CC BY
127
http^/dx.dol.org/10.30686/1609-9192-2018-4-140-22-30
Цифровизация экономики угольной промышленности России -
от «Индустрии-4.0» до «Общества 5.0»
Статья подготовлена при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-010-00467 «Разработка экономических индикаторов и технологических параметров развития угольной отрасли России до 2035 г. в условиях смены вектора ми-ро#ого инновационно-технологического процесса, обусловленной реализацией программы «Индустрня-4.0»
Ю.А. Плакиткин, д-р экон. наук, проф., академик РАЕН, Руководитель Центра инновационного развития отраслей энергетики 1/1НЭИ РАН
Л.С. Плакиткина, канд. техн. наук, член-корр. РАЕН Руководитель Центра исследования угольной промышленности мира и России ИНЭИ РАН_
Введение
Реализуемая ныне во многих странах мира технологическая революция требует внедрения так называемой Программы «Индустрия-4,0» (Industiy 4.0), которая охватывает всю промышленность, включая и угольную [1-4]. Цифровое моделирование, являющееся одним из базовых направлений реализации программы «Индустрия-4,0», будет активно применяться в производственных процессах, в т.ч. путем использования актуальных данных, получаемых с помощью виртуальной модели окружающего физического мира. Наибольший рывок в освоении цифровых технологий ожидается в электронной промышленности, машиностроении, автомобилестроении, компьютерных технологиях (IT-технологиях).
При реализации Программы «Цифровая экономика Российской Федерации» предусматриваются тесные взаимодействия государства, бизнеса и науки [5]. Координацию участия экспертного и бизнес-сообщества в планировании реализации, развития и оценке эффективности этой Программы осуществляет автономная некоммерческая организация AHO «Цифровая экономика».
В некоторых странах приступили к разработке и реализа-цииконцепции«06щества5.0»-шш«Суперинтеллекгуального общества», которое подразумевает проникновение цифровых технологий буквально во все сферы нашей жизни [6-7]. В «Обществе 5.0» происходит слияние реального и виртуального. В нем физическое и киберпространство становятся единым целым для решений социальных проблем и создания устойчивого экономического роста. Огромные массивы информации (BigDntn) отправляются в киберпространство, анализируются с помощью искусственного интеллекта (AI) и возвращаются обратно в физическое измерение в виде новых решений, в т.ч. с использованием дополненной реальности (АЯ). При этом требуется создание широкой технической инфраструктуры.
Эволюции промышленных революций
Проведенный анализ эволюции прошедших промышленных революций (Обществ) показал, что «Общество 1.0» и «Общество 2.0» связаны с развитием сельского хозяйства, созданием первых поселений в основном в сельских местностях, то есть с аграрным обществом. Третья ступень -«Общество 3.0» - это индустриальная революция, начало массового использования промышленного производства. Следующий этап-«Общество 4.0» - охватывает период все-
22 | «Горная Промышленность» №4 (1 40) / 201 8
общей компьютеризации и развитие технологий, которые определили развитие промышленности и производственного сектора экономик развитых стран. В нем происходит оптимизация потребления ресурсов в q^HeM на одного человека.
«Общество 5.0» - ступень, следующая за информационным обществом, которая расширяет Программу «Индустрия-4.0» за пределы производственного сектора. Стратегия «Общества 5.0» -это супер интеллектуальное общество, представляющее собой оптимизацию ресурсов потребления не одного человека (как в «Индустрии-4.0»), а всего социума. В процессе предполагается, что каждый будет вносить вклад по своим возможностям, а потреблять - в соответствии со своими нуждами [см. 6-7].
Программа «Индустрия-4.0» является частью «Общества 5.0», поэтому эти понятия неразделимы, но в рамках «Общества 5.0» мы имеем дело с киберфизическими технологиями. Разница между «Индустрией-4.0» и «Обществом 5.0» - в масштабе внедрения новейших технологий. В «Обществе 5.0» они охватывают все сферы жизни общества, а не только производство. Результатом технологической революции «Общества 5.0» является появление искусственного интеллекта. Повышенный спрос на него потребует от государственного регулятора существенных усилий (организационных и финансовых) по значительному росту уровня образования населения и глубины проводимых научных исследований.
Для Программы «Индустрия-4.0» характерно использование в промышленности возможностей так называемого «Интернета вещей» (IoT - Internet of Things) и применение в производственных процессах «киберфизических систем» (CPS - Cybei -Physical System). Программа «Индустрня-4.0» реализует следующие направления: промышленный Интернет вещей, дополненную реальность, большие данные (Big Data) и бизнес аналитику, «облачные технологии», автономные роботы, горизонтальную и вертикальную интеграцию систем, информационную безопасность, аддитивное производство (вт.ч. применение ЗО-печати), цифровое моделирование [см. 1-5].
«Общество 5.0» включает в себя, кроме присущих Программе «Индустрия-4.0» выше перечисленных направлений, использование последних достижений IT-технологий - «Интернета всего» (IoE - Internet of Everething). Поэтому ключевые составляющие «Общества 5.0» - это «Big Data», «Internet of Things» (IoT) и «Internet of Everething» (IoE), благодаря которым разработчики Стратегии «Общества 5.0» не
ограничиваются только промышленностью, а планируют преобразовывать многие сферы общества и получать знания о будущем [см. 6-7].
Лидерами разработки и внедрения Программы «Индустрия-4.0» являются: Германия, США, Нидерланды, Великобритания, Южная Корея, Швеция. Во многих странах мира планируют реализовать Программу «Индустрия-4.0» в период до 2025 г. Лидер разработки концепции «Общества 5.0» — Япония, которая в 2020 г. намерена продемонстрировать работу новых технологий [см. 6-7].
Отставание России от стран-лидеров цифровизации, по мнению экспертов, составляла 5-8 лет. С целью уменьшения этого разрыва в России в 2017 г. была разработана и утверждена Правительством Программа «Цифровая экономика Российской Федерации» (распоряжение от 28 июля 2017 г. 1632-р) [см. 5). Б соответствии с планами Правительства Российской Федерации на внедрение мероприятий программы «Цифровая экономика Российской Федерации» потребуется порядка 522 млрд руб. [8],
Несмотря на то что в настоящее время доля цифровой экономики в ВВП России составляет всего около 4%, темпы роста ее объема существенно опережают темпы роста валового внутреннего продукта. Так, в период с 2011 по 2015 г. ВВП страны вырос на 7%, а объем цифровой экономики за тот же период увеличился на 59% (на 1,2 трлн руб. в ценах 2015 г.). Таким образом, с 2011 по 2015 г. цифровая экономика росла в 8,5 раза быстрее экономики России в целом и составила четверть (24%) общего прироста ВВП. По оценкам McKinsey, потенциальный экономический эффект от цифровизации экономики России может способствоватьувели-чению ВВП страны к 2025 г. на 4,1-8,9 трлн руб. (в ценах 2015 г.). Это составляет от 19 до 34% общего ожидаемого роста ВВП страны [9, 10].
У российских компаний имеется большой потенциал развития за счет внедрения технологий «Индустрии 4.0» и «Цифровая экономика Российской Федерации». В добывающих и обрабатывающих отраслях промышленности создастся более 50% ВВП страны. Процесс цифровизации уже начался. Во многих отраслях промышленности России появляются примеры внедрения цифровых технологий промышленного производства. В нефтяной и газодобывающей промышленности используются инструменты трехмерного моделирования месторождений, а в горнодобывающих отраслях активно применяютсядатчикии портативныеустрой-ства, помогающие отслеживать состояние и местонахождение техники и рабочих, определять уровень загазованности шахт, оптимизировать работу ремонтных бригад. В атомной и авиационной промышленности эксплуатируются системы компьютерного проектирования и управления жизненным циклом продукции (Product Lifecycte Management, PLM).
Концепции «Общества 4.0» и «Общества 5.0» применимы в любом развитом обществе и способны обеспечить высокие социальные стандарты жизни, с одной стороны, и высокие темпы экономического роста - с другой. Так, компания «Mitsubishi Electric» активно участвует в создании и реализации концепции «Общества 5.0» не только в Японии, но и в других странах, на рынках которых занимает сильные позиции, в т.ч. и в России [см. 6-7].
Основные цели программы «Цифровая экономика Российской Федерации»
Целями Программы «Цифровая экономика Российской Федерации» являются:
- создание экосистемы цифровой экономики Российской
АНАЛИТИКА, СТАТИСТИКА
Угольная промышленность
Федерации, в которой данные в цифровой форме являются ключевым фактором производства во всех сферах социально-экономической деятельности и в которой обеспечено эффективное взаимодействие, включая трансграничное, бизнеса, научно-образовательного сообщества, государства и граждан;
- создание необходимых и достаточных условий институционального и инфраструктурного характера;
- повышение конкурентоспособности на глобальном рынке как отдельных отраслей экономики Российской Федерации, так и экономики в целом.
Моделью цифровой экономики являются рынки, технологии, базовые условия.
Основными «сквозными» цифровыми технологиям и, которые входят в рамки утвержденной Программы «Цифровая экономика Российской Федерации», являются: «Большие данные», нейротехнологии, Искусственный интеллект, системы распределенного реестра (блокчейн), квантовые технологии, новые производственные технологии, промышленный Интернет вещей, робототехника и сенсорика, технологии беспроводной связи, технологии виртуальной и дополненной реальностей. Предусмотрено, что в перечень Программы «Цифровая экономика Российской Федерации», кроме вышеперечисленных технологий, могут быть включены и другие, новые технологии, которые будут использоваться по мере их появления и развития.
Дляреализации программы «Индустрия-4.0» необходимо провести так называемую «цифровую трансформацию», под которой подразумевается:
- кардинальное повышение производительности, конкурентоспособности и ценности предприятий или поставщиков услуг путем использования всего пула современных технологий (от скоростных сетей связи и инновационных IT-приложений до Big Data, 3D-печати и 3D- проектирования, цифровых двойников/моделей предприятий и продуктов, а также 1оТ и ПоТ);
- оцифровка этого сигнала/объекта, при помощи той или иной аппаратуры, т. е. перевод его в цифровой вид и их фундаментальный реинжиниринг, проводимые параллельно.
Программа «Цифровая экономика Российской Федерации» подразумевает предоставление особого правового режима для компаний, работающих в этой сфере. Ожидается, что в соответствии Программой «Цифровая экономика» в РФ к 2024 г. должныэффективно работать: не менее 10 конкурентоспособных на мировом рынке высокотехнологичных компаний и столько же индустриальных цифровых платформ (включая цифровые медицинские учреждения, «умные города» и др.). При этом многие российские предприятия («Ростехнологии», «Газпром», «Росатом», «Роснефть», «Сбербанк» и др.) сами стараются внедрить основные положения Программ «Индустрии-4.0» и «Цифровая экономика Российской Федерации» в хозяйственную практику. В сфере цифровых технологий ожидается ввод в эксплуатацию не менее 500 средних и малых предприятий. Высшие учебные заведения в период до 2024 г. должны выпустить не менее 120 тысяч специалистов в области информационных технологий (ITтехнологий) [см. 5].
Концепция программы «Индустрия-4.0» и соответствующие цифровые технологии
Программа «Индустрия-4.0» предусматривает сквозную цифровизацию всех физических активов и их интеграцию в цифровую экосистему вместе с партнерами, участвующими вцепочкесозданиястоимости. Согласно «Индустрии-4.0»
«Горная Промышленность» №4 (1 40) / 201 8 | 23
АНАЛИТИКА, СТАТИСТИКА
Угольная промышленность
1. Цифровизация и интеграция вертикальных и горизонтальных цепочек создания стоимости
Данные и аналитика как ключевые компетенции
Таблица 1 Основные направления реализации «Индустрия 4.0» в угольной отрасли
Интеллектуальные
датчики "-"
Рис.1
Концепция программы «Индустрия-4.0» и соответствующие цифровые технологии
предусматривается цифровизация и интеграция процессов по вертикали в рамках всей организации, начиная от разработки продуктов и закупок и заканчивая производством, логистикой и обслуживанием. При этом все данные об операционных процессах, эффективности процессов, управлении качеством и операционном планировании доступны в режиме реального времени в интегральной сети. Используются также технологии дополненной реальности, а данные оптимизированы под различные платформы. Горизонтальная интеграция выходит за рамки внутренних операций и охватывает поставщиков, потребителей и всех ключевых партнеров по цепочке создания стоимости. В итоге используются различные технологии: от устройств слежения и контроля до комплексного планирования, интегрированного с исполнением в режиме реального времени.
Концепция программы «Индустрия-4.0» и соответствующие цифровые технологии представлены на рис. 1.
Основные технологические тренды в сфере реализации программы «Индустрия-4.0» и цифровой трансформации угольной промышленности России
Программа «Индустрия-4.0» и принятая программа «Цифровая экономика Российской Федерации» фактически могут служить отправными точками для будущих технологических прорывных новаций в угольной промышленности.
Анализ действующих в угольной отрасли технологических платформ позволяет сделать вывод о необходимости создания «Интеллектуальной платформы», учитывающей основные направления реализации проекта «Индустрия-4.0» и соответствующие цифровые технологии.
Формирование такой платформы в угольной промышленности должно базироваться на проведении НИОКР:
- по разработке производственных киберфизических систем;
- реализации «Интернета вещей» в производственных процессах предприятий отрасли.
В рамках «Интеллектуальной платформы» должно быть организовано создание и постоянное обновление банка инновационных разработок по технологиям, комплектующим производственные к ибер физические системы в угольной промышленности.
В перспективном периоде в этот банк должны включать-
Процессы горного производства Перспективные технологии и направления
Разведка запасов месторождений угля Технологии виртуализации поисковых и разведочных работ Технологии дистанционного зондирования земли Совершенствование геоинформационных систем на основе 30 моделирования геологической среды
Автоматизация и роботизация проведения горных выработок и формирования подземного пространства
Технологии выемки угля без присутствия людей (безлюдная выемка)
Добыча угля и подготовка запасов Технологии геоинформационного обеспечения, основанного на цифровом моделировании механических процессов
Развитие геотехнологий безлюдной добычи угля
«Интернет вещей», охватывающий добычу угля и формирующий комплексы «Интеллектуальная шахта», «Интеллектуальный разрез»
Переработка угля и отходов «Интернет вещей» при обогащении, переработке угля и отходов, формирующий комплекс «Интеллектуальная обогатительная фабрика»
Технологии углехимии с получением продуктов с высокой добавленной стоимостью Использование нанотехнологий и биотехнологий
Применение автоматизированных транспортных средств
Транспорт «Интернет вещей», формирующий комплексы «Интеллектуальный транспорт и центры управления»
ся высокоэффективные технологии добычи угля с использованием гибких роботизированных систем 2-го и 3-го поколений с искусственным интеллектом. Новые техноло гии, позволяющие перейти к построению полностью автоматизированных предприятий, могут объединить малые производственные блоки, основанные на функционировании автономных киберфизическх систем. Конечно, это потребует разработки новых пространственно-планировочных решений, адаптированных к реализации в угольной отрасли производственных процессов автономными киберфизическими системами.
В практическом плане технологическое обновление угольной промышленности должно сопровождатьсяразра-боткой и реализацией механизмов государственного содействия технологическому перевооружению предприятий на основе внедрения в практику «Интернета вещей» и киберфизических систем. Государственный регулятор также должен оказывать содействие в организации производства отечественного оборудования, используемого в производственных процессах угледобычи и осуществляемых автономными киберфизическими системами.
Перспективные технологии и направления, соответствующие реализации программы «Индустрия-4.0» в угольной промышленности, представлены в табл. 1.
Усовершенствованная систематизация технологических элементов для угольной промышленности, их характеристика и анализ возможной реализации предлагаемых технологических решений
Основываясь на применении в прогнозном периоде производственных киберфизических систем и других направлений технологического развития, обусловленных реализа-
24 | «Горная Промышленность» №4 (140)/2018
Ощутите прогресс
Поздравляем С ДНЕМ ШАХТЕРА!
МеЫгегг К 9200
• Энергичные рабочие циклы: уникальная система управления ЫеЫтегг для оптимального распределения мощности
• Экономичный расход топлива: эффективный 12-цилиндровый У-образный дизельный двигатель ЫеЬИегг
• Высокая производительность: усиленные ковши собственной разработки ЫеЫтегг
• Удобное обслуживание: централизованное расположение сервисных точек
• Комфорт машиниста: эргономичная кабина, оснащённая по последнему слову техники
ЛИБХЕРР-РУСЛАНД ООО
РФ, 121059, Москва, ул. 1-ая Бородинская, 5
Москва
Санкт-Петербург Краснодар Екатеринбург Кемерово Красноярск Хабаровск E-Mail: office.lru@liebherr.com www.iiebherr.com
тел.: (495) 710 83 65, факс: 710 33 66 тел.: (812) 602 09 01, факс: 602 09 02 тел.: (861) 238 60 07, факс: 238 60 09 тел.: (343) 345 70 50, факс: 345 70 52 тел.: (3842) 34 59 00, факс: 34 64 65 тел.: (391) 258 26 22, факс: 258 26 22 тел.: (4212) 74 78 47, факс: 74 78 49
АНАЛИТИКА, СТАТИСТИКА
Угольная промышленность
цией проекта «Индустрия-4.0», в процессе исследований авт opa ми у со вершенство ва на систематизация техно ло гиче-ских элементов для угольной промышленности (рис. 2), которая является более комплексной, чем предлагаемая авторами ранее [11].
Усовершенствованная систематизация охватывает следующие направления горного производства: разведка запасов и планирование горных работ, добыча угля, переработка угля и отходов производства и транспортирование угля и иных грузов.
Приэтом два главных элемента проекта «Индустрия-4.0» - «Интернет вещей», а также автоматизация и роботизация производственных процессов «прошивают» все процессы горного производства [см. 11].
Элементы систематизации составляют основу для формирования новых производственных единиц, таких как «Интеллектумьная шахта (разрез)», «Интеллектуальная фабрика», кИнтеллектуальный транспорт».
Центральным элементом разработанной авторами систематизации основных элементов проекта «Индустрия-4.0» по базовым процессам горного производства являются использование киберфизических производственных систем в процессах добычи и подготовки запасов, а также его переработки и транспортирования угля. Функционирование этих систем основано на применении интеллектуальных роботизированных комплексов в автономных производственных блоках небольшой мощности. В частности, в блоках при подземной добыче угля могут быть использованы спроектированные и прошедшие промышленные испытания еще в 1980-х гг. так называемые фронтальные агрегаты, осуществляющие одномоментную обработку всей плоскости очистного забоя без постоянного присутствия людей, Это позволяет многократно
увеличить производительность добычи угля.
По замыслу академика РАН В.В. Ржевского (авторы исследований в то время активно участвовали в подготовке обосновывающих материалов), производственные блоки должны составлять тех но логическую систему, способную к «саморазвитию» [12]. Предполагалось, что отработка каждого блока должна давать возможность для финансового обеспечения подготовки и отработки последующего блока. При этом продолжительность отработки блоков должна быть небольшой - около 5-7 лет. Такая система дает возможность на каждом последующем блоке применять более совершенное оборудование и технологии, что позволяет в наибольшей степени использовать новейшие технико-технологические достижения. Для ускорения работ по вскрытию и подготовке запасов предполагалось, что проведение стволов будет осуществляться методом выбуривания.
Применение киберфизических систем, основанных на роботизации II и III поколений, предоставит возможность для широкого использования «безлюдных» технологий добычи угля, в т.ч. скважшньис. Это создаст основу для расширения производственных объектов, работающих по принципу «Интеллектуальная шахта» или «Интеллектуальный разрез» и представляющих собой единые информационно-управляющие структуры, позволяющие осуществлять мониторинг и управление любым технологическим оборудованием на шахте (разрезе) при осуществлении гор но-подготовительных и добычных работ.
Новые технологии предъявляют иные требования к пространственному планированию горных работ, которые, в свою очередь, также должны претерпеть трансформацию: прямолинейная геометрия раскройки шахтных полей будет заменяться криволинейной.
о-
о-
Пространственно-планировочные решения, адаптированные к применению автономных киберфизмических систем
Планирование отработки автономными производственными блоками( блок-стволами) небольшой мощности
Создание среды для интерактивного проектирования скважин, управления геологическими изысканиями и геоизического анализа
Использование криволинейной разработки шахтных полей
Использование дронов
Моделирование и стимуляция, цифровое проектирование
Применение комплексов спутниковой геодезии лазерного сканирования
Соединение вертуальной и фактической реальности
Планирование и анализ онлайн
Цифровая интернет-интеграция пространственно-временных данных
3D моделирование геологической среды при разведки месторождений
О-
■о-
Интернет вещей ................
Автоматизация и роботизация
ю-о-
ю ■ю
Киберфизические системы
Использование роботизированных " фронтальных агрегатов
Технология "смартмайнинг" безлюдной выемки
Автоматизация и роботизация безлюдной бурошнековой выемки
Безлюдная выемка угля скреперокруговыми рототизированными
Скважинная добыча угля без присутсвиялюдей
Высокоэффективные технологии добычи угля с использованием гибких -<-роботизированных систем 2-го и 3-го поколений
Автоматизация и роботизация проведения
выработок на основе горнопроходческих машин нового класса - геоходов
Технологии ведения горных
работе применением высокопроизводительного самоходного оборудования
Использование автономных альтернати вных источников . энергии
Инновационные технологии физико-химических, гидравлических, электромагнитных способов разрушения горных пород
, ^ Инновационные виды взрывчатых веществ
^ Цифровое моделирование "■'"геомеханических процессов
■ ->• Интеграция 1Т систем ■->- Облачные технологии
Большие данные и аналитика
Геймификация процессов и аналитика
Технологии геодинамического, геомеханического, аэрологического и технического мониторинга
Технологии ^ геоинформационного ' обеспечения и системы автоматического управления на горных предприятиях
Комплексная информаци онно-управляющая
■ ■>■ структура "интеллектуальный
разрез (шахта)"
Использование нанотехнопогий
1
Использование систем навигации
Использование биотехнологий
Прооизводство продукции глубокой переработки
Технология нанопористых сорбентов, углеводородных молекулярных систем
Пиролиз (коксование) углей -получение кокса, полукокса,
нафталина, бензола, каменноугольной смолы и т.д.
Технология термококс, гидрогенизация углей -получение жидких углеводородов
Производство продукции из отходов
"Интеллектуальная фабрика" сфокусированная на создании "умных" процессов
Беспилотный транспорт
Использование "умных" вагонов с бортовой телеметрией
Использование грузовых дронов
Использование автономных, альтернативных источников энергии
Комплексы "Интеллектуальный транспорт и центры управления"-информационно-управленческая логистическая структура
Рис. 2 Усовершенствованная систематизация основных элементов проекта «Индустрия-4.0» по базовым процессам горного производства
26 | «Горная Промышленность» №4 (140) / 2018
Еще в 1980-х гг., под руководством академика РАЕНА.С. Бурчакова A.C., д-ра техн. наук, проф., А.Н. Килячкова в Московском горном институте проводился целый комплекс исследовательских работ и производственных испытаний по так называемым «разворотам» механизированных комплексов. Это дает существенную экономию на концевых участках отработки выемочных столбов за счет ликвидации монтажно-демонтажных работ. Существенный вклад в практическую реализацию этих технологий для Кузнецкого бассейна внес академик РАН Ю.Н. Малышев. Фактически технологии превращались из цикличных в поточные.
Академик РАЕН A.C. Бурчаков часто такие «криволинейные» технологии отработки запасов шахты сравнивал с сельскохозяйственной технологией вспашки полей, при которой трактор все время должен двигаться по криволинейной траектории, близкой к спирали. Конечно, в то время это были довольно смелые технологические идеи и решения, вызывающие порой критику и недоверие у производственников.
Однако современная нацеленность мировой экономики на активное использование малых автономных киберфизиче-ских систем уже сегодня дает основание для использования этих идей в формировании новых практических решений для угольной промышленности. Б предстоящем прогнозном периоде планирование горных работ должно быть основано на пространственно-планировочных решениях, соответствующих отработке автономными производственными блоками, а в необходимых случаях, обеспечивающих переход внутри блока от «прямолинейной» к «кр иволинейной» технологии добычи угля роботизированными системами.
В настоящее время, вероятно, назрела и реализация идеи скоростного проведения горных выработок за счет применения иных физико-технических методов воздействия на горную породу. В свое время в ИГД им. A.A. Скочинского работала целая лаборатория по электронно-лучевому способу проведениягорнъШвыработок. В середине 1980-хгг. этот способ был включен Государственным комитетом по науке и технике СССР в «карту» перспективных технологий, которые должны быть реализованы в начале XXI в.
С позиции настоящего времени такая технология могла бы довольно «естественным» образом вписаться в технологии киберфизических систем. Более того, она могла бы достаточно легко сочетаться с технологией ЗО-печати, способной вслед за продвижением электронно-лучевого аппарата «печатать» из устойчивых композитов крепь горных выработок, «идеально» прилегающую к «рельефу» обнаженной поверхности горных выработок.
Автоматизация и роботизация проведения горных выработок дает возможность для создания нового класса горнопроходческих машин - геоходов. Расширение сектора безлюдной добычи угля может быть увеличено за счет применения роботизированных систем буроитековой и скреперо-струговой выемки угля. Процессы подготовки и добычи угля должны сопровождаться цифровым моделированием различных геомеханических процессов, реализуемых при разработке угольных месторождений.
Работа производственных киберфизических систем (особенно при добыче угля и проведении горных выработок) должна обеспечиваться системой самодиагностики деталей и узлов применяемых машин и агрегатов, позволяющей не только подавать сигналы о необходимости замены или ремонта тех или иных частей оборудования, но и участвовать в практической реализации этих процессов.
Приведенные производственно-технологические системы добычи угля, подготовки запасов и проведения горных
АНАЛИТИКА, СТАТИСТИКА
Угольная промышленность
работ должны поддерживаться функциональной интеграцией 1Т систем. Такая интеграция осуществляется на базе специальных датчиков, видеокамер, систем управления производством, направляющих информацию в Центр дистанционного управления и контроля для краткосрочного планирования основных показателей производства. Это позволит напрямую связать работников предприятий на всех уровнях их взаимодействия.
Принимаемые производственные решения должны формироваться на основе использования технологий «Большие данныеи аналитика», под которыми подразумевают работу с информацией огромного объема и разнообразного состава, весьма часто обновляемой и находящейся в разных источниках в целях увеличения эффективности работы, создания новых технологических решений и повышения конкурентоспособности. Аналитика, основанная на использовании «Больших данных», обеспечивает принципиально иной уровень функционирования производственных систем. Она прежде всего позволяет оптимизировать качество продукции, экономить энергию и повысить производительность применяемого оборудования.
При этом информационные потоки необходимо доставлять и обрабатывать на основе применения «облачныхтехнологий». Фактически «облачные технологии» - это удобная среда для обработки информации, объединяющая в себе аппаратные средства, программное обеспечение, каналы связи, а также техническую поддержку совершаемых производственных процессов. Работа в «облаке» направлена на снижение расходов и повышение эффективности работы предприятий.
В последнее время с целью интенсификации и одновременно повышения комфортизации монотонного труда в реализацию производственных процессов стали внедрять технологии геймификации,т.е. использования игровых подходов для повышения эффективности производственной деятельности персонала. Эти технологии также могут найти значительное применение в технологических процессах горного производства.
Важным направлением работы киберфизических систем в автономных производственных блоках является их энергоснабжение. Автономные производственно-технологические системы добычи угля должны обеспечиваться автономными источниками энергии. Причем эти источники энергии должны быть альтернативными с точки зрения применяемых в настоящее время традиционных источников энергии. Важной особенностью этого направления является миниатюризация источников энергии, диктуемая размерами и объемами используемых роботизированных систем.
Разведка запасов и планирование горных работ, контроль за движением фронта горных работ должны осуществляться с использованием современных средств навигации. Для оценки состояния горных работ и мониторинга соблюдения требований промышленной безопасности на разрезах целесообразно применение промышленных дронов, которые должны также комплексно использоваться в решении следующих функциональных задач: транспортирования, информационно-коммуникационного обеспечения [13, 14].
Важное место в процессах разведки и планирования горных работ занимает моделирование и стимуляция, цифровое проектирование. Они основаны на применении ЗИ-моделей с целью ежедневного управления производством. Данные системы позволяют моделировать месторождение, планировать отработку запасов, анализировать альтернативные
«Горная Промышленность» №4 (1 40) / 201 8 | 27
АНАЛИТИКА, СТАТИСТИКА
Угольная промышленность
варианты планов горных работ и определять их наиболее оптимальный вариант в режиме реального времени.
В процессе отработки запасов киберфизические производственные системы взаимодействуют со средой. При этом «среди» представляет собой действительную реальность, совмещаемую с трехмерной виртуальной реальностью, генерируемой компьютером. Фактически процессы горного производства полностью или частично должны погружаться в эту комбинированную среду.
Применение современных цифровых технологий открывает новые возможности в проведении поисковых и разведочных работ. Расширяется применение цифрового Интернета - интерпретации пространственно-временных данных о представленных в ГИС объектах. Появляется возможность активного 3D-моделирования геологической среды при разведке месторождений. Получают распространенные технологии дистанционного зондирования зачли, основанного на применении спутниковой геодезии и лазерного сканирования, а также использования навигации и дронов. Возможность виртуализации поисковых и разведочных работ создает среду для интерактивного проектирования скважин и оперативного управления геологическими изысканиями и проведением геофизического анализа.
Выше приведенная система взаимоувязанных технологических элементов позволяет осуществлять текущее планирование и анализ состояния отработки запасов и ведения горных работ в режиме «online».
Важное место в процессах горного производства в перспективном периоде будет занимать переработка угля, в том числе глубокая переработка, основанная на применении на-нотехнологий и биотехнологий. На основе этого в «контуре» несырьевого производства могут быть получены новые материалы, используемые в различных секторах экономики. Так, технологии углехимии позволяют на основе пиролиза углей получать кокс, полукокс, каменноугольный пПк, гу-митовые кислоты, нафталин, бензол, каменноугольные масла, аммиак, фенол и др. Важным продуктом углехимии является термококс, получаемый методом термического обогащения угля. Гидрогенизация углей позволяет получить жидкие продукты переработки, такие как бензин, дизельное топливо, смазочные масла, парафин и др.
Использование нанотехнологий и биотехнологий позволяет осуществлять производство нанопористых сорбентов, углеродных молекулярных сит для разделения газов и др.
Учитывая возрастающие экологические требования, предъявляемые к горному производству, процессом переработки должны быть охвачены не только добываемый уголь, но и все отходы горного производства [15]. В этой связи дополнительное производство продукции может быть получено за счет переработки отходов. Новые материалы, получаемые из угля и отходов от его добычи, могут быть использованы в технологиях ЗВ-печати для получения продукции необходимой формы и качества.
В рамках интеллектуальной производственной системы уголь и продукция его переработки, а также продукция переработки отходов в соответствии с протоколом и регламентом должны направляться потребителю. В качестве средств доставки угля и продукции может быть использован беспилотный транспорт, работающий в едином пространстве искусственного интеллекта. Такой транспорт может быть составлен из совокупности так называемых «умных» вагонов, «знающих» маршруты своего назначения. Вся транспортная система должна базироваться на реализации когни-тивныхтранспортныхпроцессов, используемых в подсисте-
28 | «Горная Промышленность» N°4 (1 40) / 201 8
мах управления; транспортными путями, транспортными средствами, перевозками угля, грузов и людей, транспортной безопасностью. Инфраструктура такой системы должна включать; информационную подсистему, телекоммуникационную подсистему, подсистему транспортных сенсоров и транспортных исполнительных устройств [16]. Важное значение в процессах самодиагностики машин и оборудования киберфизических систем, а также замены их износившихся деталей имеет использование грузовых дронов. Грузовые дроны, в зависимости от их грузоподъемности, могут осуществлять в рамках общей интеллектуальной сети функции доставки запасных частей к оборудованию и машинам. На транспортных средствах, ис пользуемых в горном производстве, все в большей мере будут использоваться автономные альтернативные источники энергии.
Приведенная систематизация элементов проекта «Индустрия-4.0» по базовым процессам горного производства, конечно же, не является исчерпывающей. Однако она дает представление о результатах, масштабах и возможностях интенсификации процессов горного производства в будущих условиях реализации очередной промышленной революции.
Приведенные технологические решения могут являться базой для создания интеллектуальной технологической платформы угольной промышленности. В отличие от существующих платформ, в рамках ее поддержания должны проводиться постоянные научно-исследовательские работы, направленные на оптимизацию сочетания перспективных технологий. Технологическая платформа из набора отдельных технологий должна превратиться в постоянно действующий механизм оптимизации сочетания предлагаемых технологических решений.
Такой механизм в виде постоянно поддерживаемого проекта «Шахта будущего» в конце 1970-х- начале 1980-х гг. успешно использовался в угольной промышленности. Его разработчиками были Московский горный институт и ИГД им. A.A. Скочинского. В рамках этого проекта проводилась оптимизация горного производства по многим новым направлениям: от новой механизации и технологий добычи до экономики, безопасности и организационных структур управления. Оптимизировались не отдельные решения, а сочетаемый из них комплекс. Это давало возможность производственникам увидеть оптимальный облик-эталон горного предприятия и позволяло на практике реализовать лучшие технологические решения. Вероятно, в период развития интеллектуальных технологий назрела необходимость реализовать подобный проект как постоянно действующую интеллектуальную технологическую платформу развития угольной промышленности.
Применение интеллектуальных роботизированных технологий приведет к существенному снижению длительности производственных процессов, значительному повышению производительности труда, снижению себестоимости продукции и повышению эффективности инвестиций. Для подтверждения этих результатов необходимо проведение модельных финансово-экономических расчетов, учитывающих различные сценарные условия и варианты изменения основных макроэкономических параметров развития мировой и российской экономики.
Уже достигнуты первые результаты по «пилотным» проектам внедрения элементов «Индустрия-4.0» в практику работы предприятий угольной промышленности. Так, технологии геоинформационного обеспечения и системы автоматического управления на горных предприятиях, вклю-
IMC Montan
Уважаемые Друзья, Коллеги и Партнеры! Поздравляем с праздником «День Шахтера»!
Мы гордимся тем, что работаем в горнодобывающей промышленности вместе с серьезными людьми и надежными профессионалами! Настоящие горняки, умеют работать и добиваться поставленных целей, несмотря на любые внешние факторы! Рынок и экономическая ситуация прошлого года позволили сдвинуть многие горнодобывающие проекты и повысить безопасность труда шахтеров. Вместе с вами мы имеем возможность внедрять новое оборудование и современные технологии проектирования и управления предприятиями, которые сегодня развиваются стремительными темпами. Надеемся, что предприятия, направленные на прогресс и развитие, еще много лет будут успешно расти и реализовывать свои проекты!
IMC Montan всегда готовы содействовать и работать в этом направлении!
Желаем Вам стабильности, эффективного и безопасного труда!
Консалтинговые услуги в горнодобывающей промышленности
Адрес: 125047, г.Москва, ул. Чаянова 22 ар, 4
Тел.: +7(495)250 67 17: Факс *7 {499) 251 59 62
wwwjmcmontan.ru
consulting@imcgroup.fu
РАБОТАЕМ, ВЫ РАЗВИВАЕТЕСЬ
МЫ
горно-геологический аудит оценка ресурсов/запасов отчет компетентного лица инженерно - технический консалтинг стратегии развития
«Горная Промышленность» №4 (140)/201 8 ¡ 29
АНАЛИТИКА, СТАТИСТИКА
Угольная промышленность
чая информационно-измерительные системы обеспечения шахтной безопасности, внедрены на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс», в ООО «Шахта Листвяжная» ХК «СДС-уголь», на шахте «Ерунаковская - VIII» «Евраз Групп» и др. Активно ведутся работы по автоматизации и роботизации проведения горных выработок на основе создания нового класса горнопроходческих машин - геоходов. В ОАО «КОРМЗ» (г. Кемерово) создан опытный образец.
Автоматизация и роботизация выемки угля роботизированными комплексами получила наибольшее развитие в Великобритании, Японии, США, Германии, Чехии. В России в 2015 г. на шахте «Полысаевская» АО «СУЭК-Кузбасс» была введена новая лава по пласту Бреевский, в которой применена технология, позволяющая осуществлять безлюдную выемку угля.
Скважинный метод дегазации угольных пластов с использованием направленного бурения реализован на шахте «Ерунаковская-VIII» «Евраз Групп». Сформированы условия для скважинной безлюдной технологии добычи угля, переведенного в жидкое или газообразное состояние при его подземной газификации.
На предприятиях открытой добычи угля начали применяться следующие технологии:
- динамического ЗО-моделирования - от процесса проектирования горного предприятия до
полной рекультивации после завершения горных работ;
- ГГ-тешологии с применением спутниковых навигационных систем диспетчеризации технологического транспорта разреза, мониторинга деформации карьерных выработок, техногенных и природных откосов и насыпей;
- промышленной электроники (системы дистанционного управления оборудованием на разрезах, промышленный видео контроль и пр.);
- полной информатизации и автоматизации основных производственных процессов (комплексы «Умный разрез», «Интеллектуальный карьер»), основанные на единой информационно-управляющей инфраструктуре, предназначенной для мониторинга и управления технологическим оборудованием на разрезе при вскрышных и добычных работах.
Крупнейшим отечественным поставщиком систем автоматизации и информатизации открытых горных работ в России является резидент Сколково, компания «Вист Майнинг Технолоджи». Они активно применяются в компаниях ОАО «СУЭК», ЗАО «ХК «СДС-уголь», ОАО «Мечел-Майнинг», ОАО УК «Кузбассразрезуголь», ООО «УК «Колмар», Лучегорский угольный разрез и др. Успешно используются системы диспетчеризации «КАРЬЕР» и бортовые программно-аппаратные комплексы, состоящие из большого количества функциональных подсистем, использующих навигационные технологии «ГЛОНАСС/GPS».
Заключение
Во многих странах мира технологическая революция требует внедрения 4-й промышленной революции-Программы «Индустрия-4.0», охватывающей всю промышленность, включая и угольную. В некоторых странах мира приступили к разработке и реализации концепции «Общества 5.0» - или «Суперинтеллектуального общества», представляющего собой оптимизацию ресурсов всего социума через интеграцию физического и киберпространства.
Цифровая экономика является частью реализуемой в настоящее время Программы «Индустрия-4.0». Цифроваяэко-номика будет развиваться за счет цифровых предприятий.
30 | «Горная Промышленность» №4 (1 40) / 201 8
Программы «Индустрия-4.0» и «Цифровая экономика» начали внедряться во многих странах мира — Германии, США, Нидерландах, Великобритании, Южной Корее, Японии, Китае, Швеции и др. Лидер Программы «Индустрия-4.0» -Германия, «Общества 5.0» - Япония.
В России начала реализовываться Программа «Цифровая экономика Российской Федерации», определяющая развитие экономики до 2024 г., во многих отраслях экономики, включая и угольную промышленность. В России накоплен «положительный» опыт, связанный с внедрением проектов «Умная шахта» и «Умный разрез».
В процессе исследования авторами статьи усовершенствована разработанная ими ранее систематизация технологических решений по угольной промышленности, соот вет-ствующая основным направлениям реализации глобального проекта «Индустрия-4.0», позволяющая приступить к формированию интеллектуальной технологической платформы, включающей необходимость реализации проектов «Виртуальная шахта будущего» и «Виртуальный разрез будущего». Приведенные в статье предложения по внедрению элементов «Индустрия-4.0» в практику угольной отрасли закладывают основу для построения и развития новой интеллектуальной угольной промышленности России.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:_
1. Плакиткин Ю.А., Плакиткина Л.С. Анализ базовых направлений реализации Программ «Индустрня-4.0» и «Цифровая экономика Российской Федерации» // Горная upo мышленность. -2018. -№ 1. - С. 22-28.
2. Плакиткин Ю.А, ПлакиткинаЛ.С. Мировой инновационный проект «Индустрия-4.0» - возможности при?>{енения в угольной отрасли России. 1. Программа «Индустрия 4.0» — новые подходы и решения // Уголь. —2017. 10. —С. 44-50.
3. Плакиткин Ю. А., Плакиткина Л.С. Глобальный инновационный процесс и его воздей ствие на ценовые и объемные параметры развития мировой энергетики и черной металлур гаи// Черная металлургия- Бюллетень научно-технической и эконом ической информации. -2017. - Вып. 9 (1413). - С. 3-11.
4. Бернд Хиллер «Индустрия 4.0—умное производство будущего Опыт «цифровизац ии» Германии», выступление на VF Международном Форуме «Информационное моделирована для инфраструктурных проектов и развития бизнесов Большой Евразии». - Москва, 7 июня2017г.
5. Программа «Цифровая экономика Российской Федерац ии», утвержденная распоряже нием Правительства Российской Федерации от 28 июля 2017 г. No 1632-р [Текст]: [утв. раса. Правительства РФ от 28 июля 2017 г. No 1632-pj. - Интернет портал http:// government.ru/ — режим доступа: I1ttp://govémmentrii/gorivo' ks/614/events/.
6. Порицугу Уэмура «Общество 5.0: взгляд «Mitsubishi Electric» // Экономические стратегии. —2017. —№'4.
7.11ориц угу Уэм ура «Стратегия «Общества5.0- // Confio! EngincerhigPoccux // controliug. vu/obshesh'o-5.0-po-yaponsky 11.07.2017.
8. На внедрен lie мероприятий программы «Цифровая экономика Российской Федерации» потребуется порядка 522 млрд руб. [https://www/comnews. vu¡digital-еерцту/ content/112152/2018-03-12/cifrovye-gla m -dlya -proi nysl ilennostyj.
9. Носов H. Ставка на цифровую экономику// IKSMEDIAR U, 10 июля 2017г.
10. Симонова М.Д Цифровая экономик а и проблемы расчета ВВП//Ежегодная научная конференция «Ломоносовские чтения-2018. Секция экономическихнаук»нашему«Цифровая экономика: человек, технологии, институты»: Сб. тез. высш. -Москва, 16-23 апреля 2018 г —С. 506—511. Код доступа: (www. eco) г.msu.ru/,scie i ие/со nfei a ices/ Ion u~I/2018/) (дата обраnqe ния. 10 июля 2018 г.).
11. Плакиткин Ю.А., Плакиткина Л.С. Мировой инновационный проект «Индустрия 4.0» —возможности ирименениявугольной отрасли России. 3. Систематизация основных элементов проекта «Индустрия-4.0 но базовьем процессам горного производства» (Окончание. Начало в журнале «Уголь», № 10 и 11,2017). Уголь. - 2018. - № 1. - С. 51-57.
12. Ржевский В.В., Бурчаков A.C. Вскрытие и отработка месторождения или шахтного поля блокстволами. —М.:МГИ, 1984. —54 с
13. Плакиткина Л.С. Современные направления инновационного развития в угольной отрасли России. -М.: ИНЭИРАН, 2016. -225 с.
14. Кутахов В.П, Пляскота С И Информационное взаимодействие в круинамасштаб ных робототехнических авиационных системах// До кл ад на X международ ной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем (MLS0*2017)». —М: Институт upo тем управления им. ВА. Трапезникова РАН, 02 октября — 04 октября2017 г.
15. УмновВ. А Управление отходами в горной промышленности / Экологические проблемы горного производства. URL: h ttps://cyb ei lei i in ka .111/ attic le/v/i ipmv lei t ie -othodarrtt - г -go rnoy-piomyshleimosti (дата обращения: 15.11.2017).
16. Tsyganov V., Malygiu I., Komashinsky V. International Experience and Multimodal Intelligent Transportation System of Russia // Доклад на X международной конференции *Управление развитием крупномасштабных актеw (MLSD'2017)». —AÍ.; Институт upo блем управления им. В А. Трапезникова РАН, 02 октября — 04 октября 2017 г.
