Михаил Макеев, Piklema.ONE: Мы создали уникальную платформу MES и АСУТП для горно-обогатительного производства

Михаил Макеев: Если говорить про цифровое горное производство и традиционный подход классификации систем по ISA-95, то платформа PIklema.One относится к операционному уровню управления производством или к 3-му уровню MES-систем. Помимо системы сквозного управления производством в платформе реализованы функции, связанные с оперативным управлением производственными процессами — диспетчеризация и динамическая оптимизация управления горнотранспортным комплексом, управление шихтованием полезного ископаемого (т.н. «геометаллургия»), цифровой советчик управления обогащением в реальном времени, которые относятся к системам АСУ ТП.

Михаил Макеев: Мы начали бизнес в 2016 году, когда тестировали гипотезы, экспериментировали с данными и моделями прогнозной аналитики, которые могут быть использованы для оптимизации горного производства. Через три года у нас появился наш первый продукт — Цифровой советчик водителя самосвала. Первый проект мы запустили с компанией ЕВРАЗ в пилотном режиме, а в дальнейшем довели продукт до промышленной эксплуатации на всем парке техники Качканарского ГОКа.

Михаил Макеев: При внедрении мы столкнулись с тем, что предприятия не собирают необходимые данные в нужном объеме и с необходимой частотой для построения моделей машинного обучения. Работая в дальнейшем с крупными холдингами, такими как Полюс, Норникель, НЛМК, мы убедились, что это типичная проблема для всех горнодобывающих предприятий в России.

Михаил Макеев: В рамках внедрения цифрового советчика была создана платформа Piklema.ONE. Она позволяет на уровне бортового оборудования горной техники и серверного ПО построить универсальную систему сбора, обработки и аналитики данных горнодобывающего предприятия. Для работы системы используется стандартное промышленное оборудование, наиболее распространенные системы передачи данных и методы искусственного интеллекта.

Михаил Макеев: Цифровой советчик выдает рекомендации водителю по оптимальному скоростному режиму, ускорениям и торможениям, выбору передачи, включению режима экономии на каждом участке дороги. Это позволяет повысить производительность карьерных самосвалов и сократить затраты на топливо. В ходе развития продукта мы создали для водителя единое окно взаимодействия со многими системами, устанавливаемыми на карьерном самосвале: контроль усталости, анти-наезд, диспетчеризация, навигация и пр. Ориентированный на удобство водителя подход (т.н. User Centric) позволяет выдавать ему рекомендации в едином интерфейсе с приоритетами безопасности и производительности вместо 4-5 различных систем, не синхронизированных с точки зрения понимания оператором.

Михаил Макеев: Промышленное внедрение продуктов на горнодобывающих предприятиях в России и стандартизация решений позволили в 2022-2023 годах включить 4 продукта, входящие в состав платформы Piklema.ONE, в Реестр российского программного обеспечения Минцифры.

Михаил Макеев: В команде Piklema работает более 70 специалистов. В структуре компании есть отделы разработки алгоритмов анализа больших данных (Data Science), видеоаналитики (Computer Vision), разработки бортового и серверного программного обеспечения (DevOps), тестирования и технической поддержки. Многие из членов команды имеют более 15 лет опыта внедрения систем автоматизации на основе искусственного интеллекта в России, странах Латинской Америки, Африки, Азии. Помимо готовности программного обеспечения к промышленному внедрению, включая необходимые архитектурные решения и соответствие требованиям информационной безопасности, важным фактором является наличие опытной команды бизнес-аналитиков, инженеров и продуктологов, многие из которых в нашей команде внедрили десятки подобных решений, обеспечивая связь бизнес-пользователей – горняков и команду разработки.

По сути, мы собрали специалистов с глубоким знанием горного дела и передовых технологий разработки в различных отраслях промышленности. Это позволяет переносить лучшие практики искусственного интеллекта в довольно консервативную горнодобывающую отрасль.

Михаил Макеев: Мы плотно сотрудничаем с Российской Академией Наук (ИПКОН РАН), Санкт-Петербургским Горным Университетом, МИСИСом. Основной институт РАН в области фундаментальных исследований горного профиля ИПКОН РАН — наш партнер, который помогает методически с формулированием гипотез в области анализа больших данных и подходами в исследовательской деятельности.

Михаил Макеев: Мы строим развитие нашей компании на исследованиях и формировании новых рынков. К примеру, до того, как мы сформулировали для горнодобывающей отрасли, что такое цифровой советчик водителям и линейному персоналу, никто даже не произносил таких словосочетаний и не думал о такой возможности. Сейчас с компанией Новая горная угледобывающая компания (НГУК) мы начали внедрение системы Piklema.One. Это революционное решение, так как мы меняем принципы работы водителей, машинистов и сотрудников горных предприятиях. Мы даем советы персоналу и меняем бизнес-процессы исходя из наших рекомендаций, а не просто визуализируем, что происходит на предприятии. Возвращаясь к вопросу о команде специалистов, отмечу, что в связи с данным подходом к развитию компании, мы обязаны брать в команду визионеров и людей, которые могут придумывать что-то новое, а не просто исполнять, что им говорят. Мы высоко ценим дух исследовательской деятельности и готовность среди коллег предлагать новые подходы и идеи.

Михаил Макеев: Я начал свой путь с инженера по разработке систем диспетчеризации в 2005 году, в компании ВИСТ Групп. В дальнейшем это позволило мне, с учетом глубокого знания горных работ и разработки, осуществлять продажи и руководство внедрением отечественных систем автоматизации и роботизации по всему миру, включая знаковые проекты по автономным перевозкам карьерными самосвалами и роботизации буровых станков в компании Цифра Роботикс.

Михаил Макеев: Платформа PIklema.One объединяет в себе функции MES и АСУ ТП предприятия, для горно-обогатительного производства она уникальна. В России нет схожих решений, когда система управления горным и обогатительным производством включает в себя как функции диспетчеризации и управления горной техникой (традиционные АСУ ГТК), управления процессами обогащения, так и советчики для персонала — класс систем, работающий с данными, а также системы, нацеленные на безопасность работы горной техники. Все эти системы мы объединяем в едином устройстве и на одной платформе. Независимо от имеющейся системы диспетчеризации на предприятии, PIklema.One может быть установлена «поверх» уже работающих решений сбора данных и диспетчеризации горного транспорта. В процессе внедрения потоки данных будут дублироваться без потери оперативной отчетности в старой системе. Таким образом, использование Piklema.ONE позволяет получить дополнительные интеллектуальные функции для повышения производительности и сокращения издержек, при этом сохраняя многолетние инвестиции в существующие на предприятии системы автоматизации.

Михаил Макеев: Можно провести аналогию между современным автомобилем и автомобилем, разработанным 25 лет назад. Помимо современного стека технологий платформы, появляются множество интеллектуальных функций помощи водителю, удаленного контроля и элементов автономности. Система строится вокруг пользователей и их функциональных задач, позволяя в едином окне получать всю необходимую информацию для принятия решений. У водителей появляется единый дисплей оператора вместо 4-5 разных устройств, которые обычно устанавливались ранее. Диспетчер в едином окне получает всю необходимую информацию по управлению горным оборудованием, отклонениями безопасности. Алгоритмы искусственного интеллекта позволяют минимизировать влияние человеческого фактора и квалификации пользователей за счет систем поддержки принятия решений. Важным преимуществом при внедрении является возможность максимального использования существующих датчиков и систем диагностики. Также мы обеспечиваем постепенный переход на использование PIklema.One без остановки функций оперативного управления техникой.

Михаил Макеев: Если говорить о принципиально новом функционале, я бы хотел отметить навигатор по горным работам. В повседневной жизни мы постоянно используем навигаторы при движении в личных автомобилях. И мы перенесли этот опыт личного использовании в условия горного предприятия. Теперь водитель не должен думать и гадать, как и куда ему ехать. Навигатор ведет его по маршруту, указывая направление движения, состояние дорог, давая рекомендации по скорости, обеспечивая ритмичность движения для достижения максимальной производительности и минимизации эксплуатационных расходов. Вторым важным отличием платформы является то, что в PIklema.One сразу появляются советчики для водителя, механика и шинного инженера. Этого нет в традиционных системах диспетчеризации. А наиболее важной составляющей решения является то, что мы объединили в единый процесс управление горными работами, складами и обогатительной фабрикой. Эти процессы становятся связанными, что ведет к тонкой настройке процессов управления всем горным предприятием на основе цифровых советчиков для линейного персонала, которые являются модулями Piklema.One.

Михаил Макеев: С точки зрения бизнес задач Piklema.One состоит из следующих функциональных модулей: система управления горнотранспортным комплексом, модуль оперативного управления и автоматической диспетчеризации, модуль управления складами и логистикой, единый диспетчерский аналитический центр с многофункциональной системой безопасности горных работ. Кроме этого, в состав платформы входят несколько цифровых советчиков для работников предприятия, а именно: водителю самосвалов, машинисту экскаватора, операторам фабрики с возможностью автоматического управления обогатительным оборудованием, шинному инженеру, механику. Одним из преимуществ платформы является современный стек технологий, микросервисная архитектура, а также реализация требований информационной безопасности.

Михаил Макеев: Идея Piklema.One родилась именно как объединение множества цифровых советчиков в единую платформу, так как многие системы строятся на одних и тех же исходных данных, а для некоторых последовательных процессов горно-обогатительного производства требуется объединение источников информации. Piklema.One — это платформа, которая состоит из многих функциональных модулей/систем, каждый из которых является отдельной системой, и мы их коммерциализируем и развиваем как самостоятельные продукты. У каждого модуля есть свой владелец (Product Owner), который думает над пользовательской историей продукта (User Story), над развитием своего решения в рамках общей платформы.

Михаил Макеев: Мы используем стандартные для промышленных решений технологические элементы. Протокол для передачи данных от мобильных устройства — MQTT. На сервере реализована микросервисная структура, где каждый микросервис — это отдельная задача (например, — подсчет рейсов самосвалов). При работе с потоками данными используем Kafka, Influx — для хранения временных рядов, AirFlow, MLFlow — для работы с большими данными и предиктивной аналитикой.

Михаил Макеев: Искусственный интеллект используется практически во всех функциональных модулях или системах Piklema.One. Я приведу несколько примеров. В модуле Цифровой советчик оператору фабрики используются модели компьютерного зрения для анализа гранулометрического состава породы, поступающего на ленту конвейера и анализа количества и размера пузырьков флотации. В модуле Цифровой советчик машиниста экскаватора используется компьютерное зрение и нейросети семейства YOLO. Для Цифрового советчика водителей карьерных самосвалов необходимо построение графа дорог и графа рекомендаций о стилях вождения на двадцатиметровых участках технологической дороги. Для этого используется градиентный бустинг, байесовская оптимизация.

Михаил Макеев: Система выглядит примерно следующим образом. Для линейного персонала на каждом из участков работы, будь то водители самосвала, машинисты экскаватора, горные диспетчеры или операторы фабрики, выдаются рекомендации, как им нужно работать в течении смены. Система анализирует собираемую телеметрию и выдает рекомендации в соответствии с планом производства, визуализируя отклонения от данного плана для руководства компании. Если говорить о водителе карьерного самосвала, то у него появляется планшет, на котором реализованы несколько производственных систем: навигатор по горным работам, система диагностики, включая чек-листы, советчик водителю, системы противодействия столкновений и диспетчерская система. Все системы работают на основе единых данных и визуализируют в едином экране рекомендации по управлению самосвалов.

Михаил Макеев: Техническая поддержка решения организована традиционным способом. Есть первая линия, где аналитик разбирается с запросом и возможно самостоятельно дает рекомендации. Если он этого сделать не может, то отправляет владельцу конкретного продукта функционального модуля для фиксации задачи в бэклоге поддержки с заранее обозначенным сроком ее решения. В зависимости от SLA договора с предприятием гарантируется время реакции на проблему в зависимости от ее критичности. При необходимости организуется поддержка бортового оборудования на предприятии с сервисным инженером.

Михаил Макеев: Piklema.ONE создана на базе многолетнего опыта разработки и внедрения систем управления горнотранспортным комплексом, и с учетом возможных ограничений по развертыванию ИТ-инфраструктуры. Например, Цифровой советчик водителя работает при отсутствии постоянной связи с сервером — как и обыкновенный навигатор в машине, когда мы выезжаем за город, где нет покрытия сотовой сети. Конечно, функции динамической оптимизации требует полного покрытия сетями связи — LTE, GSM, Wi-Fi для оперативной работы имитационной и прогнозной модели по распределению техники. В части серверного оборудования используются современные системы резервирования, виртуализации. Немаловажным отличием является использование импортонезависимых операционных систем Linux на сервере и бортовом оборудовании.

Михаил Макеев: Я уже упоминал выше заказчика внедрения системы — это ООО «Новая горная управляющая компания» (НГУК), осуществляющая добычу и переработка угля. НГУК является независимым от металлургических компаний производителем коксующихся углей. Функциональные модули, как отдельные системы внедряются в компаниях ЕВРАЗ, Полюс и других. Я не могу сейчас говорить о деталях проекта, скажу только, что система покрывает процессы горной добычи, обогащения и сквозного управления всей цепочкой горного производства за счет цифровых советчиков, которые как раз внедряются на предприятиях холдинга. НГУК использовала систему диспетчеризации горного транспорта, которая была внедрена примерно 10 лет назад и сейчас уже не отвечает современным подходам к управлению горным производством. Поэтому компанией было принято решение разработать и внедрить принципиально новую систему, которая бы могла объединить горные работы, логистику и обогащение, а также повысить эффективность производства. В рамках проекта параллельно внедряются ERP-система, оперативное планирование, материальные балансы, системы лабораторного анализа, что требует оперативного взаимодействия нескольких команд внедрения. Сейчас система спроектирована, ведутся внедрения отдельных функциональных модулей. Промышленное внедрение комплексной системы запланировано на 2024 год.

Михаил Макеев: Мы видим перспективы развития Piklema.One в развитии функциональных модулей — цифровых советчиков для всех ролей на горно-обогатительном производства. В том числе и для машинистов буровых станков, специалистов геолого-маркшейдерская служба, технических отделов. Мы будем выпускать релизы по мере добавления отдельных систем на платформу. Также важной составляющей развития платформы является поэтапное движение к автономности через работы горной техники, через цифровые советчики или системы помощи вождению. Сейчас никто не удивляется, что личные автомобили стали держать полосу, подруливать, тормозить. Безусловно, это удобно, но для промышленности важно, чтобы эффективность и безопасность производства шли рука об руку, и это все сейчас можно реализовать благодаря искусственному интеллекту и привнесением повседневных технологий в промышленность.

Также мы видим важнейшую составляющую успешного развития в кооперации технологических и научных команд и компаний. Мы будем развивать наши отношения с академией наук, образовательными организациями среди которых опять же уже упомянутые мною выше МИСИС, Санкт-Петербургский Горный Университет, а также Сколтех, возможно — региональные вузы в области горного дела, так как мы хотим сделать конвейер идей и их реализации в промышленности. Мы считаем, что наши подходы к созданию продуктов могут быть тиражированы, что приведет к конвейеру инноваций и новых технологических решений.