На создание, распространение и использование цифровых технологий в сфере добычи полезных ископаемых Россия расходует 1,7% от общего объема по всем отраслям. В оптовой и розничной торговле эта доля доходит до 5,2%, в логистике 5,9%, в финансах 18,9% (по статсборнику «Цифровая экономика»). При ключевой роли сырьевого сектора в экономике страны масштабы его автоматизации выглядят неоправданно скромно.
Между тем спрос на нее в горном деле очень велик. В 2024 году по сравнению с 2023-м в 4 раза увеличилось количество отечественных компаний, планирующих увеличить эффект от цифровизации. Научно-исследовательские работы в области ИТ для нужд горняков стали очевидным фронтиром для отраслевых вузов. Пример тому – специализированный выпуск журнала «Записки Горного института» на тему цифровой трансформации в управлении процессами и оборудованием предприятий топливно-энергетического и минерально-сырьевого комплексов, приуроченный к 252-летию издателя – Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II.
Сборник охватывает три ключевых направления: энергетику, нефтегазовую и горнодобывающую промышленность. Они нуждаются в инновациях в сфере использования методов машинного обучения, анализа больших данных, цифрового моделирования и создания цифровых двойников. Все это нашло отражение в тематическом томе «Записок». Над ним работали 4 приглашенных редактора, представляющих Санкт-Петербургский Горный, Научно-исследовательский технологический университет «МИСИС» и «Институт проблем комплексного освоения недр имени академика Мельникова РАН».
К отбору статей подходили строго: более половины рукописей отклонено на этапе рецензирования. Спецвыпуск сформирован из статей, содержащих практические решения, которые уже можно адаптировать или внедрять: будь то система ранней диагностики насосов, алгоритм оптимизации ГРП или концепция кластерного улавливания СО2. Концепция издания основана на междисциплинарном подходе и ориентации на практику – именно этого ждет промышленность в период глобальной цифровой трансформации.
«Предприятия ТЭК и МСК сталкиваются с износом оборудования, сложностью управления распределёнными активами, ростом затрат на эксплуатацию и всё более высокими ожиданиями со стороны общества и регуляторов. Поэтому реализация проектов в области цифровых технологий на реальных промышленных объектах это стратегическая необходимость. И речь идёт не только о локальных решениях по оптимизации отдельных процессов, но о создании новых архитектур управления: от адаптивного регулирования спроса на электроэнергию до построения промышленных метавселенных, где физические и цифровые процессы взаимодействуют в едином информационном пространстве», – рассказал редактор тома, заведующий кафедрой электроэнергетики и электромеханики Санкт-Петербургского Горного Юрий Жуковский.
Обилие предлагаемых рынком ИТ-решений является одновременно возможностью и вызовом. Важно «не заблудиться» в цифровизации. Горнодобывающие предприятия, по словам Дмитрия Клебанова, заведующего лабораторией интеллектуальных систем и цифровых технологий «Института проблем комплексного освоения недр имени академика Мельникова РАН», сегодня активно используют автоматизированные системы горного планирования, управления технологическими процессами (АСУ ТП), диспетчеризации (фиксация «факта» и оперативное управление техникой), технического обслуживания и ремонта, планирования ресурсов предприятия (ERP). Ряд предприятий начали пилотировать применение роботизированной карьерной техники, что ведет всю отрасль к новому технологическому укладу.
«Интеграция между информационными системами разных уровней реализована лишь на единицах предприятий. Как правило, анализ режимов работы предприятия на операционном уровне в течение смены и на уровне планирования ERP производится разными людьми на основе разных, часто не связанных между собой данных.
ИТ-интеграция является одной из первостепенных задач цифровизации на горнодобывающих предприятиях. Организовать процесс применения систем автоматизации – сложная задача. Тем не менее, ряд недропользователей уже сегодня успешно запускает, например, безлюдные производства угля и динамически моделирует развитие карьеров на 10-50 лет вперед, гибко меняя технологические схемы и подходы к отработке участков горных пород», – рассказал Дмитрий Клебанов.
О важности интеграции говорит и заведующий кафедрой автоматизированных систем управления «МИСИС» Игорь Темкин:
«Несмотря на успехи в практической реализации отдельных автоматизированных или роботизированных технологий, критически важной проблемой на пути к их масштабированию и созданию реально функционирующих интеллектуальных систем управления процессами и производствами в ТЭК и МСК остаются вопросы эффективной интеграции разнообразных вычислительных моделей и алгоритмов в рамках целостных автономных систем управления.
Мне представляется важным, что в нашем сборнике опубликованы оригинальные результаты научных исследований и инженерных разработок, охватывающих широкий спектр задач, от разработки вычислительных и киберфизических моделей для сложных технологических процессов и создания методик практического внедрения цифровых технологий на конкретных предприятиях, до конструирования формальных инструментов описания цифровой трансформации архитектур систем управления производством, необходимых для создания автономно функционирующих предприятий».
Мировой контекст. Доля компаний горной отрасли, внедривших те или иные ИТ-системы:
- IoT-мониторинг (интернет вещей) и удалённое управление — 40–50%;
- Предиктивное обслуживание — 25–35%;
- Автоматизированный транспорт (беспилотные самосвалы, поезда) — 10–15% в коммерческой эксплуатации;
- Цифровые двойники и моделирование — 15–20%;
- Платформы Big Data и аналитики — 30–35%.
О звеньях производственного процесса, где уже сегодня отечественные горнодобывающие компании добиваются высокого экономического эффекта от ИТ-решений рассказал доцент кафедры автоматизации технологических процессов и производств Горного Илья Белоглазов:
«Системы автоматизации позволяют существенно сократить простои оборудования, минимизировать потери энергоресурсов, повысить точность прогнозирования и планирования, снизить эксплуатационные расходы.
Цифровизация в топливно-энергетическом комплексе и горной отрасли сегодня является не просто трендом, а стратегической необходимостью. Она решает задачи повышения эффективности, устойчивости и конкурентоспособности. Уход большинства иностранных компаний из РФ активно стимулирует развитие отечественных цифровых платформ, повышение кибербезопасности и подготовку новых кадров для решения задач реверс-инжиниринга. Цифровые технологии позволяют оптимизировать все этапы производственного цикла — от разведки и добычи до переработки и транспортировки».
По оценке McKinsey & Company, внедрение цифровых решений в горной отрасли сегодня способно снизить эксплуатационные расходы до 15% и увеличить производительность на 5-10%.
Юрий Жуковский назвал три основных направления, которые Санкт-Петербургский горный университет развивает в области цифровизации.
1. Исследования в области цифрового моделирования промышленных процессов: от декомпозиции электрических нагрузок и интеллектуального управления с целью повышения энергетической эффективности на промышленных предприятиях до прогнозирования остаточного ресурса технологического оборудования с использованием методов машинного обучения. Эти работы лежат в основе создания цифровых двойников объектов.
2. Создание образовательных и испытательных комплексов и технологической площадки для практической подготовки и апробирования разработанных систем. В настоящее время ученые вуза формируют концепцию универсальной микрогрид системы, которая позволяет моделировать сложные сценарии гибкого энергопотребления, тестировать импортозамещающие решения и готовить инженеров нового поколения, способных работать с интеллектуальными системами.
3. Формирование национальных и международных инициатив по координации усилий в сфере цифровой трансформации, включая разработку методологий приоритизации технологий и создание механизмов научно-технического сотрудничества в рамках таких объединений, как БРИКС.
