Карьерные «беспилотники»

Карьерный погрузчик загружает породу в самосвал 130-тонник. Вроде бы обычный пейзаж для промплощадки добывающего предприятия. Только вот кабины обеих единиц спецтехники пусты.

Операторов нет, а загрузка при этом идёт, да причём весьма спорно. Это не сюжет фантастического фильма — такую картину можно увидеть на одном из угольных разрезов Хакасии. В главных ролях — самосвал и погрузчик БЕЛАЗ.

Белорусский автогигант очень целеустремлённо и планомерно движется навстречу тренду роботизации.

Специалисты завода называют стартовым 2009 год, когда начались работы по созданию первого самосвала с дистанционным управлением. Это рождение беспилотных технологий.

В материале, опубликованном в №2, 2019(можно почитать тут), начальник отдела внедрения ООО «Снабремсервис» Игорь Важинский рассказывал о том, что в мире принято выделять четыре уровня автоматизации техники.

Первый — это то самое дистанционное управление: когда машина находится в прямой видимости оператора, однако пульт управления — за пределами кабины.

Второй уровень запускается тогда, когда в дело вступает телеметрия: оператор управляет машиной, не видя её, а ориентируясь на информацию с датчиков.

На третьем уровне один человек управляет уже несколькими машинами, внося, если нужно, корректировки в алгоритм их работы.

И, наконец, четвёртый уровень — это полная автоматизация, где в карьер выезжают «умные машины». Можно сказать, что примерно по этому пути и движется БЕЛАЗ.

Взгляд назад

Вернёмся на 11 лет назад. Как рассказал начальник отдела электронных систем управления НТЦ УГК ОАО «БЕЛАЗ» Евгений Гучек, именно в 2009 году завод совместно с АО «ВИСТ Групп» (сегодня входит в ГК «Цифра») начал разрабатывать самосвал с дистанционным управлением. Год спустя он уже появился на конференции «Перспективы развития карьерного транспорта».

Главная «фишка» — удалённое рабочее место оператора, копия того, что находится в кабине самосвала, — разве что более комфортное и безопасное.

То, что водитель обычно видит сквозь боковые и лобовое стёкла, в данном случае отражалось на трёх мониторах. Главной задачи — организации безопасного дистанционного управления — удалось достичь.

«Мы создали такое решение, чтобы самим увидеть, как работает беспилотный самосвал, а также понять, сможем ли мы реализовать такой проект. После успешных испытаний мы сделали следующий шаг — приступили к разработке автоматизированного самосвала», — отметил Евгений Гучек.

Следующая веха — 2015 год, когда разработчики создали прототип роботизированного карьерного самосвала на базе БЕЛАЗ-75131.

«Основной особенностью этой машины — по сравнению с самосвалом на дистанционном управлении — являлась возможность движения машины по заданной траектории без непосредственного участия водителя. Мы отрабатывали основные моменты рабочего цикла: подъезд-отъезд, загрузка-разгрузка, перемещение по дороге.

Всё это происходило под контролем автоматики и высокоточной системы спутниковой навигации», — объяснил специалист завода-производителя.

Ну а в 2018 году на базе той же машины разработчики создали самосвал нового поколения — БЕЛАЗ-7513R, где R обозначает «роботизированный». Сегодня завод выпустил два экземпляра такой техники, тестируют их на разрезе СУЭК в Республике Хакасия.

Новый самосвал

«Роботизированный самосвал получил целый ряд новых решений. В частности, мы разработали принципиально новую электрогидравлическую систему управления техникой.

Механические связи между задающими и управляющими элементами рулевого управления и тормозов заменили на электрические. Реализовали управление по проводам. Обеспечили взаимодействие всех систем карьерного самосвала с роботизированной системой, внедрили интеллектуальные элементы управления, контроля и диагностики, интегрировали все системы в единое информационное цифровое пространство и реализовали полное цифровое управление техникой», — рассказал Евгений Гучек.

Как объяснил эксперт, завод впервые использовал электрогидравлику при проектировании системы рулевого управления и тормозов на карьерном самосвале — опыт этот теперь называют успешным.

Кроме того, что это решение очень удачно вписалось в концепцию роботизации, а вместе с тем продемонстрировало себя как более точное и устойчивое к отказам.

Но самое главное нововведение — это, конечно же, «мозг, глаза и уши беспилотного самосвала», то есть сама роботизированная система.

Целый блок оборудования понадобился, чтобы заменить одного водителя.

Речь идёт о системах, которые отвечают за ориентацию самосвала в пространстве, обнаружение препятствий и движение машины в автономном режиме.

На самосвале появились несколько десятков датчиков, которые обеспечили работу системы сканирования.

Эксперт отметил, что несмотря на то что 130-тонный БЕЛАЗ, казалось бы, огромная машина, разработчикам пришлось постараться, чтобы уместить все эти элементы. Но место нашлось всем.

Для того чтобы обеспечить защиту элементов роботизированной системы от внешних воздействий, разработчики спроектировали оригинальные детали креплений.

И всё-таки страшно выпускать в карьер бездушную технику, работающую автономно.

Меры безопасности следующие. Во-первых, на полигоне, где идут тестовые испытания, работают только роботизированные машины.

На БЕЛАЗе видят перспективу совместного труда людей и роботов, однако не сейчас. В ближайшем будущем машины без водителя будут работать на своём участке карьера.

А во-вторых, предусмотрена цифровая индикация режимов работы машины. Мигающий синий сигнал говорит о том, что кабина пуста — запущен режим автономного или дистанционного управления; мигающий оранжевый или зелёный свидетельствует о режиме прямого управления; красный сигнал предупреждает об аварии.

Эксперимент

Достижения БЕЛАЗа в области автоматизации Евгений Гучек презентовал на конференции «Майнинг и Металлургия» в Новосибирске.

В качестве иллюстрации специалист продемонстрировал видеоролик, где зафиксирована работа погрузочно-доставочного комплекса.

Вместе с упомянутым самосвалом в процессе участвует погрузчик, также созданный в Жодино, который управляется в дистанционном режиме.

Вот операторы покидают кабины своих машин: водитель погрузчика отправляется на удалённое рабочее место, самосвал же будет функционировать в автономном режиме. Зажигается мигающий синий сигнал. Обе машины перемещаются к месту загрузки, после чего начинается сам процесс.

На экране своего удалённого рабочего места оператор погрузчика видит, как порода ссыпается в кузов самосвала, поэтому всё происходит с ювелирной точностью.

Самосвал с полным кузовом движется к месту разгрузки, причём едет он задом — используется так называемый челночный ход. Это человеку принципиально видеть дорогу впереди себя, для робота нет разницы, как ехать.

Разработчики также подчёркивают, что, исключая все традиционные для обычной техники маневры и развороты, удаётся существенно сократить время рабочего цикла.

Разгрузившись, самосвал возвращается в исходную точку. Всё получилось — эксперимент прошёл удачно.

Зачем нужны роботы?

Так зачем же нужны все эти сложности? Белазистов на рынке труда достаточно. И уж тем более зачем пересаживать оператора из кабины на удалённое рабочее место — какая в этом выгода?

«Расскажу о предпосылках создания роботизированной техники. Как известно, карьерные самосвалы эксплуатируют практически во всех климатических зонах при температуре от -50 до +50 °С.

Условия, в которых работают машины, очень тяжёлые, порой опасные. Всё это существенно усложняет участие в этом процессе человека, а также создаёт проблемы с привлечением квалифицированных кадров — сегодня, в частности, высоки требования к физическому здоровью водителей карьерных самосвалов.

Современные технологии позволяют решить задачу повышения безопасности и повышения производительности. И одним из путей как раз и является автоматизация погрузочно-доставочных работ, а ключевым звеном здесь становится карьерный самосвал», — отметил Евгений Гучек.

Что может дать добывающему предприятию роботизированный самосвал?

Первое — повышение безопасности. Отсутствие человека в опасной зоне — это гарантия нулевого травматизма. Никто не упадёт при сходе с борта самосвала, никто не нарушит дистанцию и скоростной режим, никто не станет жертвой аварии.

Второе — решение проблемы привлечения квалифицированных кадров. Особенно это актуально для удалённых регионов и для месторождений, чьё освоение только начинается.

Третье — повышение точности выполнения операций. Роботу чужды человеческие слабости: ему не нужен перерыв на обед, он не устаёт, одинаково эффективно работает в солнечную и дождливую погоду, днём и ночью. Есть и возможность оптимизации работ — за счёт того самого челночного хода, например.

Конечно, о конкретных цифрах говорить ещё рано — специалисты БЕЛАЗ обещали подготовить подобный отчёт, когда завершатся тестовые испытания. Что же касается необходимости корректировки инфраструктуры карьеров, вроде внедрения систем диспетчеризации и позиционирования, то здесь и по завершении теста нельзя будет вывести общую температуру по больнице: всё зависит от исходных характеристик самого карьера.

Если же говорить о работе персонала, то в планах разработчиков нет идеи заменить оператора в кабине оператором за широкоформатными мониторами — это слишком дорогое удовольствие.

Предполагается, что один удалённый диспетчер сможет контролировать работу сразу пяти машин — а возможно, и большего количества.

Много вопросов

Надо сказать, что ни одно из выступлений участников «Майнинг и Металлургия» не вызвало такой бурной дискуссии, как презентация беспилотного БЕЛАЗа. Понятно: дело для нас новое, неосвоенное.

Разработчикам необходимо учесть множество нюансов.

Например: какие технологии смогут обеспечить трансляцию всех данных в онлайн-режиме? Ведь, получается, информация должна транслироваться мгновенно, без задержек.

«Если мы говорим о дистанционном управлении, то действительно существуют жёсткие требования к каналам связи: задержка более 5–7 миллисекунд недопустима. Но если речь идёт о роботизированном самосвале, то требования к каналам связи резко падают. В данном случае машина следует по заданному маршруту, её нужно контролировать только в определённых зонах.

Если возникнет какая-то проблема, которую не сможет решить программное обеспечение на борту, самосвал остановится.

Реализуя проект в Хакасии, мы выяснили, что даже 5-секундная задержка — это не страшно. Здесь мы сейчас используем возможности АВВ Tropos и сети 400 МГц. Самый важный пункт — это остановка машины в случае непредвиденной ситуации. Это могут сделать сотрудники, находящиеся на испытательном полигоне, — аварийно или плавно.

И на решение этой задачи у нас работают все возможные каналы», — рассказал директор обособленного подразделения АО «ВИСТ Групп» Александр Бондаренко.

«В дополнение к этому работает автоматика. Если вдруг случится так, что связь пропадёт, самосвал также остановится, чтобы предотвратить опасные сближения.

В Хакасии срок реакции этой операции — 5 секунд.

Движение роботизированного карьерного самосвала к предполагаемому месту погрузки или разгрузки в автономном режиме обеспечивается высокоточной системой спутниковой навигации GPS/Глонасс», — дополнил Евгений Гучек.

А если автоматика откажет?

Важнейшие участки системы задублированы — уверенно отвечают разработчики. И опять же: если что-то пойдёт не так, машина остановится.

Ещё один момент. А если на улице дождь? Или скользкая дорога? Оператор сможет скорректировать скорость, может быть, стиль езды.

А как все эти тонкости отследит компьютер?

«На данный момент, поскольку эксплуатационные испытания у нас ещё не завершены, скорость самосвала установлена на уровне 20–25 км/ч. Это ограничение мы ввели намеренно для тестового периода. Но и сейчас, и при большей скорости мы сможем отслеживать состояние дороги. Ведь система состоит не только из решений, установленных на борту, есть и иная инфраструктура на карьере.

И информация постоянно актуализируется. Её анализирует и компьютер, и удалённый оператор, которые вносит необходимые коррективы в работу машины», — объяснил Евгений Гучек.

Присутствующий на конференции специалист «Шерловогорской металлургической компании» посоветовал всем собравшимся больше доверять технике и не бояться новых решений.

Он напомнил, что в своё время с такой же настороженностью относились к обычным автомобилям: называли их источником опасности, твердили о грядущей безработице. Но все нашли своё место. И с приходом роботизированной техники, надо полагать, повторится та же история.

Обращаясь к разработчикам, он предложил собрать отдельное мероприятие и подробно рассказать о действиях в случае форс-мажора.

Специалисты завода «БЕЛАЗ», в свою очередь, заверили, что все эти моменты уже предусмотрены, «но тема эта слишком объёмная, обсуждать её можно несколько дней».

К слову

Опытный образец роботизированного карьерного самосвала разработан на базе БЕЛАЗ-75131 грузоподъёмностью 130–136 метрических тонн, с электромеханической трансмиссией переменно-постоянного тока, двигателем производства фирмы Cummins KTA-50C.

Испытания роботизированных самосвалов БЕЛАЗ

Роботизированные самосвалы БЕЛАЗ грузоподъёмностью 130 тонн работают на угольном разрезе «Черногорский» ООО «СУЭК-Хакасия» в паре с экскаватором ЭКГ-8У.

Беспилотные автомобили двигаются по выделенному участку разреза протяжённостью 1350 метров и перевозят вскрышную породу.

Одной из самых сложных технологических частей проекта разработчики называют обеспечение работы сразу двух машин на участке. Чтобы два автомобиля могли разъехаться, специалисты создали алгоритмы, позволяющие выбрать оптимальную очередность движения самосвала.

Также на участке есть пересечение с технологической дорогой общего пользования, для переезда которой реализован алгоритм автоматизированного управления шлагбаумами и светофорами на перекрёстке.

---

ЭКСПЕРТ

«При внедрении роботизированных самосвалов важно учитывать технические и технологические аспекты организации горных работ с применением роботизированных карьерных самосвалов. С ними мы столкнулись, как только начали испытывать и внедрять роботизированные карьерные самосвалы в реальных условиях горного производства.

К таким техническим особенностям работы роботизированных самосвалов можно отнести:

• разгрузку за бровку;
• маневрирование и подъезд под погрузку при изменяющемся профиле технологической дороги;
• движение на скользкой дороге;
• адаптивную работу роботизированных самосвалов и техники, управляемой машинистами традиционно в одной зоне, например, на одном отвале или складе.

Смоделировать данные условия на полигоне завода практически невозможно, но совместно с заводом и компанией СУЭК мы отрабатываем все элементы технологического цикла грузоперевозок в условиях горных работ, что позволяет нам говорить о скором достижении режимов работы роботизированных самосвалов, превосходящих опытных водителей».

---

Фото: ОАО «БЕЛАЗ» — управляющая компания холдинга «БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ»

Текст: Анна Кучумова