Тяжелую промышленность от других мировых технологий отличает, наверное, самая длинная производственная цепочка: материал, прежде чем стать готовой продукцией, проходит тысячи этапов от геологической разведки до изготовления сложной детали. Без проектирования и планирования процессов здесь не обойтись. Чтобы максимально эффективно использовать новые технологии работы с огромными объемами данных, иногда нужно начать с нуля. О том, как многолетний опыт помогает разрабатывать для металлургии программное обеспечение нового поколения, нам рассказали представители «Норникеля», «Металлоинвеста» и «Северстали» — компании ИЦК «Металлургия».
Города под землей
Задача геологов – обнаружить рудное тело. Так называют скопление руды. Чтобы определить его размер и форму, геологи бурят скважины, сканируют глубины и проектируют модель залежей. Помимо формы, нужно оценить содержание полезных ископаемых в разных частях рудного тела и построить 3D-модель. В этом поможет ГГИС — горно-геологическая информационная система для моделирования недр, оценки запасов полезных ископаемых, дизайна горных работ и подготовки отчетности. Ее разрабатывает компания «Норсофт».
«Когда мы только переходили от двумерных к трехмерным моделям, мы нашли не отработанные ранее запасы. Вернулись в старые выработки, проверили и действительно обнаружили пропущенные залежи», — рассказывает Алексей Парасына, генеральный директор «Норсофт» и директор по промышленной автоматизации и метрологии «Норникеля».
Добывая руду, под землей выстраивают настоящий город. Чтобы спроектировать его инфраструктуру — горизонты и дороги, необходимо трехмерное представление о рудном теле. Но это еще не все. Главная задача — минимальными усилиями и средствами поднять на поверхность максимальное количество полезных ископаемых. Не всегда возможно достать сначала самые богатые руды, а затем доработать бедные. Иногда содержание полезного ископаемого может варьироваться, а обогатительная фабрика не может быстро перестраиваться то под богатую, то под бедную руду.
Спланировать разработку на годы вперед помогает ГГИС. Используя эту информационную систему, можно обеспечить регулярную выработку рудника — как по объему, так и по качеству. Обогатительная фабрика тоже может планировать реализацию своих задач в долгосрочной перспективе.
Данные о залежах уточняются по мере выработки рудника. Иногда информация изначально неполная: сканирование и скважины не всегда позволяют получить достоверные сведения о рудном теле. Спускаясь в «подземный город», геологи могут увидеть несовпадения в геометрии тела и уточнить трехмерную модель. «Можно протащить поправки по всей цепочке этапов работы с рудником и поменять план его строительства и разработки, — объясняет Алексей Парасына. — Это касается и изменений в качестве руды».
Горное планирование
Дорожная карта многолетней разработки рудника готова. Теперь ее нужно разделить на задачи для каждой смены. И здесь на первый план выходит программа «Горного планирования», которую тоже разрабатывает «Норсофт». В нее можно загрузить все данные: планы выработки рудника, количество техники и ее распределение по горизонтам, ее скорость и расположение, качество подземных путей. Помимо прочего, система «Горного планирования» может подсказать, выполнима ли та или иная задача.
«Скажем, у вас есть три самосвала, пять погрузочно-доставочных машин и нужно поднять за сутки n-ное количество тонн руды, — рассказывает Алексей Парасына. — А система говорит: “Дружок, у тебя по статистике в сутки один самосвал и одна машина точно выходят из строя на несколько часов. Ты с вероятностью 90% не выполнишь свой план”».
К тому же в «подземном городе» работают не только самосвалы. Например, нужно запланировать ремонт проводки, укрепление участка, взятие проб. Все это делают разные службы — энергетики, геологи, строительные подразделения. А через единую систему все службы сразу видят план закрытия участков. Таким образом, несмотря на непредвиденные помехи, благодаря гибкости и оперативности системы «Горного планирования» рудник перестраивает добычу и продолжает выдавать заданное количество руды нужного качества.
Беспилотные самосвалы
Выполнение планов на смену контролирует третья разработка «Норсофта» — система «Диспетчеризации подземных горных работ». Благодаря ей можно оперативно перенаправлять технику на другие работы.
По датчикам, системам позиционирования и камерам с точностью до метра отслеживается местоположение всех рабочих и единиц техники в руднике. Задачи для каждой машины система передает на планшеты в кабинах работников. Если техника выходит из строя или закрывается часть рудника, диспетчеры меняют план на смену, отправляют новые задачи операторам самосвалов и погрузочно-доставочных машин.
Программа автоматизации работы беспилотных шахтных самосвалов работает также в этой системе.
Полезные ископаемые добывают по-разному. Для подземной разработки сложнее инфраструктура, меньше объемы добычи, зато и машины быстрее. У открытых карьеров свои особенности, и для них нужна отдельная система. Ее разрабатывает «Металлоинвест».
На глубине производительность карьерного транспорта снижается. В долгосрочной перспективе лучше не подключать дополнительную технику, а решать эту задачу оптимизацией процессов, используя модель движения транспорта и создавая специальные алгоритмы.
«Автоматизированная система управления открытыми горными работами охватывает весь экскаваторно-железнодорожный комплекс. Сейчас в разработке основные интерфейсы (экранные формы) для диспетчеров. С их помощью персонал сможет наблюдать за работой погрузочной техники и ж/д составов и управлять ими», — объясняет Юлия Перепечина, директор кластера проектов Цифровой Трансформации «Джей Эс Эй Групп» (JSA Group).
Диспетчерам помогает оптимизатор. Это модуль системы, который предлагает готовые решения в зависимости от времени прохождения того или иного участка пути, производительности экскаваторов при погрузке и выгрузке. Модель в основе оптимизатора хранит все возможные варианты движения железнодорожных составов. Вся информация — местоположение, скорость, углы наклона, ускорение и пр. — в режиме реального времени через Wi-Fi и приватную сеть LTE на скорости не ниже 600 Мбит/с собирается в систему с датчиков, установленных на технике.
Система облегчает работу не только диспетчерам. Оператор техники, заступая на смену, в бортовом компьютере сразу видит назначенное ему задание и порядок действий. Нет необходимости выяснять информацию о предыдущей смене и созваниваться с диспетчером, чтобы войти в курс дела. Систему уже сегодня внедряют на Михайловском ГОКе им. А. В. Варичева в двух подразделениях.
«Также мы разработали уникальную систему мониторинга водителей большегрузных автомобилей, автобусов и вахтовок на предмет усталости, сна, отвлечения глаз от дороги», — рассказывает Юлия Перепечина. — Для этого в кабины устанавливаются две камеры: одна следит за лицом водителя, вторая — за его положением в кресле. Конечно, водители понимают, что система создана прежде всего для их безопасности, а не тотального контроля».
Добыча полезных ископаемых — первая стадия получения продукта. В металлургии такие стадии называют переделами. Следующие переделы — обогащение, плавка и разливка, обжатие, прокат. «Одна из самых интересных задач — выравнивание межпередельных взаимодействий. По умолчанию гора ничего не знает об обогащении, а обогащение — о горе. Но, когда все онлайн и в цифре, общаться им проще», — объясняет Алексей Парасына из «Норсофта».
Планирование в металлургии
Для обработки и производства нужны свои системы планирования. «В горной добыче значительно более дискретные процессы по сравнению с металлургией. Там свои сложности: модели рудных полей, геопланирование и другие задачи. Металлургия непрерывная, тут другая частотность переделов», — объясняет Сергей Дунаев, генеральный директор «Северсталь-инфоком».
«Северсталь» в рамках ИЦК разрабатывает систему управления производственными процессами MES «Металлургия».
MES отслеживает выполнение плана, собирая информацию с автоматических систем управления установок. Главные пользователи MES — рабочие в цехах — могут видеть, какой процесс у них запущен в настоящий момент, какая задача на очереди и нет ли проблем на предыдущих переделах.
Помимо планирования, система позволяет следить за качеством продукции. На разных переделах в нее автоматически поступают данные с сотен измеряющих устройств — датчиков, видеокамер, контроллеров, термометров. Эта информация проходит через все переделы и поступает в систему анализа для аттестации.
Крупные металлургические компании, как правило, готовят продукцию под конкретного клиента: известен объем и характеристики металла. Система интегрированного планирования «Северстали» превращает план продаж на три месяца в среднесрочный план, учитывая общие возможности производства, логистические ограничения и пожелания клиента. Затем создается план примерно на неделю, где все задачи присвоены определенным машинам. И в свою очередь рабочий день начинается с суточного плана для каждого агрегата, причем с пометкой, для какого клиентского заказа.
«Расписать производственный план исходя из мощностей и химии — это одна задача, а добавить в него деньги, в которых есть не только цена продаж, но и себестоимость производства, и будущая логистика — поездами, судами, грузовиками еще и в разных комбинациях — это следующий уровень. Мы не сразу его добились», — рассказывает Сергей Дунаев, генеральный директор «Северсталь-инфоком».
Надежность как проект
«Северсталь» также разрабатывает программу «Надежность», которая предназначена для сокращения поломок производственного оборудования. Ориентируясь на особенности конкретных агрегатов и рекомендации производителей оборудования (уровень критичности узлов, периодичность их обслуживания и пр.), она формирует графики проверок. Она также сохраняет статистику ремонтов на производстве: это данные об агрессивной среде эксплуатации, количестве поломок по сообщениям обходчиков и т. д. Возможно также добавить профилактические проверки. Программа на основе собранных сведений составляет полный график необходимых работ — стратегию обслуживания конкретных узлов. Поскольку у каждой поломки есть ее стоимость, то есть потери и затраты на устранение, у каждой стратегии есть стоимость и привязка к негативному событию, которое она предотвращает.
«Надежность» интегрируется со специальными терминалами для рабочих, с помощью которых они могут на месте сфотографировать проблему и отправить запрос на ремонт. Система сразу формирует заказ на необходимые материалы и рассчитывает потери от простоя.
У «Металлоинвеста» есть проект с похожей функцией — система «Мобильное ТОРО». Рабочие регистрируют все обнаруженные дефекты через мобильное приложение и там же сообщают о выполненных работах.
Еще один модуль для «Надежности» пока в разработке. Это инспекция на риск-ориентированном подходе (risk-based inspection). Модуль позволяет понять, где можно отложить первую инспекцию, а где, наоборот, необходимо инспектировать чаще стандартных рекомендаций. Теоретическая матрица со временем дополняется реальными данными, и коэффициенты пересчитываются.
Учиться, играя
Чтобы помогать новичкам быстро вливаться в рабочий процесс, «Северсталь» улучшает свою VR-систему обучения. Как правило, тренажеры делают на основе готовых платформ для видеоигр, поэтому они требуют больших вычислительных мощностей. В тренажерах «Северстали» применяется кастомная сборка Unreal Engine, состоящая из исходного кода игрового движка и «ядра» собственной разработки. По словам Сергея Дунаева, это позволяет значительно ускорить процесс разработки и открывает неограниченные возможности для детальной проработки сценариев.
Масштабы и детали конкретных объектов абсолютно реальны. Игровое кресло с вибродатчиками, педалями, рулем и копией системы управления оборудованием — все, как у фронтального погрузчика.
«Наша задача — чтобы человек мог пройти VR-обучение и в первую же смену выйти на полноценную работу», — добавляет Сергей Дунаев.
Кастомный продукт
Возникает вопрос: зачем разрабатывать, почему нельзя работать в пиратских копиях программ?
«Потому что мы совсем не пытаемся их повторить, — объясняет Алексей Парасына, генеральный директор «Норсофт». — Мы многое меняем: от подхода к управлению данными до интерфейса и режимов работы. Математические модели и алгоритмы такого проектирования и планирования универсальны, а библиотеки те же, но, опираясь на опыт, мы делаем новый продукт».
По словам Юлии Перепечиной, подобные решения существуют, но они не такие полные. Зарубежные аналоги занимаются транспортировкой по «методу челнока». Для российского производства это не годится: слишком много мест погрузки и выгрузки, ограничений по качеству материала, железнодорожной инфраструктуре для перевозки. Всегда много вариантов добычи и транспортировки, и в каждый момент из этих вариантов нужно выбрать оптимальный.
Сергей Дунаев считает, что, во-первых, западный продукт разрабатывался как некий универсальный стандарт — из усредненных процессов, свойственных непрерывному производству. Конечно, такой продукт универсален, но требует «допиливания» под конкретного клиента. Российский продукт получается более кастомным. Во-вторых, российский продукт более молодой. Западный софт создавался в восьмидесятые-девяностые годы. Конечно, потом он развивался, но внутри сохранились старые фрагменты. В-третьих, разработчики хотят, чтобы интерфейсы были похожи друг на друга, ведь системы MES «Металлургия» и Система интегрированного планирования сопряженные — планирование, переходящее в детальный учет. Они должны хорошо интегрироваться друг с другом, как приложения одного семейства — например, Word и PowerPoint.
«Мы стараемся сделать интерфейс интуитивным, но учитываем, что люди будут работать на разной технике с мониторами разного разрешения. В общем, он будет консервативно современным», — подводит итог Сергей Дунаев.
Кривая обучения
По словам Алексея Парасыны из «Норсофта», задача разработчиков — сделать продукт для молодых ребят, которые только пришли на рудник. Это поколение выросло на айпадах и не привыкло к физической клавиатуре. А старые системы вроде ГГИС похожи на пульт управления самолетом, все в пиктограммах — и не найдешь сразу, что нужно. Меню должно быть контекстным, то есть полностью соответствовать конкретной задаче.
«Что касается старшего поколения, сейчас привыкать будет проще, ведь аналогом нашей системы они уже пользуются, а у современного поколения вообще выше адаптивность к технологиям, — продолжает Алексей Парасына. — Конечно, будут истории в духе: “А я раньше нажимал 50 иконок, а как теперь сделать то же самое?” Кривая обучения будет… кривой, но все готовы пробовать, тестировать. Справимся!»
Индустриальные центры компетенций, созданные в ключевых отраслях экономики, призваны заместить зарубежные цифровые продукты новыми IT-решениями для российского бизнеса.
«Программное обеспечение в значительной степени сейчас под ударом и в дефиците как по железу, так и по софту. Идет работа над восстановлением этих позиций. Мы, вся страна, пошли по хорошему пути — образуем консорциум единообразных заказчиков, которые выступают якорными инвесторами, якорными заказчиками такого рода продукта, — сказал Владимир Потанин, глава «Норникеля», в интервью РБК. — Координируется это все ребятами из “Северстали” — у Мордашова очень хорошие ребята работают. Мы с ними вместе занимаемся созданием нового программного продукта, который сразу бы делался не для одной конкретной компании, а мог быть транслирован по всей отрасли и даже на межотраслевом уровне».
