Концепция интеллектуального рудника

КОНЦЕПЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО РУДНИКА

Рахимбеков С.М., КазНТУ, Алматы, РК

Эффективная автоматизация всегда и в особенности сегодня, представляла собой ключ к решению проблемы рентабельности и даже самой жизнеспособности многих шахт и рудников, функционирующих в жестких  рыночных условиях. В основу построения начальных АСУ, АСУП 60- 70х годов была положена гипотеза, согласно которой задачи анализа и принятия решений относились к  классу формализуемых, поддающихся математическому моделированию. Предполагалось, что такие АСУ должны были повысить качество, полноту, подлинность и своевременность информационного обеспечения лиц, принимающих решения, эффективность работы которых будет возрастать благодаря увеличению числа анализируемых задач.

Однако внедрение подобных систем не дало обнадеживающих  результатов в силу ограниченных возможностей применяемых экономико-математических моделей. Процесс принятия решений и вся аналитика происходила  в отрыве от реальной ситуации и не в реальном масштабе времени. В создаваемых АСУ, АСУП для каждой новой задачи требовалась новая модель и между пользователем и специалистами по экономико-математическим методам не было творческого содружества, терялся творческий вклад самого пользователя, особенно при решении нетиповых управленческих задач.

В результате АСУ была  «автоматизированной системой обеспечения управления» (АСОУ), так как она не включала решающего звена управления – пользователя. Игнорирование этого принципиального обстоятельства, по-видимому,   привело к тому, что расширение сети АСУ и непрерывное повышение мощности их вычислительных средств обеспечили благодаря большим массивам первичных данных улучшение в основном учетных функций управления (справочных, статистических, следящих). Однако учетные функции отражают только прошлое состояние объекта управления и не позволяют оценить перспективы его развития, т.е. обладают низким динамизмом. В других компонентах технологии управления наращивание мощности АСУ не дало ощутимого эффекта. Отсутствие развитых коммуникационных связей рабочих мест пользователя с центральной ЭВМ, характерный для большинства АСУ, пакетный режим обработки данных, низкий уровень диалоговой поддержки – все это фактически не обеспечивает высокого качества анализа пользователями данных статистической отчетности и всего интерактивного уровня аналитической работы. Тем самым эффективность АСУ на нижних ступенях управленческой лестницы, т.е. именно там, где формируются информационные потоки, существенно падает вследствие значительной избыточности поступающей информации при отсутствии средств агрегирования данных. Именно по этой причине, несмотря на ввод дополнительных систем АСУ,  с каждым годом возрастает количество работников, занятых учетными функциями: на сегодняшний день шестую часть всех работников аппарата управления составляет учетно-бухгалтерский персонал.

Другой существенный момент при создании интеллектуального рудника заключается в обязательном учете специфики горного производства. Концепция интеллектуальной модели рудника основывается на детальном анализе процессов горного производства, а его специфика влияет в свою очередь на формирование концепции. Первая и наиболее отличительная особенность горного предприятия это характер производства, относящейся к классу  дискретного и в то же время непрерывного. Вторая и не менее существенная – это наличие специфического объекта управления – природы. Следующая особенность в специфике самой системы управления, включающей в себя сугубо специфические отделы такие как геологический, маркшейдерский и др. Неразрывность различных и в то же время существенно различающихся звеньев горнометаллургического цикла - добычи, переработки и металлургического передела также отличает горное производство от других производств. И, наконец, основные параметры рудника, как ни в каком производстве специфичны. Перечислим их. Бортовое, минимальное промышленное и среднее содержание полезного компонента (качество полезного ископаемого, валовая ценность полезного ископаемого). Специфичность его заключается в том, что он относится к сложным и переменным по своей характеристике. Производственная мощность рудника. Срок существования. Эти показатели являются сложными и постоянными. Полнота и качество извлечения полезного ископаемого при добыче и переработке. Эти показатели являются сложными и переменными. Размеры шахтного поля; шаг вскрытия, граничная глубина открытых и подземных разработок. Показатели постоянные, переменные. Размеры элементов систем разработки (высота этажа, размеры блока, панели, камеры.) Показатели простые, переменные. Размеры сечения горнокапитальных выработок. Показатели простые, переменные, постоянные. Срок строительства и освоения проектной мощности рудника. Показатели простые, постоянные. Удельные и общие капитальные вложения в рудник и его хозяйство. Показатели являются сложными и переменными. Параметры буровзрывных работ. Размеры негабарита (гранулометрический состав и др.) Показатели простые, переменные. Размеры целиков. Показатели являются сложными и переменными.

Наиболее важными параметрами из перечисленных являются 1,2,3. Отметим, что простыми параметрами являются те, которые можно находить обособленно. Сложные и переменные, соответственно, наоборот.

Основные элементы интеллектуального рудника должны охватывать именно эти основные параметры, а именно:

- система сбора информации  данных всего рудника;

- высокоскоростная система двухсторонней связи и информации;

- управление и контроль информации в машинном представлении (реализация модели АСУП);

- полностью автоматизированные машины и оборудование с дистанционным управлением, связанные с ИС рудника;

- присоединение к информационной сети и сети связи общего пользования.

И, наконец,   необходимо учитывать современное состояние горного производства.

1. Интенсивное ухудшение промышленных запасов руд вследствие выработки наиболее благоприятных для разработки  богатых залежей. При этом балансовые запасы почти не пополняются, так как с середины 1996 г. практически прекращено государственное финансирование геологоразведки, а горные предприятия не имеют возможности финансировать эти работы в необходимом объеме.

2. Естественное увеличение глубины разработки и связанный с этим рост горного давления, удароопасности, увеличения энерго- и трудоемкости горного производства при уменьшении рудных площадей.

3. Как известно, по каждому месторождению к году ликвидации соответствующего рудника существуют балансовые запасы, на вскрытие и подготовку  которых расходованы определенные инвестиции. Кроме того, существуют и невскрытые запасы, которые можно вскрыть с помощью дополнительных выработок. Потеря этих запасов приведет к потерям соответствующего металла к моменту ликвидации рудника. Необходимо провести оценку потребности в этом металле и если она отрицательна, то определить альтернативу этому потерянному сырью и привести соответствующие расчеты. Для оставленных запасов необходимо также разработать новые кондиции, учитывающие перспективу их возможного повторного использования, прогресс в геотехнологии. Повторная разработка в подавляющем числе случаев выгодна, чем проектирование и эксплуатация «с нуля».

4. Последствия не возврата кредитов  в региональном (районном) и национальном масштабах, полученных для вскрытия запасов и развития новых производственных мощностей.

5. По существу, нет внятной, реальной расчетной оценки уровня применяемой технологии добычи и возможностей модернизации, реконструкции и обновления существующих технологических схем, машин и сооружений с целью повышения их эффективности.

6. Отечественные рудники в большинстве своем не соответствуют требованиям рыночной экономики. Создавались они в условиях планово-распределительной системы хозяйствования и при наличии значительных запасов богатых руд. Основным критерием горного производства было обеспечение объемов добычи руды. Проблемы сбыта даже самой низкокачественной продукции не существовало, так как руда централизованно-принудительно распределялась потребителям. На рудниках применялись, как правило, технологии, обеспечивающие наибольшие количественные показатели: высокопроизводительные системы разработки с валовой выемкой без должного выделения типов и сортов руды, без оперативного контроля качества руд в технологической схеме добычи, без обособленного транспортирования разносортных руд, без использования усреднительных и других процессов, повышающих качество рудной массы ( 1 ).

7. В целом по всей отрасли нарушено специфическое, присущее только горнодобывающему производству сырьевое равновесие между вскрытыми, подготовленными и готовыми к выемке запасами. Необходим анализ и  экономическая оценка восстановления этого равновесия.

8. Необходима очень тщательная оценка социальных последствий, охраны окружающей среды в региональных масштабах.

9. Необходимо дать объективную оценку потерь интеллектуального потенциала в горной отрасли и возможные пути его восстановления.

10. Следует тщательно рассмотреть возможности инвестирования, в том числе иностранного прямо связанного с процессом приватизации, формы и направления которой также должны быть уточнены. Определить в законодательном порядкe размеры и характер лицензионной деятельности добычи полезных ископаемых в связи с необходимостью их рационального и эффективного извлечения.

11. Концепция непрерывного развития горнодобывающей отрасли должна быть пересмотрена, ясно, что она не может быть непрерывной "вечно" и минеральные ресурсы не только могут истощаться, но их использование напрямую приведет к климатическим изменениям и загрязнению окружающей среды. Экологическими последствиями горных работ могут  являться оседание значительных площадей грунта и размещение отходов, а также уничтожение природы или передислокация населения. Сегодняшнее состояние в горной промышленности подтверждает тезис о том, что именно экология дает правильную перспективу и очерчивает основные рамки допустимого вмешательства человека.

12.Действующая в России налоговая политика делает невыгодным вложение капитала в горное производство из-за высоких ставок и фактически двойного налогообложения горнодобывающих предприятий за пользование недрами. При этом общая экономическая конъюнктура в России такова, что банкам и другим потенциальным инвесторам невыгодны долговременные вложения средств в отечественную горную промышленность. Гораздо прибыльнее краткосрочные кредиты на торговые операции, в пищевую и частично в легкую промышленность. Лишь некоторые предприятия с валютной и конкурентоспособной продукцией имеют возможность брать кредиты у зарубежных банков.

13. На ряде предприятий имеют место неоправданные задержки с переходом от открытой к комбинированной и подземной разработке месторождений, что сокращает производственную базу горных работ, ставит карьеры в несвойственные им горнотехнические условия: ухудшается сырьевая база подземных горных работ, снижаются показатели горных работ в целом по месторождению.

14.Отечественные рудники, входящие в состав металлургических и химических комбинатов, находясь в роли сырьевых цехов, оказываются неравноправными партнерами с перерабатывающими производствами, выпускающими конечную продукцию предприятия. При этом на горнодобывающие производства нередко списывают многие огрехи работы перерабатывающих цехов. Не секрет, что содержание полезных компонентов в отходах переработки часто соизмеримо с содержанием их в промышленных запасах. Подчиненное положение рудников не стимулирует хорошую работу как добывающих, так и перерабатывающих производств. Необходима их финансовая и административная независимость друг от друга. Отношения между ними должны быть рыночными. Опыт зарубежных рудников подтверждает это.

15.Необоснованные и многократные увеличения тарифов на электроэнергию и грузоперевозки серьезнейшим образом подрывают основы горного производства. При относительно заниженных (по сравнению с затратами) ценах на рудное сырье, на рудниках постоянно возрастают общие расходы на электроэнергию (главным образом за счет вентиляции и водоотлива). Не в последнюю очередь именно по этой причине затапливаются некоторые рудники.

Миссией традиционной концепции улучшения производственно- хозяйственной деятельности рудника и было преодоление перечисленных недостатков путем автоматизации отдельных процессов, «узких мест», задач. Между тем современный уровень развития техники, новых технологий, изменяющихся представлений о геосистеме, экосистеме  требует корректив в формировании данной концепции, в условиях рынка принципиально должна быть пересмотрена концептуальная модель, в котором цели упорядочиваются в соответствии о новыми потребностями, приоритетами, стремлениями т.д., образующими новую иерархическую лестницу.Каждый объект производственно-хозяйственной деятельности должен стать предметом развернутой концепции, модели выживания. По каждому предприятию специалисты располагают большим опытом  решения горнотехнических, горно-экономических задач, хорошо представляют наиболее уязвимые места и сильные  стороны предприятия, имеют уже отчетливые ориентации социальной программы, лучше представляют свое место в экологической сфере взаимоотношений. Необходимо четко проанализировать отправные  точки, позицию, на которой сейчас находятся предприятия горной отрасли, в призме фундаментальных основных вопросов рыночной экономики рассмотреть возможность интеграции технологии и в целом горного предприятия в финансовые и коммерческие аспекты и неотъемлемые составляющие рыночного хозяйства. В практическом преломлении нужен обоснованный, расчетный метод диагностического обследования каждого горного предприятия, на основе которого можно сделать выводы о качественной и количественной стороне интеллектуализации и дать точную оценку модели поведения, которую выбирают предприятия. Это  может быть активное приспособление к рынку, консервативное поведение и модель смешанного поведения.

. Интеллектуальный рудник – это автоматизированный высокотехнологичный карьер или шахта, управляемые в реальном времени для обеспечения наивысшей производительности в соответствии с внешними и внутренними условиями, а также для создания безопасной окружающей обстановки.

Такая цель предполагает следование по одному из двух путей. Первое – это создание системы, обеспечивающей реализацию всех технологий и функциональных возможностей. Но такой путь глобальной автоматической системы управления этими объектами, работающей в режиме реального времени практически на современном этапе трудно осуществимый из-за специфических особенностей горного производства, на которых мы останавливались. Второе – это создание интегрированной системы с последовательным расширением имеющихся АСУТП, САПР, АСУ новыми задачами, которые более полно раскрывали бы содержание деятельности рудника.

Второй путь несмотря на кажущуюся простоту не так однозначен. Он предполагает не простое суммирование автоматизируемых задач, а их системную интеграцию, исключающей дублирование данных, функций, результатов решения задач. Традиционная концепция интеллектуализации системы управления рудником, а именно «лоскутная» автоматизация через создание автоматизированных систем управления отдельными технологическими процессами на руднике должна быть пересмотрена. Эффективные решения основываются на анализе данных и информации.

Информатизация систем производства и компьютерные технологии оказывают все большее влияние на деятельность человека. Расширение возможностей вычислительных систем представляет исследователям новые инструменты для изучения окружающей действительности, новые возможности для объединения результатов, полученных в реальности, с нашими идеями – абстрактными интеллектуальными моделями. Эти новые исследовательские инструменты для моделирования реальности обеспечивает главным образом научная отрасль, занимающаяся искусственным интеллектом (ИИ). Интегрирование инструментов ИИ в виртуальные системы придает моделям реальности новые характеристики, которые мы получаем путем присоединения некоторых относительно простых инструментов ИИ к заданной среде. Дальнейшее применение инструментов ИИ к руднику в результате декомпозиции с присоединением к общей сетевой системе может дать нечто новое и особое – интеллектуальную модель рудника.( 2 ).

Важнейшими областями использования виртуальной реальности являются автоматизированные системы управления производством (АСУП). Целью этих задач является объединение процессов и информационных ресурсов, присоединенных к производственной системе, в иерархическую распределенную систему управления. Интеллектуальные модели в данной сфере призваны помочь интеграции модулей программного обеспечения (ПО) для оптимизации и управления глобальным производством.        С появлением ПК происходит принципиальная модернизация идеи АСУ: от вычислительных центров и централизации управления  прошлых лет к распределенному вычислительному потенциалу, повышению однородности технологии обработки информации и децентрализации управления. Такой подход нашел свое воплощение в системах поддержки принятия решения (СППР) и экспертных системах (ЭС), которые характеризуют новый этап компьютеризации технологии организационного управления, по существу – этап персонализации АСУ.Естественной же методологической базой решения многих проблем, в том числе автоматизации и, в целом, интеллектуализации любого объекта служит системный подход, общая теория систем и системный анализ, которые в совокупности называются системными исследованиями. Системные исследования имеют междисциплинарный характер. Комплекс этих научных дисциплин образует методологию системных исследований.

Главным требованием методологии системных исследований является необходимость разработки единой концептуальной модели управляемого объекта. Должен быть создан его абстрактный образ (подобие), который описывается в терминах теории систем. Системный анализ основан на особенностях этой модели. В горном деле философская идея системности также прошла сквозь слой положений общей теории систем и, наконец приобретает вид технологической идеи и в контексте настоящего исследования становится прикладной областью и продуктивной силой в сфере разработки интеллектуальных систем управления. Все отчетливее видна необходимость  синергии, т.е.  согласованности действий различных систем, яснее видна необходимость в более полном замыкании кругооборота материи, энергии и информации. Интеллектуальная горнотехническая система должна непрерывно определять и отслеживать характеристики объекта управления, обязательно использование обратной связи, при этом адаптивное  управление  требует  наличия  надежной автоматизированной информационной системы.. Разнообразие  условий, к которым может приспосабливаться система, в принципе характеризует степень ее адаптивности.  Управление такими системами всегда проходит в условиях принципиальной неопределенности развития и неполной наблюдаемости процессов.

Принципиальная неопределенность развития означает, что конкретный путьэволюции горнотехнической системы имеет определенную долю  неопределенности. На самом деле выполнение например, любого  горного проекта связано с риском. Могут возникать довольно. разнообразные тенденции и траектории, предугадывать которые, зачастую, невозможно.

Неполная наблюдаемость процессов в этих системах означает, что большинство их процессов не имеет количественной меры, поэтому  статистика не дает о них полного знания, информация запаздывает, что порождает  неопределенность развития. Постоянное запаздывание информации создает острые проблемы информационного обеспечения принятия решений и требует новых подходов. Поэтому в качестве основы моделирования месторождения следует принять моделирование информации, служащей отображением всей физической конструкции месторождения. «Разумность»   адаптивной стратегии обеспечивается на основе наиболее полной информации.  Роль проектировщика или горняка при этом, как лиц, принимающих проектные или технические решения (ЛПР) и заключается в постоянном стремлении получать дополнительные порции информации, которые регулярно бы повышали точность прогнозов для успешного ведения горных работ.

Литература

  1. Г.Г. Ломоносов.  Основные проблемы подземных рудников и концепция их технического перевооружения. Горный журнал, №7, 1997 г.
  2. В. Кебо. Интеллектуальные модели в горном производстве. Промышленность Казахстана, № 10, 2002 г.
Прочитано 7174 раз