Использование роботизированного транспорта на горнодобывающем комбинате как элемент построения цифрового предприятия

Зубо Д.А.

Выпускник группы MBA CIO-55

Школа IT-менеджмента

РАНХиГС при Президенте РФ

Сегодня в мире все больше используются беспилотные технологии, позволяющие не только автоматизировать процессы транспортировки тех или иных грузов, но и сделать их более безопасными для человека. Основная задача промышленных роботов – это замена монотонного человеческого труда, а также замена человека на опасных производствах. Спектр областей применения роботов довольно широк: авиа и кораблестроение, горнодобыча, сварочные производства, атомная энергетика, медицина, производство мебели, металлоконструкций, автомобильных деталей, производство пищевых продуктов и т.д.

Как свидетельствуют многие исследования, использование роботов позволяет предприятиям повысить конкурентоспособность производства, сократить затраты на персонал и ремонт оборудования, а также в целом сократить себестоимость производства [6, 8, 9, 10].

Однако по темпам внедрения промышленных роботов Россия значительно отстаёт от Европы, США, Японии. Так, годовой объем производства промышленных роботов в России не превышает 600 шт. Для сравнения в Европе – 50 000, в Азии – 150 000 [7]. Это, в свою очередь, объясняет низкую производительность труда на предприятиях и сказывается на конкурентоспособности отечественной продукции. Поэтому вопрос оснащения промышленными роботами российских предприятий является весьма актуальным в настоящее время.

В том числе, роботизированная техника является важным элементом создания единой цифровой платформы для горнодобывающих предприятий.

В мире накоплен определенный опыт производства роботизированной техники для горнодобычи.

Например, американская компания Caterpillar произвела первые шесть коммерческих автономных грузовиков в 2013 году, с тех пор парк роботизированных самосвалов вырос до более, чем 150 машин. Карьерные самосвалы оснащены системой Cat Command, которая позволяет автономизировать не только перевозку горных пород, но также, например, работу бульдозеров и другой техники. Роботизированным транспортом Caterpillar пользуются 6 различных горнодобывающих компаний в Австралии, Южной Америке и Северной Америке.

Японская компания Komatsu создала автономную систему транспортировки для горнодобычи Front Runner AHS, которая позволяет обеспечить управление беспилотными карьерными самосвалами. Система Front Runner AHS работает круглосуточно, перевозя медную и железную руду, а также нефтеносные пески на семи участках на трех континентах [1, 2].

Белорусский БЕЛАЗ совместно с российской компанией АО «ВИСТ Групп» выпускает беспилотные самосвалы в рамках проекта «Интеллектуальный карьер». Разработано роботизированное управление, которое может устанавливаться на любую модель карьерного самосвала БЕЛАЗ, а один оператор может дистанционно управлять сразу несколькими машинами, задавая им места разгрузки. Беспилотные самосвалы БЕЛАЗа используются компаниями АО «Русский Уголь» и на предприятиях СУЭК [1, 5].

Основной эффект от использования роботизированной техники на горнодобывающих предприятиях заключается в повышении производительности горных работ, снижении затрат на ремонты, в изменении параметров ведения горных работ (ширина зоны погрузки, дорог, изменение углов бортов карьера). Дополнительные стимулы – это снижение числа несчастных случаев и повышение эффективности использования техники за счет отказа от использования человеческого труда в процессе добычи и транспортировки.

Рассмотрим методологические основы применения роботизированного транспорта на горнодобывающих предприятиях.

Робот – это приводной механизм, программируемый по двум и более осям, имеющий некоторую степень автономности, движущийся внутри своей рабочей среды и выполняющий задачи по предназначению – это всё горнотранспортное и вспомогательное оборудование, движущееся в пределах горнотехнической системы и задействованное на добычных, вскрышных и вспомогательных работах, эксплуатация которого осуществляется на основе автоматизированных систем управления в программируемом режиме без непосредственного присутствия человека на данном оборудовании. Мобильный робот – робот с автономным автоматизированным управлением в программируемом режиме, который может самостоятельно передвигаться по определённому маршруту [9, 10].

Проектирование и внедрение роботизированных горнотехнических систем предусматривает не только создание высокоточной цифровой модели вмещающего месторождение участка недр Земли с её корректировкой в процессе ведения горных работ, но и обеспечение технологически и экономически оптимальных параметров карьера и элементов системы разработки при условии отсутствия персонала непосредственно в рабочей зоне карьера.

Робототехническая система горнодобывающего предприятия – это система, включающая роботов, рабочие органы роботов, а также машины, оборудование, устройства и датчики, обеспечивающие функционирование роботов во время выполнения горных работ [10].

Управление роботизированной техникой происходит дистанционно.

Дистанционное управление (далее – ДУ) – управление горным погрузочным и транспортным оборудованием (горным транспортом) на расстоянии с помощью переносного, мобильного или стационарного пульта управления с использованием беспроводной связи.

Для дистанционного управления и отслеживания режимов работы роботизированной техники создаются специализированные центры управления с рабочими местами оператора. В простейшем случае рабочая станция ДУ – это офис горнодобывающего предприятия, расположенный неподалеку от карьера. Дистанционное управление осуществляется оператором в пределах заданного пространства. Существует целый ряд требований к организации дистанционного управления роботизированной техники в зависимости от условий добычи полезных ископаемых.

В качестве проекта в выпускной аттестационной работе был рассмотрен проект внедрения роботизированного транспорта на горнодобывающем комбинате. В качестве объекта исследования было выбрано м», которое ведет горные работы на золоторудных карьерах. Целью проекта является применение горнотранспортного оборудования с дистанционным управлением в условиях зон повышенной опасности на одном из карьеров предприятие – в карьере «Восточный».

Для безопасности проведения горных работ и снижения воздействия отрицательных факторов на человеческий организм, проектом предусмотрено оснащение горнотранспортного оборудования карьера «Восточный» системой дистанционного управления Control Master австралийского производства. Система Control Master серии 2200 обеспечивает полное дистанционное пропорциональное радиоуправление. Система состоит из двух основных элементов: передатчика и приемника.

Передатчик представляет собой переносное устройство с батарейным питанием для использования в зоне прямой видимости. Оператор использует передатчик для управления машиной. При телеуправлении питание передатчика осуществляется от внешнего источника.

Приемник устанавливается на машине с помощью электрического кабеля через специальный электрический интерфейс. Связь между передатчиком и приемником осуществляется одним из следующих методов:

• простая сеть «точка-точка» для работы в зоне прямой видимости;
• распределенная антенная система, если требуется расширенное покрытие.

Передатчик и приемник настроены таким образом, что готовы к маршрутовождению по системе Control Master.

Технические параметры данного оборудования позволяют выполнить управление автосамосвалами и погрузчиком как в зоне прямой видимости объектами, так и через систему радиотрансляции с закрытой точки.

Дистанционное управление может осуществляться двумя способами:

• с помощью переносного мобильного пульта в зоне прямой видимости;
• с помощью пульта ДУ, установленного в мобильном Пункте Дистанционного Управления, оборудованного органами управления и средствами отображения видеоинформации, передающими изображение с видеокамер, установленных на горнотранспортном оборудовании (далее – ГТО) с ДУ (видео ДУ).

Предлагаемая система дистанционного управления предназначена для дистанционного управления комплексом горного оборудования при его работе на опасных участках карьера «Восточный». Проектом предусмотрено оснащение ДУ следующих видов оборудования:

• автосамосвал Caterpillar 777F,
• экскаватор гидравлический РС-3000-6,
• бульдозер D-275A-5,
• буровой станок Atlas Сорсо DML.

Алгоритм работы машин с ДУ выглядит следующим образом.

В начале смены горнотранспортное оборудование перемещается из безопасной зоны к местам производства работ операторами в режиме ДУ.

По достижении рабочих мест операторы ГТО производят следующие виды работ:

• гусеничный бульдозер производит зачистку рабочих площадей, формирование берм безопасности, а также в случае необходимости выталкивание горной массы на нижележащие горизонты;
• буровой станок производит перемещение по блоку бурения и наведение на скважину с помощью системы высокоточного позиционирования (не входит в систему дистанционного оборудования);
• экскаватор производит выемку горной массы в забое и погрузку в автосамосвал.

На протяжении всего времени нахождения в опасной зоне бульдозер, буровой станок и экскаватор работают в режиме дистанционного управления.

Автосамосвал работает в режиме ДУ только в определенной заранее опасной зоне в месте подъезда и погрузки. Следование и выгрузка г/м на отвале происходит при помощи управления оператором из кабины автосамосвала.

Пункт Дистанционного Управления (ПДУ) при этом устанавливается в наиболее удобном месте (горизонте карьера), обеспечивая максимально комфортное визуальное наблюдение за забоем экскаватора и безопасные условия труда, исключающие падение кусков горной массы на ПДУ.

Система дистанционного управления горнотранспортным оборудованием на карьере «Восточный», таким образом, обеспечивает:

1. Повышение безопасности работ при управлении большегрузными автосамосвалами на опасных участках карьера «Восточный». При работе из ПДУ обеспечение сохранения максимальной управляемости и функциональности машин для решения технологических задач.
2. Повышение безопасности работ при управление экскаватором, бульдозером и буровой установкой в опасных зонах карьера «Восточный».
3. Обеспечение корректного взаимодействия между выемочно-погрузочным и транспортным оборудованием путем предоставления информации всем операторам машин, диспетчерам и др.,
4. Обеспечение безотказной работы встроенной диагностики и блокировок горного оборудования. Своевременная передача необходимой информации о состоянии горного оборудования операторам и диспетчеру карьера.