Комплексное решение задач горной технологии в едином информационном пространстве горного предприятия

С.В. Лукичев, О.В. Наговицын

КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ГОРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ В ЕДИНОМ ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

^Информационное пространство горного предприятия

-ЖЛ. диционно складывалось на основе бумажного до-оборота. Его жизнь регламентировалась исторически ся составом и структурой подразделений, обслуживающих ные производственные процессы. В последнее десятилетие шинство горных предприятий занимается внедрением ных технологий применительно к разным сферам производственной деятельности. Процесс перехода на компьютерные технологии развивается в основном по двум сценариям. В первом - внедряемые информационные технологии следуют сложившейся практике лучения, обработки и хранения информации. Как правило, это ственные разработки на основе электронных таблиц, локальных баз данных (БД), конструкторских редакторов. Во втором - внедряемая информационная система имеет в своем составе все необходимые инструменты и обеспечивает процесс обмена данными и документооборота. Использование этого сценария может потребовать изменения сложившейся структуры и порядка обмена информацией между дельными подразделениями предприятия.

Первый сценарий характеризуется некоторой хаотичностью процесса перехода от «бумажных» к информационным технологиям, требует создания программного обеспечения для стыковки потоков разнородных данных. Период внедрения может растянуться на долгие годы, и зачастую приводит ко второму сценарию. У второго сценария период внедрения, как правило, короче, чем у первого, но при этом он более болезнен, так как параллельно с внедрением программного обеспечения идет изменение структур предприятия. На персонал ложатся дополнительные нагрузки, что в совокупности с недостаточной проработкой бизнес процессов может привести к серьезным сбоям в технологии информационного обеспечения предприятия.

Специфика горного производства заключается в том, что информационное сопровождение производственных процессов по добыче и переработке полезного ископаемого (ПИ) строится на использовании весьма разнородных моделей объектов технологии и алгоритмов работы с ними. Это приводит к необходимости использования или большого количества узкоспециализированных программ и, следовательно, к применению связующих программных компонентов, что усложняет процесс информационного обмена, или к использованию суперсистемы, учитывающей все информационные аспекты производственной деятельности предприятия. В чистом виде эти варианты встречаются редко. Первый - в силу того, что изначально функционально ограниченные программы развиваются и расширяют область своего применения на смежные предметные области, второй - по причине крайней сложности проектирования, настройки и обслуживания такой системы. Чаще всего информационные системы горных предприятий формируются как конгломерат различных по значимости программных средств, полностью или частично охватывающих процесс производства товарной продукции.

Наиболее рациональной в этой связи представляется схема организации информационного пространства горного предприятия, приведенная на рис. 1. Каждый из блоков приведенной схемы является специализированной информационной системой, имеющей свою предметную область, специфические данные и алгоритмы их

Рис. 1. Составные части информационной системы горного предприятия

обработки. Несомненно, эти системы должны содержать средства обмена данными, а в некоторых случаях иметь программное обеспечение, обеспечивающего «склейку» разнородных компонентов системы. В рамках данной статьи ограничимся рассмотрением только информационной системы инженерного обеспечения горных работ.

Отработка месторождения ПИ представляет собой последовательность действий, направленных на извлечение его запасов и изменение естественного состояния массива горных пород (ГП) и окружающей среды. Любые действия, связанные как с изучением месторождения, так и его отработкой, предполагают получение и обработку информации, на основании которой формируется стратегия и тактика ведения горных работ, обеспечивающие эффективную добычу ПИ. Вся совокупность действий при подготовке и ведении горных работ на месторождении и связанное с ними информационное обеспечение схематично может быть представлено в виде моделей объектов, меняющихся под воздействием моделей технологических процессов (рис. 2).

Эффективность отработки месторождения в значительной степени зависит от объема и качества информации, используемой при проектировании, планировании и реализации горных работ. Поэтому одной из основных целей любой информационной (автоматизированной) системы, направленной на решение задач горной технологии, является сбор и обработка информации об ее объектах и процессах. Объем и направленность получаемой информации, степень ее систематизации, форма хранения, способы получения и доступность, а также методы представления и алгоритмы обработки, в конечном счете, определяют область применения, глубину и эффективность автоматизации.

В идеале, информационная система, построенная на основе компьютерных технологий, должна представлять собой цифровые модели реальных объектов и средства моделирования процессов, направленных на формирование этих объектов. В этом случае принимаемое технологическое решение, особенно в области проектирования и планирования горных работ, будет, как минимум, смоделировано, а в случае использования алгоритмов оптимизации и минимизировано с точки зрения затрат на его реализацию.

Информационная система, позволяющая в полной мере моделировать и оптимизировать все процессы создания и изменения

объектов горной технологии, может называться комплексной. Важность комплексного решения горно-геологичес-ких задач связана с необходимостью создания сквозной технологии автоматизации инженерного обеспечения горных работ, отсутствие в которой хотя бы одного важного элемента приводит к снижению общей эффективности всей технологической цепочки. При всем многообразии программных продуктов [1], сегодня реально не существует систем, полностью соответствующих признаку комплексных. Объясняется это сложностью и многообразием вариантов и схем отработки месторождений, отличием горно-геологических, природноклиматических и экономических условий их эксплуатации, что сильно осложняет задачу создания программных средств, легко адаптируемых к широкому диапазону возможных вариантов моделирования горной технологии. Исходя из этого, правильнее было бы к числу комплексных относить системы, обладающие потенциалом для превращения в программные продукты данного класса. Наряду с перечнем объектов и процессов, подлежащих моделированию, существует еще одно требование, которому должна удовлетворять система, нацеленная на комплексное решение задач горной технологии. Это требование предполагает работу с трехмерными моделями объектов в режиме коллективного доступа к удаленным БД в локальной вычислительной сети предприятия (ЛВС), что создает условия для адекватного моделирования горно-геологи-ческой обстановки и формирования единого информационного пространства горного предприятия.

Исходя из структуры, представленной на рис. 2, наиболее логичной с точки зрения построения комплексной автоматизированной системы является последовательность, при которой сначала создаются средства моделирования геологических и технологических объектов, а затем алгоритмы и средства информационного обеспечения, моделирования и автоматизации технологических процессов. Система, в значительной мере отвечающая перечисленным выше требованиям, была создана в Горном институте КНЦ РАН. При создании системы, получившей название МШЕРИАМЕ [2, 3], была реализована именно такая последовательность.

Информационное обеспечение горных работ

Модели объектов

Технологические

процессы

Программное обеспечение

Запасы

полезного

ископаемого

Маркшейдерские

точки

Горные

выработки

Конструктивные

элементы,

сооружения

Выемочные

единицы

Зоны,

области

Горные машины

Стационарное

оборудование,

инженерные

коммуникации

Выполнение топографических и геологоразведочных работ

Проходка

горных

выработок

Подготовка

выемочных

единиц

Выемка, погрузка, и транспортировка горной массы

Обеспечение безопасности горных работ

Проектирование,

планирование,

управление

Г

Формирование БД геологического опробования

Моделирование геологических объектов, оценка запасов

Моделирование

рельефа

Учет объемов и уточнение границ

Мониторинг техногенных и технологических процессов

Подготовка

документации

Рис. 2. Структурные связи системы информационного обеспечения горных работ

Все реальные объекты и их цифровые модели применительно к информационной системе условно можно разделить на три группы: природные (сформированы в результате природных процессов), техногенные (сформированы в результате деятельности человека до момента начала изучения и эксплуатации месторождения) и технологические (сформированы в процессе изучения и эксплуатации месторождения). Модели первых двух групп несут информацию о структуре месторождения, а модели второй - о технологии его эксплуатации. В зависимости от того, какое информационное наполнение содержит объект, он может быть представлен:

Векторной моделью, образованной точками, отрезками (двумя соединенными между собой точками), контурами (последовательно соединенным множеством точек).

Каркасной моделью, образованной замкнутой (тела) или разомкнутой (поверхности) триангуляционной сетью, построенной на точках векторной модели. Блочной моделью, образованной набором блоков правильной формы, заполняющих регулярным образом замкнутую каркасную поверхность или иную моделируемую область месторождения. Для лучшей совместимости с формой каркасной модели размеры блоков вблизи границ могут быть существенно уменьшены.

Для цифрового представления всего многообразия объектов в МШЕРИАМЕ используется 3 типа моделей: «геологоразведочная сеть», «маркшейдерская сеть», «набор элементов».

Первые два типа являются достаточно специфическими и используются только для моделирования геологических проб и маркшейдерских точек. Третий тип используется для моделирования всех остальных объектов горной технологии, поэтому содержит обширный список полей (переменных различного типа) и методов (процедур и функций) их обработки, обеспечивающих цифровое описание, графическое отображение, аналитическое сопровождение и интерфейсное управление моделями объектов.

Под цифровым описанием модели подразумевается ее структура, обеспечивающая формирование векторных, каркасных и блочных моделей. Структура объекта позволяет в рамках одной модели создать до 253 элементов, каждый из которых может иметь свою каркасную и блочную модель. Каждый элемент содержит список свойств, который может пополняться. Частично свойства являются предопределенными (например: плотность, пористость) и

могут использоваться в различных расчетах, например: вычисление массы тела через объем его каркасной модели.

Под графическим отображением подразумеваются методы 3мерного реалистичного изображения моделей объектов и их разрезов с учетом пересечения тел и поверхностей в пространстве. При этом векторная модель объекта может быть представлена в виде точек, значков, отрезков и контуров, каркасная - в виде проволочной или твердотельной (тональной) модели, а блочная - в виде набора элементарных объемных фигур, передающих форму блока. Под аналитическим сопровождением понимается комплекс алгоритмов и программных средств, обеспечивающий решение различных геометрических задач таких как: перемещение, поворот точек модели, их копирование; определение объема замкнутого каркаса и площади его поверхности; построение контура пересечения поверхностей и т.п.

Под интерфейсным управлением понимаются элементы управления моделирующей системы, обеспечивающие создание, изменение и визуализацию векторных, каркасных и блочных моделей объектов. Для реализации методов работы с цифровыми моделями объектов горной технологии и автоматизации решения на этой основе различных геологических, маркшейдерских и технологических задач разработаны следующие программные модули системы МШЕРИАМЕ:

• Редактор БД геологического опробования - ОеоТооІ8. Предназначен для формирования геологической БД. Характерной особенностью редактора является возможность его настройки на работу с различными типами данных, включая вычисляемые характеристики. Для удобства работы пользователя в режиме ввода данных редактор может принимать вид журнала опробования, широко используемую на российских горных предприятиях.

• Многофункциональный графический редактор - ОеоТесЬ-3Б. Предназначен для создания и визуализации моделей объектов горной технологии (в том числе и моделей проб, созданных с помощью СеоТоок) и предоставления необходимых инструментов для решения широкого круга горно-геологических задач. Работает со всеми типами БД, используемых системой МШЕРЯАМЕ.

Рис. 4. Моделирование открытых и подземных работ в системы ЫШЕГЯЛЫЕ

• Многооконный конструкторский редактор - GeoDesign. Предназначен для создания БД моделей типовых конструктивных элементов системы разработки.

• Программа администрирования доступа пользователей к БД -GeoUsers. Предназначена для администрирования режима коллективного доступа к удаленным БД. Обеспечивает установку уровня доступа каждому пользователю системы. Позволяет обратиться к списку измененных и удаленных из БД моделей объектов и в случае необходимости восстановить их.

Программные модули в совокупности с геологическими, технологическими и специализированными БД создают основу для решения широкого спектра задач горной технологии и формирования автоматизированных рабочих мест: геологов, маркшейдеров, технологов, диспетчеров, технических руководитель. А возможность работы программных средств системы с удаленными БД коллективного доступа в ЛВС предприятия обеспечивает формирование единого информационного пространства горного предприятия (рис. 3) и позволяет снять информационные барьеры межу отдельными службами.

Опыт использования разработанных программных средств на ряде горно-добывающих предприятий России (рис. 4) показал эффективность комплексного подхода при решении геологических, маркшейдерских и технологических.

---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Капутин Ю.Е. Информационные технологии планирования горных работ. СПб.: Недра, 2004. - 424 с.

2. Лукичёв С.В., Наговицын О.В., Белоусов В.В., Ким А.В., Мельник В.Б. Внедрение системы автоматизированного планирования и сопровождения горных работ. - Горный журнал, № 9, 2004, С.78-80.

3. Лукичев С. В., Наговицын О. В. Автоматизированная система MineFrame 3.0. - Горная промышленность, № 6, 2005, С.32-35. ШИЗ

— Коротко об авторах ----------------------------------------------

Лукичёв С.В. - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории Системного анализа Горного института КНЦ РАН, г. Апатиты,

Наговицын О.В. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории Системного анализа Горного института КНЦ РАН, г. Апатиты.