ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.6
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-3-5-13
Аннотация
В горно-металлургическом комплексе (ГМК) работы в ограниченных пространствах (подземные выработки, технологические аппараты, коммуникации) сопряжены с высоким травматизмом (смертность в 3–5 раз выше среднепромышленной) и значительными экономическими потерями из-за простоев оборудования (20–30% фонда времени). Существующие роботизированные решения недостаточно адаптированы к условиям сенсорного вакуума, запылённости и динамическим изменениям среды. Целью работы является разработка концептуальных основ, архитектуры и научно-методического аппарата (включая формальные модели) для создания ситуационно-адаптивных мобильных автономных платформ (САМП), предназначенных для безопасного и эффективного выполнения задач в ограниченных пространствах ГМК. В качестве методов исследования использован системный анализ статистики травматизма и экономических потерь, методология FMEA для формализации требований, имитационное моделирование в цифровых двойниках (Unity, Unreal Engine с PhysX), лабораторное прототипирование на стендах «искусственная шахта» и «термобарокамера», а также полевые испытания на промышленных объектах. Научная новизна заключается в предложении концепции САМП на принципах модульности, контекстной автономности и глубокой киберфизической интеграции; в разработке гибридной модели SLAM для навигации в условиях сенсорного вакуума (ошибка позиционирования 0,8 м на 500 м против 4,2 м при использовании только лидара) и модели энергопотребления с оптимизацией затрат на топливо и деградацию аккумулятора. В результате систематизированы типовые ограниченные пространства ГМК, формализованы требования к платформам. Показано, что внедрение САМП позволяет снизить травматизм в целевых операциях на 70–90%, повысить производительность на 15–25%, сократить затраты на ремонт на 25–40%. Срок окупаемости парка из пяти платформ составляет 2,5–3 года. Практическая значимость состоит в предоставлении предприятиям ГМК структурированной методологии перехода к роботизации работ в ограниченных пространствах. Направления дальнейшего развития включают экспериментальную валидацию на полноразмерных прототипах, разработку самообучающихся алгоритмов семантического анализа дефектов и создание отраслевых стандартов обмена данными с цифровыми двойниками.
Ключевые слова
мобильная автономная платформа, ограниченное пространство, горно-металлургический комплекс, ситуационная адаптивность, математическая модель, совокупная стоимость владения, промышленная безопасность
Для цитирования
Пашко А.Д., Великанов В.С., Булганина М.Ю. Разработка концепции ситуационно-адаптивных мобильных автономных платформ для ограниченных пространств горно-металлургического комплекса // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №3. С. 5-13. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-3-5-13
1. Ростехнадзор. Статистические данные о производственном травматизме за 2020-2022 годы. URL: https://www.gosnadzor.ru/ (дата обращения: 15.10.2023).
2. Правила по охране труда при работе в ограниченных и замкнутых пространствах (утв. приказом Минтруда России от 15 декабря 2020 г. N 902н).
3. Карпушин А.В., Фролов М.С. Экономика цифровой трансформации горного предприятия: оценка потерь от простоев // Горный журнал. 2022. № 5. С. 67–73.
4. Thrun S., Burgard W., Fox D. Probabilistic Robotics. MIT Press, 2005. 647 p.
5. Pfeiffer M., Haghani T. Robotics for Mining: A Systematic Literature Review and TCO Analysis // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2023, vol. 37, no. 3, pp. 189–215.
6. Khamis A., Jiang J. Sensor Fusion and SLAM in Industrial Environments: Challenges and Solutions // Journal of Industrial Information Integration. 2022, vol. 28, p. 100354.
7. Epiroc. Annual and Sustainability Report 2022: Driving Productivity and Sustainability. URL: https://www.epiroc.com/ (дата обращения: 20.01.2026).
8. Sandvik. AutoMine® Benchmarking Study: Productivity and Cost Analysis. Internal Report Summary, 2021.
9. Головань В.И., Семенов Д.А. Моделирование динамики мобильного робота в средах со сложным рельефом // Инженерный вестник. 2021. № 4. С. 45–52.
10. Brooks R.A. A Robust Layered Control System for A Mobile Robot // IEEE Journal of Robotics and Automation. 1986, vol. RA-2, no. 1, pp. 14–23.
11. Патент RU 2704048 C1. МПК B25J 5/00 (2006.01) Модульная мобильная робототехническая платформа / Савельев А.И., Харьков И.Ю., Павлюк Н.А., Карпов А.А. Патентообладатель ФГБУН СПИИРАН, №2019105802, заявл. 28.02.2019, опубл. 23.10.2019.
12. Smith J., Chen L.Total Cost of Ownership (TCO) Analysis for Industrial Robotics / J. Smith, // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2023, vol. 79, pp. 102443.