Уральцы создали «Помощник бурильщика» на принципах кибериммунитета

Изображение от WIRESTOCK на MAGNIFIC

Выпускники кафедры информатики Уральского государственного горного университета (УГГУ, Екатеринбург) Владимир Костин и Юлия Мозговая разработали программно-аппаратный комплекс «Помощник бурильщика» и защитили на эту тему магистерскую диссертацию.

Как сообщили в УГГУ, образец «Помощника бурильщика» уже проходит опытные испытания и готовится к отправке на рудник в составе буровой установки к концу 2026 года. Главной задачей новой технологии стало повысить точность и стабильность работы датчиков бурового станка.

«Современное буровое оборудование представляет собой сложный комплекс со множеством автоматизированных систем и датчиков. При этом значительная часть операций по-прежнему зависит от действий оператора, что увеличивает вероятность ошибок, — пояснила актуальность разработки Юлия Мозговая. — Другая, не менее важная проблема — отказы и сбои самой системы управления. В реальной эксплуатации датчики бурового станка постоянно подвергаются воздействию помех: например, вибрации искажают показания инклинометров, электромагнитные наводки от мощного силового оборудования «зашумляют» сигналы линейных датчиков, а в условиях подземных выработок нередко происходят обрывы связи. Классическая система управления будет принимать любые показания датчиков за истину, поэтому даже небольшая погрешность в данных может привести к тому, что станок начнет бурить в неверном направлении или столкнется с крепью выработки».

Разработанная система построена на принципах кибериммунитета — подхода, при котором безопасность и отказоустойчивость закладываются в архитектуру на этапе проектирования. Поэтому, даже если отдельные компоненты системы будут скомпрометированы, она продолжит выполнять критические функции и не допустит аварийных ситуаций.

Архитектура решения разделяет все компоненты на три уровня доверия: недоверенные домены (камеры, пульт оператора, внешние каналы связи), доверенные домены (критические вычислительные модули) и домены повышения целостности данных. Коммуникация между всеми компонентами осуществляется исключительно через брокер сообщений под контролем «Монитора безопасности» — единственного субъекта, который принимает решения о том, какие сообщения можно передавать, а какие нужно заблокировать.

«В кибериммунной системе «Монитор безопасности» проверяет каждое сообщение с датчика: если показания выходят за разумные пределы или не соответствуют показаниям других датчиков, сообщение блокируется, а в журнал аварий записывается предупреждение, — комментирует Владимир Костин. — Система переходит в безопасный режим или продолжает работу, используя последние достоверные данные. Аналогично работает защита от обрыва связи с энкодером поворота или от постепенного дрейфа датчика наклона — любые аномалии изолируются и не влияют на управление».

Прототип «Помощника бурильщика» прошел серию испытаний, во время которых моделировались различные внештатные ситуации. Каждый сценарий прогонялся на двух системах — классической (без защиты) и кибериммунной.

В УГГУ заявили о впечатляющих результатах: классическая система в каждом случае обрабатывала скомпрометированные данные и продолжала работу, что приводило к ошибкам позиционирования до 3152 мм. В реальных условиях это означало бы столкновение стрелы буровой установки с крепью выработки или бурение в совершенно неверной точке. При этом кибериммунная система обнаружила и нейтрализовала все зарегистрированные аномалии, средняя ошибка позиционирования в условиях сбоев составила всего 70 мм.