней, а при правильной организации работы погрузочной техники эта цифра будет еще выше.
Сейчас в мире насчитывается около 1000 роботизированных карьерных самосвалов на открытых горных работах, а к 2023 году в карьерах будет эксплуатироваться уже 2500 роботизированных самосвалов, что говорит о существенном росте рынка и вере горных компаний в существенные эффекты от роботизации.
5 Будущее роботизированной и дистанционно управляемой техники: будет ли она развиваться, в каком направлении, и какие проблемы необходимо решить разработчикам? Существуют ли юридические препятствия на пути ее развития?
Дмитрий Минаев, Sandvik: Я, как горный инженер, верю, что будущее за роботизацией и автоматизацией. Последние 3 года наш завод в Финляндии, выпускающий системы АиШМте, полностью загружен, заказы поступают со всех уголков планеты. Горные предприятия СНГ активно интересуются вопросами автоматизации и мне это очень приятно наблюдать.
Нашим принципом является изоляция зоны работы автономной техники от зоны, где работают люди и другая техника. Это накладывает большие ограничения в условия применения автономного оборудования, однако следующий шаг в развитии технологий автоматизации сделает это возможным. Наша основная задача - создание полностью автономного рудника, где будут трудиться и роботизированная техника, и люди, дополняя друг друга и работая вместе без ворот и барьеров.
Дмитрий Жуков, GHH: Автоматизация горнодобывающего оборудования стремительно развивается, особенно по мере того, как технологии, основанные на искусственном интеллекте, приходят из автомобильной промышленности в нашу узкоспециализированную нишу. Последними рубежами, которые стоит преодолеть для развития автоматизации - это интеграция более совершенных датчиков анализа окружающей среды, оптимизация смешанных транспортных операций, а также упрощение работ по техническому обслуживанию.
Мы допускаем существование юридических препятствий или возможность их возникновения в будущем из-за введения определенных законодательных актов. Однако с техни-
ческой точки зрения уже сегодня автономное и дистанционно управляемое оборудование безопасно в эксплуатации.
Владимир Сысоев, Epiroc: Технологии, включающие в себя работу роботизированной и дистанционно управляемой техники, безусловно, будут развиваться в интенсивном режиме. Опережающее развитие получат области, включающие элементы искусственного интеллекта, самообучающиеся алгоритмы и обработку и анализа больших данных. Горное оборудование в системах автоматизации также будет эволюционировать.
Что касается юридических задач, которые необходимо будет решить - это, прежде всего, обозначение юридического статуса автономных машин и регулирование правил взаимодействия с персоналом предприятия. Для дальнейшего внедрения роботизированной техники необходимо будет принять разграничение ответственности между пользователями и производителями техники, а также регулирование процедур взаимодействия роботизированной техники и персонала.
Павел Растопшин, ГК «Цифра»: Дистанционное управление скорее сопутствующая функция для роботизации, так как дистанционное управление скорее снижает традиционную эффективность и обосновано в сложных условиях работы техники, когда приоритетна безопасность, а не производительность. Производительность и эффективность - это драйверы роботизации и мы видим, что в промышленности в связи с существенными капитальными и операционными затратами роботы могут начать играть существенную роль, постепенно заменяя людей и формируя новую индустрию.
Что касается юридической стороны, то сейчас однозначно не определена ответственность в инцидентах с роботизированной техникой, хотя Ростехнадзор сформировал правила внедрения роботов на открытых горных работах. Мы считаем, что если есть желание, все правовые и организационные вопросы можно решить, в том числе страхуя риски связанные с роботизацией и внедряя регламенты безопасной эксплуатации роботизированного транспорта. Мы также стараемся выводить проблематику применения роботизированной техники на федеральный уровень, предлагая инициативы по управлению и формализации процессов применения беспилотников в промышленности.
* * *
Сегодня можно сделать выводы, что дистанционно управляемая и роботизированная техника будет получать все более широкое распространение с введением в эксплуатацию новых горизонтов и месторождений. Именно новые разработки наиболее привлекательны для автоматизации и будут наиболее экономически эффективны, так как их дорогостоящая инфраструктура и организация работ будет изначально строиться под современные требования.
Вместе с тем традиционная техника с ручным управлением не будет вытеснена полностью по технологическим и экономическим соображениям. Горноразработчик будет выбирать уровень механизации в зависимости от условий конкретного месторождения, причем в первую очередь от экономических условий.
В следующем выпуске нашего журнала мы продолжим обсуждение темы цифровизации горной промышленности и проведем очередной «круглый стол» с разработчиками программного обеспечения для предприятий ТЭК. Следите за нашими анонсами на сайте mining-media.ru
