Алексей Фатеев, технический директор, и Дмитрий Шмонов, инженер-программист компании АИОМ, рассказывают об успешном опыте применения модуля C3D Vision в системе проектирования горных работ PAZL:TAKT.
Около пяти лет назад, еще работая в известной компании Dassault Systèmes и внедряя горно-геологические информационные системы, команда столкнулась с большим количеством рекламаций на программное обеспечение. Это заставило задуматься о создании собственного продукта — современного и удобного инструмента для планирования горных работ, максимально ориентированного на потребности отрасли. Когда Dassault Systèmes покинула российский рынок, появилась возможность реализовать эту идею. Так был организован собственный стартап.
Рис. 1. Сквозная система планирования горных работ
Была поставлена цель — разработать сквозную систему планирования горных работ, охватывающую весь цикл: от стратегического планирования до оперативного управления с передачей заданий на уровень оборудования (рис. 1). Результатом должно было стать интегрированное решение с поддержкой связи с системой диспетчеризации и высокоточного позиционирования. Планы горных работ должны создаваться с помощью современных оптимизаторов, а результаты применяются в качестве управляющих параметров для выполнения плана в системе диспетчеризации. Ход выполнения горных работ в режиме реального времени автоматически учитывается при планировании на следующий период, способствуя ритмичному достижению целей по объему и качеству.
Несмотря на наличие на рынке систем класса APS, применяемых в производственном планировании, специфика горнодобывающей отрасли требует иного подхода. Планирование горных работ включает не только разработку графиков работ, но и объемное планирование, обеспечивающее добычу необходимого объема руды с заданными характеристиками качества.
Важную мысль выразил один из коллег: «Рудник — это не супермаркет. Нельзя взять то, что хочется, — можно взять только то, что возможно». Горное планирование представляет собой пространственную задачу, где необходимо определить точное местоположение и объемы добычи с учетом конечных целей — например, обеспечения стабильной работы обогатительной фабрики. В отличие от классических APS-систем, которые решают задачи перемещения деталей между станками, здесь важно логически увязать пространство, объемы и технологические требования.
Рис. 2. Концепция интерфейса системы
3D-представление планов горных работ стало для нас ключевым элементом всей системы: горный инженер должен сразу видеть, где и что он планирует. Поэтому одним из центральных компонентов платформы стало 3D-окружение, позволяющее не только визуализировать, но и настраивать планы работ непосредственно в пространственной модели без необходимости обращаться к диаграммам Ганта (рис. 2).
Кроме 3D-визуализации, система решает и другие задачи, включая оптимизацию, однако в данном случае упор делался именно на пространственное представление. Мы создали интерфейс, в котором инженер получает одновременный доступ к 3D-модели, объектам оборудования, их свойствам и конфигурации, а также к интерактивной диаграмме Ганта, где все действия синхронизированы.
Для реализации такого решения потребовался подходящий 3D-компонент. Наш предыдущий опыт работы в Dassault подсказывал, что потребуется сторонний движок. Однако среди российских решений мы не нашли готового инструмента, который бы нас устроил — все качественные движки оказались иностранными. Тогда мы обратили внимание на опыт компании «3В Сервис», которая решала схожие задачи в строительной отрасли и уже перешла с решений Dassault на C3D Vision. Мы связались с разработчиками геометрического ядра C3D, и они очень быстро включились в диалог, проявив проактивность и гибкость.
Ключевым фактором стало и то, что C3D Labs предложила специальную программу для стартапов, что позволило нам минимизировать затраты. Мы не были готовы вкладываться в доработку open-source-решений с неопределенным результатом, а здесь получили и готовый инструмент, и поддержку. В результате мы выбрали C3D Vision в качестве основного визуального компонента и начали его интеграцию.
Рис. 3. Визуализация системы планирования и очередности отработки карьера
Разработка решения PAZL:TAKT ведется на платформе .NET WPF, что значительно осложняет выбор подходящего 3D-ядра. Однако использование C3D Vision позволило реализовать необходимые функции. В рамках одного сценария может отображаться несколько карьеров, каждый из которых содержит рудные тела, представленные множеством визуализированных атомарных блоков, — их число может достигать десятков и сотен тысяч (рис. 3). Для каждого блока предусмотрена возможность настройки визуальных параметров: изменение цвета, вращение отдельных элементов, регулировка прозрачности (рис. 4).
Рис. 4. 3D-визуализация горной выработки.
Для удобства взаимодействия с пользователем блоки объединяются в логические группы (сегменты сцены), в рамках которых и осуществляется управление. Каждый блок представлен как MathGroupItem, к которому можно применить изменение параметров. При необходимости поворота пересчитывается его матрица, при изменении цвета — параметр SpecialMaterialColor. Для скрытия элементов используется привязка параметров визуализации к элементам интерфейса, например флажкам, что позволяет управлять отображением целых сегментов сцены.
Рис. 5. Основные требования к инструменту визуализации
Система визуализирует три категории объектов: основные объекты, пользовательские настройки и параметры сценариев (рис. 5). Основные элементы включают добычные и перерабатывающие объекты, а также оборудование, все они представлены в формате OBJ. Поверхности карьеров также загружаются в этом формате и могут быть импортированы пользователем в любой момент. Реализована поддержка специфической триангуляции: пользователь загружает два файла — с координатами точек и с треугольниками, построенными по номерам этих точек. Благодаря геометрическому ядру C3D визуализация происходит эффективно — треугольники загружаются, вычисляются нормали, затем формируется сетка с учетом рассчитанных нормалей. Это требует лишь нескольких строк кода. Пользовательские настройки позволяют изменять параметры подписей объектов: цвет, высоту, шрифт. Эти изменения выполняются динамически и легко реализуются средствами 3D-настроек.
Настройка сценария в данном случае реализована как управление очередностью добычи. Каждая стрелка в системе представлена объектом класса Visual 3D Model, который вращается с помощью курсора мыши и передает угол поворота для пересчета и перекраски блоков. Окно 4D визуализирует расчеты сценария, разбитого на логические периоды. Каждый период соответствует сегменту сцены, в который загружаются экскаваторы с координатами, определяющими их положение в конкретный момент времени. В нужный момент соответствующий сегмент сцены включается или выключается, создавая эффект движения и обеспечивая наглядную визуализацию.
В итоге удалось реализовать окно, близкое к изначальной концепции. Интеграция геометрического ядра C3D в систему PAZL:TAKT дала мощный инструмент для визуализации сложных задач с большим числом объектов и процессов. Благодаря использованию C3D повысилась наглядность: пользователь получает подробную картинку с интуитивно понятными элементами. Улучшилась интерактивность — сценарий можно корректировать и анализировать прямо в процессе работы. Это также обеспечило оптимизацию: визуализация помогает выявлять узкие места, анализировать загрузку техники и корректировать планы добычи. Развитие PAZL:TAKT с использованием геометрического ядра C3D открывает возможности для создания более эффективных и удобных инструментов для специалистов по горному планированию.
Технический директор
АИОМ
Инженер-программист компании
АИОМ
