«Норникель»: как мы первыми в России тестируем автономные самосвалы и роботов-бутобоев

Привет! Меня зовут Ян Лупандин, я руковожу портфелем проектов в Центре развития цифровых технологий «Норникеля». На предприятиях компании ежегодно добывают 40 миллионов тонн руды. Сейчас мы испытываем беспилотный самосвал — технологию, которая в будущем изменит работу всего производства. Я уверен: эпоха, когда люди выполняют опасную работу в шахте, заканчивается.

В статье расскажу, как мы переводим шахтную технику на дистанционное управление и причем тут искусственный интеллект.

Кто и как трудится в наших шахтах

Операторы, диспетчеры и инженеры «Норникеля» работают на семи рудниках и в двух карьерах. В том числе на «Скалистом» — его шахта самая глубокая в Евразии, она уходит под землю более, чем на два километра. 

В обычную смену на руднике «Скалистом» водитель управляет техникой сидя в кабине. Но иногда мы переводим самосвал на дистанционное управление с поверхности, а участок, где он движется, перекрываем с помощью ультразвукового барьера. Оператор управляет самосвалом, а советчик водителя следит за параметрами работы элементов.

Шахтный самосвал с полной загрузкой весит 87,5 тонны и разгоняется до 10–12 км/ч. В тесной выработке такая машина иногда проходит почти вплотную к стенам. Поэтому оператору недостаточно уметь нажимать кнопки на пульте: он должен чувствовать габариты машины и понимать, как она ведет себя под землей.

Как устроен автономный самосвал

Самосвалы, с которыми мы работаем, изначально не предназначены для дистанционного управления. Поэтому инженеры произвели ретрофит, то есть добавили новые элементы: датчики углов поворота и контроля телеметрии — они следят за движением и состоянием техники. А еще поставили контроллеры, которые управляют машиной.

Затем поставили семь камер, радары и лидары — это система восприятия окружения. Камеры дают оператору обзор, а лидары и радары посылают импульсы, измеряют расстояние до стен и объектов, а затем собирают из этих данных объемную карту местности. По ней самосвал понимает, где он находится и нет ли перед ним препятствий.

Раньше мы уже работали с похожей системой роботизации техники от зарубежного поставщика. После его ухода из России доступ к оборудованию и технологиям прекратился. Теперь инженеры «Норникеля» вместе с российскими компаниями разрабатывают собственную систему автономного управления. 

По моей оценке, мы воспроизвели примерно 80% прежней функциональности, а еще переработали элементы, которые раньше вызывали сбои. Например, инфракрасные барьеры безопасности постоянно срабатывали от пыли в шахте.

Как самосвал понимает, куда ехать

Маршрут самосвала проходит между зонами погрузки и разгрузки. Оператор с поверхности управляет рудоспуском: открывает его и загружает кузов. Затем ведет самосвал по выработке, разгружает машину и отправляет ее обратно.

Под землей нет спутниковой навигации, а оператору для управления самосвалом нужно непрерывное видео без задержек. Поэтому мы завели в шахту отдельную оптоволоконную магистраль и построили сеть точек Wi-Fi. 

На маршруте точки стоят через каждые 40 метров по обоим бортам выработки — так, чтобы машина одновременно подключалась к двум точкам. Для этого на самосвале два независимых приемопередатчика и два контроллера: когда один контур теряет силу сигнала из-за увеличения расстояния до базовой станции, второй продолжает работать.

Как мы внедряем ИИ в горной добыче

Если самосвал едет по заданному маршруту и на каждом участке выполняет заранее прописанные команды, это автоматизация, а не нейросеть. ИИ подключается там, где машине нужно самой оценить данные с камер, лидаров и других датчиков и принять решение. Например, на опасном участке система может снизить скорость самосвала до 8 км/ч вместо стандартных 10 км/ч.

На руднике «Комсомольский» аналогичный принцип работы у робота-бутобоя. Это стационарный манипулятор с гидромолотом, который после взрывных работ разбивает крупные куски горной массы. ИИ находит негабарит, выбирает места для удара и задает угол движения. 

Если камень лежит неудобно, и манипулятор не может продолжать, появляется ошибка. Тогда оператор переходит на ручное управление с пульта, разбирается с ситуацией и возвращает бутобой обратно в автономный режим. Со временем количество нештатных ситуаций сокращается, а процент автономности бутобоя растет.

Почему подводить итоги пока рано

Все, что мы описываем в этой статье — испытания самосвала на добыче руды. Инженеры проверяют дистанционное управление, связь, работу датчиков и аварийную остановку. 

Сейчас самосвал работает дистанционно во время взрывных работ и проветривания — это 180 минут в сутки. В это время им управляет один оператор со своего рабочего места. 

В наших планах перевести самосвал на полностью замкнутый цикл — машина будет автономно ехать по маршруту и взаимодействовать с системой погрузки. Это значит, что один оператор будет контролировать не одну машину, а сразу четыре-пять.

Сейчас мы на этапе, когда нужно закончить испытания автономной системы управления, а затем оснастить электронными компонентами оставшиеся 7 машин. Когда подтвердим технологическую эффективность и безопасность, участок рудника можно будет закрыть для людей и перевести самосвалы на круглосуточную автономную работу — на это уйдет год-полтора.

Так что пока мы не измеряем результат в тоннах добытой руды, а проверяем российскую систему управления в условиях шахты и накапливаем опыт до того, как техника начнет работать без человека в кабине.

Как мы поэтапно строим безлюдный рудник

Самосвал и бутобой — только два проекта большой программы по цифровизации производства. На подземных рудниках «Норникеля», например, уже работают системы позиционирования и связи. Они показывают диспетчерам, где находятся люди и техника, передают видео и команды машинам. Еще они помогают разделять участки: где можно работать людям, где едет техника, а где после взрыва проветривают шахту.

Дальше мы собираемся автоматизировать бурение, погрузку и электровозную откатку — перемещение руды по подземным выработкам. У каждого процесса есть свой барьер. Например, буровые установки и погрузочно-доставочные машины работают рядом с зоной взрывных работ, где сложнее построить надежную сеть Wi-Fi.

Безлюдный рудник не означает, что людей нет совсем. Часть сотрудников останется под землей, чтобы делать работу, которую пока нельзя автоматизировать. Например, взрывники, механики, горные мастера. Но операторы, геологи, маркшейдеры и диспетчеры будут работать на поверхности. Мы стремимся к тому уровню безопасности, когда каждую смену под землей будет работать минимальное количество людей.

Автоматизацией шахтной техники проекты «Норникеля» не ограничиваются. Например, мы разрабатываем и испытываем промышленные экзоскелеты и обучаем ИИ управлять флотацией — одним из этапов производства металла. Каждую технологию наши инженеры сначала испытывают в производственных условиях, а затем масштабируют, если она подтверждает свою безопасность и пользу.