От имитационной модели к цифровому двойнику

В.Е. Черненко — директор ООО «Амальгама», к.т.н.
А.А. Малыханов — консультант по имитационному моделированию ООО «Амальгама», к.т.н. 

Имитационная модель (ИМ) — индустриальный стандарт

Применение ИМ для поддержки принятия решений является индустриальным стандартом в горнодобывающей отрасли. С помощью ИМ решаются задачи поддержки и обоснования решений на всех уровнях:

• BHP Billiton исследует варианты организации движения подземной техники для снижения задержек из-за разъездов, а также выбирает схему расширения подземной железной дороги; 
• Уралкалий решает задачу определения узких мест, планирования и оптимизации производственных операций в подземном руднике; 
• Норильский Никель использует ИМ на постоянной основе для верификации годовых и квартальных планов, а также для обоснования оптимизации или, наоборот, расширения парка горной техники; 
• South32 решает задачу планирования работ на недельном и ежесменном горизонтах и поддержания буферов незавершенного производства на всех этапах добычи горной породы. 

Основное преимущество ИМ — детальный учет работы техники

Эффективность и широкая применимость имитационных моделей основаны на том, что модели учитывают ограничения, связанные со взаимодействующими ресурсами, такие как совместная работа погрузочно-доставочных машин и шахтных автосамосвалов, работа анкероустановщиков в подземных рудниках и грейдеров в открытых карьерах. Эти ограничения чрезвычайно трудно учитывать в Excel или классических инструментах планирования.

Рекомендации по внедрению систем ИМ

Обобщая опыт внедрения и использования систем на основе имитационных моделей, можно сформулировать несколько универсальных рекомендаций, соблюдение которых повышает вероятность успеха проекта.

Точно определить пользователей системы
Определение пользователя системы лучше начинать до старта активной фазы проекта. Наиболее эффективный способ организации работы с инструментом поддержки принятия решений на основе ИМ — формирование небольшого (3–5 человек) центра компетенций по работе с системой. Такой центр способен обслуживать потребности нескольких производственных активов компании заказчика. Кроме того, в центре копится опыт работы с системой, который быстро передается и усваивается всей командой за счет ее небольшого размера и работы в одном офисе.

Заручиться поддержкой руководства в борьбе за повышение прозрачности
Внедрение ИМ неизбежно приводит к повышению прозрачности производственных процессов, делая возможными структуризацию и анализ операционных показателей рудника на детальном уровне. Поэтому проекты по моделированию могут сталкиваться с сопротивлением сотрудников, не заинтересованных в повышении прозрачности. В такой ситуации критически важно заручиться поддержкой руководства, необходимой для преодоления такого сопротивления.

Избегать неверных мотиваций
Иногда проекты по моделированию являются услугой, навязанной консультантами или вендорами. В этом случае делается акцент на современность и инновационность технологий, используются модные термины, такие как «цифровой двойник» или «дополненная реальность», а в центре внимания сотрудников заказчика находятся технологии, а не бизнес-цели. Для команды проекта критически важно определить такую ситуацию как можно раньше и по возможности отказаться от участия в таком проекте.

Формировать потребности заказчика, а не пытаться «выяснять» их
В случае создания и внедрения системы поддержки принятия решений и системы планирования не работает стандартный подход к разработке программного обеспечения с командой аналитиков, разработчиков и тестировщиков, так как при таком подходе разработчик часто имеет поверхностное, внешнее представление о предметной области и вынужден полагаться на поставленную аналитиком задачу. Аналитик же не имеет возможности сформулировать задачу так, чтобы формулировка способствовала эффективному решению задачи планирования и моделирования работы рудника. Знание предметной области и компетенции построения цифровых двойников должны совмещаться в одном человеке, который в первую очередь должен быть математиком и высококлассным разработчиком. Классический подход к созданию ИТ-систем также предполагает выяснение потребностей заказчика. Наш же опыт показывает, что в проектах по ИМ требуется скорее формирование потребностей заказчика в ходе анализа его целей и обмена опытом, полученным в аналогичных проектах.

Как работает ИМ в Норильском Никеле

Рассмотрим внедрение ИМ на примере модели 6 подземных рудников Норильского Никеля. Модель используется в обособленном подразделении, являющемся частью головного офиса компании. Количество пользователей — 3 человека, количество обслуживаемых рудников — 6. Модель находится в продуктивной эксплуатации более 3 лет.

Качественная модель — первый шаг к построению «цифрового двойника»

Наши наблюдения показывают, что построение адекватной (а значит, и полезной) имитационной модели невозможно без воспроизведения правил ежесменного планирования и внутрисменной координации действий техники и бригад. Соответственно, любая качественная имитационная модель рудника или карьера уже содержит логику как минимум ежесменного планирования.

Практика работы с линейным руководством рудников говорит о необходимости учета ресурсных ограничений не только на горизонте смены, но и декады, и даже месяца. Соблюдение равномерности объема и качества добываемой руды требует одновременного учета как ресурсных, так и геологических ограничений.

Решая задачи оперативного планирования, проверяя выполнимость годовых, декадных и сменных планов с учетом ограничений и взаимных зависимостей в руднике, имитационная модель становится связующим звеном между стратегическим планированием жизненного цикла рудника (Life of Mine Planning) и оперативной диспетчеризацией техники (Execution Control). На наш взгляд, ИМ является лучшей основой для построения системы комплексного планирования работы горных предприятий.

Опубликовано в журнале “Золото и технологии”, № 1 (51)/март 2021 г.