Информатизация в горном деле

Горные предприятия с точки зрения изучения, проектирования и управления относятся как геосистемы к высшей категории сложности. Они представляют собой многопараметрические и многофакторные природно-технологические объекты, развивающиеся в пространстве в течение длительного времени (20-30 лет и более) и характеризующиеся большими объемами различного вида информации:
- геологической, включающей в себя результаты экспериментальных исследований свойств и качественного состава полезных ископаемых, других георесурсов и вмещающих пород, характеристику напряженно-деформированного состояния и структурных неоднородностей породного массива, гидрогеологические особенности и структуру месторождений и процессов, происходящих в недрах при их освоении;
- геометрической, включающей элементы месторождений полезных ископаемых и других георесурсов, а также технологии горных работ, рассматриваемые в трехмерном пространстве горного отвода;
- технологической и технической, включающей параметры и качественные характеристики элементов горных выработок, горно-транспортного оборудования и технологических процессов;
- экологической, отражающей взаимодействие технологических процессов горного производства и природных объектов - недр, поверхности земли, окружающей атмосферы, водных ресурсов;
- экономической, содержащей показатели и оценки расхода ресурсов, показатели ценности продукции, интенсивности и эффективности производства работ и т.д.
Большое значение имеет также систематическое пополнение информации о результатах научно-исследовательских работ.
Основные параметры и определяющие факторы (геометрии, количества, качества, динамики) находятся в сложной взаимосвязи и в комплексе составляют для каждого объекта настолько значительный информационный массив данных, что получение достоверных выводов в большинстве задач изучения освоения недр, принятия решений в проектировании и управлении горным предприятием возможно лишь на основе компьютерных информационных систем.
В обобщенном виде процесс информационного обеспечения в любой области деятельности включает три стадии: измерение и регистрация данных об объекте; обработка, отбор и хранение данных; анализ, обобщение и выработка альтернатив решений. Каждая из перечисленных стадий обеспечивается соответствующей подсистемой: информационно-измерительной, информационновычислительной, моделирующей и т.д. Системный подход в информационном обеспечении изучения освоения недр, а также работы горных предприятий реализуется с помощью информационных (компьютерных) технологий, представляющих определенную последовательность процедур, характерных для всех трех стадий. При этом используется различная по форме информация об объекте: описательная (текстовая часть отчетов и проектов, заключения); графическая (карты, разрезы, графики, номограммы); цифровая (показатели свойств, состава, параметров состояния среды, результаты работы оборудования и предприятия); аналитическая (зависимость качества, состояния, структуры и геометрии объекта от координат пространства и времени).
Информационные технологии при их использовании в горном деле обеспечивают новый качественный уровень сбора, накопления, обработки информации о различного рода горных и природных, в том числе геологических, объектах при проектировании и конструировании сложных природно-технологических систем на базе АИС (автоматизированная информационная система), САПР (система автоматизированного проектирования) и др. Это позволило значительно увеличить объемы оперативно обрабатываемой информации, агрегировать разнородные информационные массивы (геологические, геометрические, технологические и др.) в задачах управления, математического моделирования и оптимизации горных предприятий, повысить достоверность принимаемых решений.
Информационное обеспечение технологическими процессами на уровне АСУТП (автоматизированная система управления технологическими процессами) состоит в представлении необходимой информации в систему диспетчерского управления с целью оперативного обнаружения критических ситуаций, информативной поддержки решений по предупреждению и ликвидации нарушений в ходе производства. На более высоком уровне организации используется АСУП (автоматизированная система управления предприятием), состоящая из модулей, накапливающих технологическую информацию в иерархическом порядке и представляющая технико-экономическую и горно-техническую информацию о предприятии в целом.
На первом этапе автоматизация технологических процессов была основана на использовании локальных систем и средств получения первичной информации с принятием решения без учета других факторов. В дальнейшем перевод машин и оборудования на путь автоматизированного управления выявил несогласованность при совместном взаимосвязанном управлении ими. Поэтому при значительном увеличении потока поступающей информации стали применять современные средства вычислительной техники, обеспечивающей выполнение большого числа вычислительных операций в реальном масштабе времени с разработкой алгоритмов, по которым может быть обработана информация для выявления опасных тенденций в поведении рудничной среды, предаварийных ситуаций.
Горная информатика явилась следствием и продолжением работ по САПР горных предприятий, АСУТП и АСУП и сформировалась в результате развития методов измерения и математического моделирования, отвечающих уровню современных компьютерных технологий и связывающих единой информационной базой объекты и задачи физики, геологии, горного дела, топографии, горной экологии и экономики.
Общая тенденция нарастания компьютеризации в мировой практике оказывает непосредственное влияние на горные науки и приводит к необходимости пересмотра взглядов на значение собственно информации и информационной деятельности. Если до недавнего времени в нашей стране информатизация сводилась лишь к процессам обмена научно-технической информации, к разработке информационно-поисковых систем, то сейчас основной интерес состоит в системном анализе, обобщении и интерпретации комплексной разноуровневой информации. При этом открылось очень важное следствие компьютерного развития - объективно обусловленная необходимость переоценки значения собственно информации и процессов ее производства, хранения, преобразования и потребления, а свойство компьютера быть универсальным преобразователем информации делает распространение современных информационных технологий всеобъемлющим.
Создание и развитие информационных систем для горно-геологического научного комплекса проходило в два этапа. На первом этапе возникли методы и средства разовых измерений основных физических свойств и качественных характеристик полезных ископаемых и вмещающих пород. Далее были разработаны средства для автоматизации таких измерений при исследовании горных пород, затем - автоматизированы функции регистрации, хранения, анализа и воспроизведения простейшей информации.
Доступ в ЭВМ на втором этапе обеспечил в 60-70-е годы прошлого века развитие программного обеспечения - отдельных программ, реализованных в виде картографической базы данных, увеличение мощности ЭВМ. Созданная в 70-80-х годах система программ обеспечила возможность обработки и анализа пространственных данных. Последнее десятилетие привело к созданию автоматизированных систем обработки и банков данных, возможности построения и анализа моделей и т.д.
В горной информатике большое значение имеют следующие обстоятельства.
Во-первых, представление о предмете горных наук в целом. Если, как было признано ранее, горные науки изучают производство на всех его стадиях - моделирования (проектирования), создания и далее, вплоть до ликвидации горных предприятий, и делается это с учетом эксплуатации месторождений полезных ископаемых, изменяющих свои свойства горных массивов, результирующих показателей деятельности, то внешний контур необходимого информационного массива данных, каким бы большим этот массив не был, будет соответствовать «предельной» проблеме: что есть горное производство и в какой степени совершенным оно может быть?
В том случае, если эта «предельная» проблема интерпретируется так, чтобы установить, что есть техногенно-изменяемые недра Земли и насколько рациональным с позиций устойчивого развития существующих ныне и будущих поколений должно быть их преобразование исходя из общего критерия сохранения и увеличения сосредоточенного в них национального богатства в результате выявления в недрах и применения новых георесурсов, то внешний контур информационного массива и его внутренняя структура, а также интегральный критерий развития будут уже иными.
Во-вторых, информация в горном деле обладает двойственной природой -она объективна, как и любая другая, но она же наряду с этим имеет четкий адрес. Этот адрес подразумевает конкретное лицо, принимающее решение (ЛПР), а точнее - должностное положение такого лица, реализующего соответствующие этому положению функциональные обязанности в иерархии управления освоением и сохранением недр. К категории ЛПР необходимо отнести также ученых, изучающих недра в горном деле в тех или иных областях знаний в меру своей профессиональной ориентации, должностной и научной компетенции. С этой же точки зрения следует рассматривать и работников высшей горной школы.
Поскольку проблемы информации в горном деле должны рассматриваться в связи с принятием конкретных решений (с точки зрения науки, проектирования, управления производством, социальной ориентации коллективов трудящихся, оздоровления экологической ситуации, повышения профессионального уровня работников управления и др.), сама информация всегда организована в проблемно ориентированные информационные системы с более или менее устойчивой структурой и четкими границами. В наибольшей степени устойчивость и определенность границ в системах информации свойственны горному образованию, проектированию горных предприятий и управлению ими, в наименьшей - научным исследованиям.
При этом расширение границ применения современных информационных технологий в горном деле в силу своей природы вносит весьма сильную регламентацию в весь процесс пользования информацией, делая совершенно необходимым сквозную информационную совместимость, в частности, в разработке баз данных и банков знаний. Такой регламентацией сейчас охватывается и научная деятельность. Информация структурируется и системно организуется в целом по областям знаний горных наук, в них - по отдельным горным наукам, затем - по соответствующим основным научным направлениям, задачам, темам и т.д.
Аналогично обстоит дело и в горных вузах, где «банки знаний» и «базы данных» соответствуют учебным специальностям и специализациям. В равной степени это относится и к научным квалификационным специальностям.
В-третьих, исходя из положения и системной организации информации предъявляют соответствующие требования (или допущения) к ее составу, объему, достоверности и другим характеристикам. Так, для аппарата управления предприятием многие требования к информации становятся понятными из Стандарта предприятия и разрабатываемых на его основе положений о функциональных отделах и должностных обязанностях работников этих отделов. Для проектировщиков требования к информации следуют из Методики проектирования предприятий и Норм технологического проектирования, разрабатываемых и утверждаемых в недавнем прошлом в каждой отрасли горнодобывающей промышленности.
В целом, применительно к промышленности, можно привести весьма обширный перечень различных нормативно-технических документов, обязательных к использованию и дающих вполне определенное представление об источниках получения, составе, объеме требуемой информации.
Многие параметры необходимой информации задают исходя из специфики и назначения тех или иных способов воплощения информационных технологий. Так, необходимость автоматизации технологических процессов и оперативнодиспетчерского управления может быть вызвана усложнением внутрипроизводственных связей, в частности, из-за ухудшения горно-геологических условий разработки месторождений, интенсификации горных работ, становления рыночных условий хозяйствования или по другим причинам. Этим определяются новые требования к информативной оперативности и достоверности, уровню организации управления технологическими процессами и предприятием в целом. Уровень же автоматизации технологическими процессами зависит от возможности осуществления самого автоматизированного оперативного контроля, что в большинстве случаев ограничивается отсутствием методов такого контроля.
Автоматизированные системы управления производством разрабатывают исходя главным образом из его организационной структуры, а также из требований документооборота и отчетности.
Следует заметить, что совокупности требований к информации, обеспечивающей принятие тех или иных решений по поводу освоения недр на всех уровнях и во всех формах деятельности, сами составляют подобно системам информации некие не вполне определенные системы. Так, например, методы анализа вещественного и минерального состава твердых полезных ископаемых, используемые в практике геолого-разведочных работ, могут в некоторых случаях определить выбор способа разведки месторождений и их оценку, что, в свою очередь, обусловит производственную мощность предприятия, степень полноты и комплексности освоения запасов, многие экономические и экологические характеристики производства.
В-четвертых, когда речь идет об информации в горном деле, обычно подразумевается информация знаковая (число, точка, линия, буква). Это дает возможность оценивать объем информации, ее качество с точки зрения создания условий для сбора, передачи, обработки и т.д. Вместе с тем инженерный или научный вывод (это хорошо известно горнякам) никогда не основан на операциях только с такой информацией. Вывод, решение в горном деле всегда подразумевает использование неформализуемой информации, объем которой зависит от опыта ЛПР и его интеллекта, интуиции, знания общей для данной задачи обстановки. Причем чем масштабнее задача, тем более значимы последствия ее решения, чем больший объем знаковой информации привлекается для этого, тем более значимой, преимущественной, становится роль информации неформализуемой. Следовательно, результат использования информации зависит, при прочих равных условиях, от личностных качеств лица, принимающего решение, которое в конечном счете и определяет рациональные информационные пределы своей деятельности.
В завершение подчеркнем, что проблемы информации - это проблемы снижения до рациональных пределов уровня неопределенности в любой профессионально ориентированной и системно организованной области деятельности. Факторы, которые обусловливают неопределенность решений в горном деле, и слагаемые неопределенности связаны здесь со спецификой именно этой сферы научных знаний и производства. Вместе с тем эти факторы и слагаемые указывают на те направления научных исследований, где могут быть получены результаты, превышающие информированность и, следовательно, снижающие неопределенность в деятельности лиц, принимающих решения в области освоения и сохранения недр.

---