Выпускники кафедры информатики Уральского государственного горного университета Владимир Костин и Юлия Мозговая (гр. ИНФ.м-24) защитили магистерскую диссертацию на тему «Исследование и разработка системы управления буровым станком для подземных горных работ с применением кибериммунного подхода» (научный руководитель – доцент кафедры информатики Евгения Волкова).
Практическим результатом исследования стал образец программно-аппаратного комплекса «Помощник бурильщика», который уже проходит опытные испытания и готовится к отправке на рудник. Главная задача новой технологии – 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. 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», – рассказывает Юлия Мозговая.
Разработанная магистрами УГГУ 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. 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», – объясняет Владимир Костин.
Прототип «Помощника бурильщика» прошел серию испытаний, во время которых моделировались различные внештатные ситуации. Каждый сценарий прогонялся на двух системах – классической (без защиты) и кибериммунной.
Результаты впечатляют: 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.
Программно-аппаратный комплекс «Помощник бурильщика» создавался в рамках научно-исследовательского проекта, который кафедра информатики УГГУ реализует совместно с АО «Машиностроительный холдинг». Уже к концу 2026 года первая буровая установка, оснащенная новым технологическим решением, отправится на рудник.
Добавим также, что во время учебы в УГГУ Владимир Костин и Юлия Мозговая активно совершенствовали свои навыки в области кибериммунной разработки не только в ходе написания диссертации, но и на соревновательных площадках. В 2024 году в составе команды «ANT» они приняли участие в инженерных соревнованиях по кибериммунной автономности интенсива «Архипелаг» на Сахалине. Задачей соревнований было запрограммировать автономную беспилотную систему, которая сохраняет работоспособность даже в условиях агрессивной среды и попыток внешнего вмешательства.
В 2025 году Владимир продолжил участие в «Архипелаге» уже в Сколково. На этот раз соревнования собрали 19 сборных со всей страны, команда «ANT» завоевала третье место. В этом году «ANT» уже прошла отбор на новые состязания, которые на днях стартовали в Нижнем Новгороде.
Напомним также, что направление кибериммунной разработки кафедра информатики УГГУ развивает с 2024 года совместно с «Лабораторией Касперского. В 2025 – 2026 гг. на базе кафедры прошли две Всероссийские олимпиады по кибериммунной разработке. В этом году индустриальным партнером олимпиады выступило ПАО «Уралмашзавод».
