Главные плюсы от цифровизации в угольной промышленности лежат в логистике

— Начнем с того, что я считаю термин «Индус­трия 4.0» абстракцией. На наших предприятиях, как и в отрасли в целом, идет постепенный процесс автоматизации, и фактически он никогда не прекращался. Если оглянуться на историчес­кий контекст, то можно увидеть, что сначала все промышленные компании занимались автоматизацией бухгалтерии, затем на предприятиях стали создавать сети — локальные и корпоративные. После построения сетей повсеместно начали внедрять ERP-системы и автоматизировать бизнес-процессы. Далее развитие ИТ в разных отраслях промышленности пошло по различным траекториям. 

Одни компании стали автоматизировать производственные процессы, другие — логистику, третьи сфокусировались на автоматизации процессов продаж. Сегодня термин «Индустрия 4.0» у всех на слуху, но для каждого он означает что-то свое. Компании приходят к новому уровню автоматизации разными путями, но главное — производство становится интеллектуальным. И речь идет уже не только о расширении функционала или сокращении затрат, но и о появлении нового качества ИТ-систем.

Например, мы в числе прочих ИТ-инициатив нашли для себя решения, находящиеся на стыке производственных процессов и социальных сетей. Они позволяют гибко работать со знаниями сотрудников, а также контролировать их мотивацию.

— Ни для кого не секрет, что добыча угля — это опасное производство. Нам надо быть уверенными в том, что, заходя в шахту или карьер, сотрудник находится в хорошей физической форме. Конечно, мы используем тонометры и пульсометры, проводим простейшие медосмотры, однако все это дает представление лишь об одном аспекте состояния человека. Чтобы оценить его психическое состояние, мы проводим опросы, которые выявляют общий уровень готовности человека к работе.

На первом этапе мы установили в различных зонах предприятия интерактивные киоски, через которые стали задавать простые вопросы. Например: в чем измеряется сила тока? Постепенно мы будем развивать базу данных, корректировать ее в соответствии с выполненными сотрудником заданиями. Важно, чтобы вопросы напрямую относились к обязанностям сотрудника и помогали оценить не только его состояние, но и компетенции.

Для этого нужно не просто задавать вопросы по релевантным темам, но и сделать информационное наполнение динамическим, позволяющим реализовывать гибкие настройки в зависимости от сезона, особенностей шахты, истории ответов конкретного человека и т.д. Одно только отслеживание ответов человека на сложные вопросы может показать, что сегодняшний рядовой работник в перспективе может стать талантливым мастером участка или хорошим механиком, а может быть, даже директором предприятия. Можно также проверить инициативность сотрудников, поинтересовавшись, какой вопрос им стоит задать. 

Если говорить о работе с персоналом, мы используем и другие технологии — например, телеметрию для точного определения местоположения работника. Мы планируем совместить ее с дистанционным контролем пульса, но пока для этого нет достойных устройств: они либо неточные, либо очень дорогие. Если каждую смену в шахты заходят несколько тысяч человек, обеспечить всех персональными браслетами достаточно дорого. Процесс передачи браслетов друг другу сложен с точки зрения организационных моментов, да и вопросы гигиены никто не отменял.

Впрочем, если немного пофантазировать и представить, что такие браслеты появились на предприятии, сразу становится понятно, что они открывают большие возможности для оптимизации производства. Например, если сотрудник согласится носить такое устройство и дома, то в допустимых рамках и без нарушения приватности мы сможем собрать статистику о состоянии его здоровья, информацию об образе жизни. В этом случае можно более гибко регулировать ставки страхования и назначать дополнительные премии и бонусы дисциплинированным сотрудникам.

Возвращаясь к реальности, отмечу: уже сегодня СУЭК оснастила все свои остановки транспорта и автобусы Wi-Fi, чтобы сотрудники не скучали в ожидании. И здесь мы также работаем с мотивацией персонала: если работник хочет получить высокоскоростной доступ, он может ответить на 3–5 профессиональных вопросов. Параллельно, пока он входит в сеть и отвечает на вопросы, мы показываем ему важные сообщения, решая вопрос внутрикорпоративного информирования.

— Мы активно используем Mesh-сети на больших открытых пространствах, когда работы идут на разрезах в горной местности. Работники и техника разбросаны на территории в десятки километров, плотность их размещения низкая. Поэтому каждый стационарный или движущийся объект: машина, экскаватор, столб — становится элементом Mesh-сети. Сегодня мы работаем над тем, чтобы использовать на разрезах беспилотники, при функционировании которых также будут задействованы ресурсы Mesh.

Совсем другая ситуация складывается в шахте, где люди зажаты в тоннеле и с точки зрения топологии находятся почти в одномерном пространстве. Мы постоянно анализируем атмосферу в шахте, так как при добыче угля может выделяться метан, а он, как известно, взрывоопасен. Нам нужно в каждый момент времени знать, что человек жив, контролировать его состояние, передавать ему команды и инструкции. При этом скорость передачи данных в шахте в силу специфики самого объекта очень низкая — голосовой связи там нет. 

В случае чрезвычайных ситуаций мы помогаем людям сориентироваться с помощью «умных касок». Помимо фонарика, в них встроен газоанализатор, есть система определения координат, а также автоматический информатор, который дает команды голосом согласно заранее заданным кодам (например, код 132 означает «Двигайся прямо»). Все каски связаны с вычислительным центром, который прогнозирует, например, движение огня в случае пожара. Система может автоматически уводить шахтеров в боковые коридоры от очага возгорания, разводить людей к разным выходам.

— Для начала важно отметить различия в подходах при добыче нефти и угля. Когда говорят о «цифровой нефти» (digital oil), речь идет о коэффициенте извлечения углеводородов. Нефть — мобильная субстанция, она не ждет, пока ее «достанут» на поверхность, и прямо во время добычи перетекает под землей, поэтому за ней нужно гоняться. Сейчас коэффициенты извлечения нефти составляют порядка 40–60% (максимум достигается только в Северном море). В большинстве случаев около 50% нефти остается под землей, поэтому каждые 2–3% извлечения — большая победа для нефтяников. Если сравнить стоимость 2% нефти из месторождения и все необходимые затраты на ИТ, результат будет очевиден: учитывать различные факторы при добыче нефти крайне выгодно. За счет сложных расчетов и моделирования можно вычислить, что именно нужно сделать в процессе бурения (сколько залить воды, как изменить давление), чтобы получить более высокий выход нефти.

В случае с углем процесс добычи происходит иначе: даже несмотря на обрушения пластов, уровень извлечения сегодня достигает 80–90%. А с учетом стоимости угля (100 долларов за тонну высококачественного угля, порядка 50 долларов за тонну угля среднего уровня), дополнительные 2–3% не сыграют такой большой роли, как в нефтяной отрасли. Математические расчеты в угольной промышленности, конечно, применяются. Они нужны, для того чтобы определить, как лучше закладывать взрывчатку, насколько глубоко сверлить и т.д. Но для этого не нужны такие сверхсложные модели, как в гидродинамике. 

В угольной промышленности на данный момент наблюдаются более масштабные тенденции — например, уход от шахт. Даже при том, что при открытой добыче зачастую нужно пройти 40 м грунта для добычи пласта угля толщиной в 1 м, австралийские компании предпочитают этот вариант, чтобы исключить опасности шахтной добычи. 

В этом случае возникает следующая задача: как убрать лежащую сверху массу земли, чтобы добыча открытым методом стоила дешевле? С этим успешно справляются автоматизированные буровые станки, которые на месте вычисляют параметры бурения. Такие инновации сегодня оправданны, так как угля нужно все больше: за последние 1–2 года цены на уголь выросли в 1,5–2 раза, сегодня уголь используется для генерации порядка 50% энергии в мире.

— На самом деле уже много лет идет настоящая информационная и коммерческая война между нефтяниками, газовиками и угольщиками. Преимущество угля состоит в том, что, если сжигать его при очень высоких температурах, никаких вредных веществ не образуется. Эти технологии стали известны еще в 1960-х годах, но по экономическим причинам переоснастить все электростанции того времени соответствующим образом было невозможно. Тогда в нашей стране начали массово добывать метан, чтобы взять «газовую паузу» в вопросе модернизации ТЭС. Фактически так было положено начало индус­трии трубопроводного газа.

Как все мы помним еще со школьной скамьи, метан имеет формулу CH4 и при сжигании дает не только углеводород, но и воду, причем ионизированную. Она весьма опасна для озонового слоя: при горении газа такая вода сразу же испаряется и уходит в верхние слои атмосферы. А при высокотемпературном сжигании углерода не остается ничего. Именно поэтому Япония активно строит современные угольные электростанции взамен опасных атомных. И это только один пример оптимальной национальной политики в сфере энергетики. В то же время самая крупная на сегодняшний день угольная электростанция возводится в Саудовской Аравии. Поскольку там нет своего угля, они ориентируются на австралийский и американский уголь.

— Безусловно, для нее есть свои ниши, но в промышленных, национальных масштабах она пока не имеет смысла. Выработка энергии от одного ветряка за весь срок его службы будет меньше, чем потребуется на его производство и утилизацию. Выводы напрашиваются сами собой.

— Самая большая проблема угольщиков — это логистика. На добычу приходится 30% от розничной стоимости угля, и бóльшая часть этого — расходы на горюче-смазочные материалы, а 60–70% стоимости нашего топлива — транспортировка. Так, СУЭК — основной загрузчик РЖД на восточном направлении. Вагоны с углем составляют порядка 40% всего грузового потока на железной дороге за Уралом. Поэтому оптимизация логистики является для нас первоочередной задачей. Каждый процент экономии на транспортировке сказывается на марже.

У СУЭК есть свой «флот» вагонов, и цифровые технологии помогают нам определять, где именно они находятся. Станционная сетка РЖД очень плотная, для эффективной работы нам нужно четко фиксировать местоположение каждого вагона. При прибытии пустых вагонов на погрузочные узлы необходимо фиксировать их номера, контролировать заполнение каждого.

Кстати, засыпка угля в вагон тоже непростая задача. Если насыпать уголь неравномерно, мы получим повышенный износ той или иной колесной пары. Если над вагоном сверху будет «шапочка» угля, ее сдует ветром. Если мы перегрузим вагон, получим штраф от РЖД. Поэтому для закладки 70 тонн с точностью до 2–3% применяются автоматизированные рентгеновские методы определения количества угля с вычислением веса по математическим формулам.

Серьезная работа также идет в портах. На сегодняшний день наш уголь отгружается в двух портах — в Мурманске и Ванино. Восточный порт был построен совсем недавно, поэтому он отличается высоким уровнем автоматизации. Там мы применяем различные методики, чтобы очистить уголь от посторонних предметов перед отправкой, например, в Японию, где за каждую гайку или винтик в угле последуют большие штрафы.

Наши вагоны идут открытыми, и в них могут оказаться любые предметы. Поэтому уголь должен пройти процесс детектирования металла и очистки. Это обеспечивают несколько уровней автоматизации. Если на конвейере обнаруживается металл, автоматический станок выбрасывает метр угля на соседнюю ленту, где выделяются уже конкретные 10 см угольной полосы с посторонним предметом. После очистки вручную, оператором, уголь возвращают обратно, на главный конвейер.

— Мы видели много различных оценок внедрения роботизированных систем, которые проводили угольные компании в Австралии и Южной Африке. Да, применение дронов позволяет добиться экономического эффекта, он особенно заметен при изначально высоком уровне зарплат работников. Роботы могут управлять грузовиками, работать в шахтах, выполнять самые опасные работы. И хотя отрасль проявляет большой интерес к автоматизации в этой сфере, массового использования дронов пока не наблюдается.

СУЭК подходит к оптимизации постепенно, мы стремимся сначала оценить возможные преимущества, очертить тот уровень экономии, которую дает автоматизация. Перед тем как переходить на роботизированную технику, мы наняли для управления большегрузными автоматизированными самосвалами водителей-женщин. За счет других паттернов поведения была достигнута экономия топлива на уровне 5%, снижено количество поломок, а также повышены точность и аккуратность работ. Учитывая, что траектория движения подобной техники известна заранее, полностью автоматизированные решения позволят в перспективе достичь еще большей экономии, и на данный момент мы прорабатываем вопрос применения таких систем.

— Можно выделить несколько потенциальных сфер применения ИТ. Например, формирование угольных смесей, которых ждут от нас конечные потребители — электростанции.

На территории нашей страны добывается дюжина различных сортов угля. И мы заинтересованы в том, чтобы составить из них необходимые смеси для заказчиков при минимальных затратах с нашей стороны. Это своеобразный аналог оптимального рациона, который в свое время разрабатывался военными для питания в армии. Каждый солдат должен был получать нужное количество питательных веществ при минимальной стоимости продуктовой корзины. Также и в СУЭК: сегодня внедрены системы-оптимайзеры, которые помогают сформировать план добычи из различных месторождений, транспортировки и смешивания различных сортов угля, чтобы мы могли продать его с максимальной маржой и минимальными затратами. С этим, например, позволяют справиться технологии компании River Logic, использующие методы линейного программирования.

Однако решение статических задач планирования — только одна сторона медали. У «длинных» контрактов, как известно, самая низкая маржинальность. Спотовые контракты позволяют продавать выгоднее всего, при этом их появление сложно спрогнозировать. Они «вспыхивают», когда другие угольные компании не могут выполнить свои обязательства по самым разным причинам. Например, внезапные потребности в угле нередко возникают из-за затяжных штормов у берегов Австралии, когда их порты закрыты неделями. Такие контракты дают на 50% больше прибыли, а их доля в общем объеме может составлять 20–30%. Это очень выгодно, но где взять уголь «здесь и сейчас»? Специально хранить его для этого не получится — уголь при этом или воспламеняется, или рассыпается. Использовать дополнительные вагоны и держать их в резерве? Такой вариант бьет по кошельку.

Поэтому перед нами стоит задача позиционирования вагонов на просторах нашей необъятной родины с учетом вероятности возникновения «взрывного» спроса и исключения потерь, связанных с простоями. Мы попробовали решить эту задачу своими силами и добились определенных, но странных результатов. Выводы не совпали с наблюдениями наших опытных диспетчеров, а проведение полноценного эксперимента на основе этих данных обошлось бы очень дорого в случае неудачи. Поэтому сейчас мы ведем переговоры с несколькими компаниями, специализирующимися на больших данных и машинном обучении, чтобы они предложили свои варианты решения этого вопроса.

Наконец, поскольку мы торгуем на биржах, возникают задачи автоматизации в сфере хеджирования рисков. Что делать, если цена угля упадет? В разных контрактах она бывает определена по средним показателям определенного рынка, зафиксирована или привязана к прочим показателям. Нужно ли при падении продавать бумаги и когда стоит это делать? В этой сфере определенно требуется применение искусственного интеллекта, и сейчас мы рассматриваем такую возможность. Например, в компании уже в ближайшее время может быть внедрена система, позволяющая проводить анализ потока информации, идущей от Bloomberg и с различных бирж. Она позволит нам автоматизировать трейдинг и быстрее реагировать на различные тенденции на рынке ценных бумаг.

Другими словами, сегодня перед СУЭК стоят сложные задачи, требующие применения технологий искусственного интеллекта, машинного обучения, анализа больших данных, объединения самых разных объектов и устройств в единую сеть. Однако я бы не сказал, что наш путь к Индус­трии 4.0 идет революционно. В угольной промышленнос­ти это, скорее, поступательная, планомерная эволюция.