В СКФО научились создавать "цифровых двойников" горных рудников

В Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (СК ГМИ) с помощью нейросетей научились создавать математическую модель развития горнорудных месторождений и видеть, какую прибыль будет давать предприятие в будущем. Это своеобразная "машина времени", которая учитывает десятки сложнейших параметров, начиная от расположения геологических пластов и заканчивая потерями при разработке, социальными факторами и финансовыми вложениями, а в результате позволяет просчитать, как будет развиваться рудник в течение 20 и даже 30 лет и какую прибыль он сможет приносить.

Разработка "цифровых двойников" проводилась на базе научного центра "Аватар", созданного в СК ГМИ, и пришлась как раз кстати: в России вступили в силу новые законодательные нормы, которые обязывают горнодобывающие компании вести и постоянно поддерживать цифровую модель своих рудников в формате 3D. Если раньше для этого можно было пригласить иностранных специалистов и использовать зарубежные цифровые ресурсы и серверы, то теперь - нет. Зато подготовку нужных кадров и инфраструктуру для создания цифровых двойников горнорудных месторождений сумели наладить отечественные ученые.

Для того чтобы можно было вести проектирование 3D-модели рудников и геологических структур, в центре "Аватар" открыли высокотехнологичный центр обработки данных (ЦОД). Его оборудование представляет собой суперкомпьютер, сервер которого занимает целую комнату, а стоимость на рынке приближается к 90 миллионам рублей (хотя благодаря заказам деталей и комплектующих напрямую на заводах-производителях удалось приобрести их в десять раз дешевле).

Мощности этого дата-центра измеряются даже не в гигабайтах или терабайтах, а в терафлопсах и гигафлопсах. То есть, ЦОД оснащен "графическими сопроцессорами вычислительной мощностью в 1 GFlops для операций с плавающей запятой двойной точности и 34 TFlops для операций с одинарной точностью". Они способны поддерживать одновременную работу более чем 50 высокопроизводительных графических рабочих мест на виртуальных машинах.

Одной из интересных особенностей работы центра "Аватар" является то, что его специалисты используют нейросети при построении 3D-моделей.

- По большому счету нейросети - это составная часть искусственного интеллекта, сложный алгоритм, позволяющий машине самостоятельно обучаться при построении и обслуживании модели, - рассказывает доктор технических наук, действительный член Академии горных наук руководитель Центра подготовки и аттестации инженеров горных роботизированных систем "Аватар" Денис Стадник. - Сначала мы обучаем нейросети, а потом уже они самостоятельно "дорисовывают" элементы объекта на основании известных данных. Здесь очень большие объемы информации, которые человек не в состоянии постоянно держать в голове.

В центре уже успели создать цифровых двойников нескольких крупных объектов для российских горнодобывающих компаний (это в том числе рудники "Маяк" и "Таймырский" в Норильске, Аргунское и Жерловое месторождения рудника N 6 в Забайкальском крае), а также провести анализ горно-геологических условий залегания при отработке пласта Березово-Бирюлинского каменноугольного месторождения в Кемеровской области. Но самое главное, что работа над этими проектами позволила Северо-Кавказскому горно-металлургическому институту подготовить для российских предприятий высококвалифицированных специалистов, способных работать на самом сложном и технологичном оборудовании.

Здесь стоит пояснить, что из себя представляет современный горный рудник. Это переплетение проходов, шахт и забоев, общая длина которых насчитывает десятки километров. А чтобы там могли работать люди, под землей проложено очень сложное вентиляционное оборудование. Ярким примером является рудник "Маяк" в Норильске, за полярным кругом. Этот проект реализовали в центре, создав цифрового двойника месторождения. "Маяк" находится под землей на глубине 245 метров (!), а его протяженность составляет более 2,6 километра. Когда на поверхности в январе температура минус 50 градусов Цельсия, внизу, в забое, - около 40 градусов тепла. На всей этой конструкции работают вентиляционные шахты, размещены металлические узлы и крепления, переходы, проложены рельсы, двигаются лифты, не говоря уже о технических помещениях, транспортерах и прочем. По сути, это большой и протяженный подземный город. А построение "цифрового двойника" рудника подразумевает, что надо учесть все до мельчайших деталей и отобразить в созданной 3D-модели. Разработка такого проекта занимает около полугода, при том что трудится над ним сразу несколько человек.

Сейчас в СК ГМИ учится не очень много специалистов, способных создавать и поддерживать в актуальном состоянии "цифровых двойников" горнорудных месторождений. В университете всего 10 бюджетных мест. Но это сотрудники, востребованные в компаниях по всей России.

- Наши ребята после обучения готовы отправиться на работу в разные уголки страны, - рассказывает проректор по работе со стратегическими партнерами и трудоустройству СК ГМИ Олег Габараев. - Подготавливаем здесь кадры с учетом цифровизации горного производства. Причем наши студенты делают свои дипломные работы, проектируя 3D-модели конкретных объектов. Например, после создания "цифрового двойника" рудника "Маяк" наших ребят взяли на работу в "Норильский никель" со словами: "Вы наш рудник знаете лучше, чем мы", то есть российские горные предприятия получают уже хорошо обученные кадры.

"Цифровой двойник" позволяет сохранить колоссальные средства на развитие и обслуживание рудника. Ведь гораздо дешевле сначала все действия опробовать на модели, заранее узнав, какой получится результат. Именно это делает создание 3D-моделей выгодным, несмотря на высокую стоимость работы. Кроме того, в июне 2023 года ФАУ "Главгосэкспертиза России" издала постановление N 200, которое обязывает недропользователей создавать модели рудников.

- Легкоизвлекаемые ресурсы везде на планете подходят к концу. Даже североморская нефть марки Brent, которая является эталоном, на самом деле уже не добывается, потому что извлекаемые углеводороды имеют другой состав, - говорит старший аналитик по сырьевому сектору ФГ "Финам" Алексей Калачев. - Такая же тенденция и в ближневосточных регионах - что касается нефти. Но точно так же обстоят дела и в горнодобывающем секторе. Остаются только сложноизвлекаемые ресурсы, и использование трехмерных моделей позволяет понять, как лучше развивать рудники, что находится под землей, какие есть опасности и перспективы, куда двигаться. Себестоимость извлечения ресурсов год от года снижается именно за счет использования новых технологий. Соответственно такие институты, как в Северной Осетии, остро нужны. А востребованность подготавливаемых ими специалистов будет только расти.

Кстати

Внедрение "цифровых двойников" получило широкое распространение не только в горном деле. Например, министерство экономического развития Ставропольского края прорабатывает создание виртуальной модели всего региона. Она должна помочь эффективнее управлять территорией, используя искусственный интеллект и генерацию возможных событий.

Информационная и пространственная модель Ставрополья объединит все данные о крае в разных сферах. Система сможет в режиме реального времени анализировать существующие и новые данные и моделировать ситуации развития, что позволит предвидеть риски и предупреждать чрезвычайные ситуации.