Blogi: Digitalisaation ratkaisut
Share to Facebook Share to Twitter Share to Twitter More...

Blogi: Mineraalinkäsittelyyn mullistus digitalisaatiolla

Tuottavuus on monen kaivosalan toimitusjohtajan agendan kärkikohde. Sen ei tarvitse tarkoittaa henkilöstömäärän vähentämistä, vaan sama tavoite voidaan saavuttaa tehostamalla tuotantokaluston käyttöä. Uusiin projekteihin ja aiempien projektien merkittäviin laajennuksiin kannattaa investoida vasta, kun on varmistettu, että supersyklin aikana tehdyistä suurista tuotantokoneinvestoinneista saadaan ensin irti paras mahdollinen hyöty.

Kaivostoiminnan tuottavuusjahti

Käyttöomaisuuden optimointi on jo arkipäivää kaivosalueen sisäisissä kuljetuksissa. Koska nämä kuljetukset saattavat lohkaista jopa 40 % osuuden kaikesta kaivostoiminnan energiankulutuksesta – tuomatta lopputuotteeseen varsinaisesti mitään lisäarvoa – kuljetuskalusto on todettu sopivaksi paikaksi aloittaa optimointityö. Kuljetukset kaivoksilta satamiin, yleensä rautateitse, muodostavat usein toiminnan pullonkaulan. Näiden kuljetusten optimointi ja aikataulutus on siis toinen tärkeä tuottavuuden parannuskohde. Työtä saatetaan ohjata suurista etävalvontakeskuksista käsin, kuten esimerkiksi Rio Tinton keskuksessa Perthissä.

Seuraavana katse kannattaakin suunnata kaivoksen mineraalinkäsittelylaitokseen. Siellä koneiden OEE-tehokkuusindikaattori on usein vain 60–70 % ja talteensaamisaste vaihtelee, joten optimointivaraa vaikuttaisi olevan runsaasti.

Tuotannon lisäämisen esteiden selvittäminen on tärkeä ensimmäinen askel, kun halutaan varmistaa tuotantosuunnitelmien toteutuminen. Muuttuvat malmin ominaisuudet, kaivoksen vaihtelevat tuotantomäärät, sääolosuhteet sekä murskaimen ja myllyn kulutuspintojen kuluminen johtavat suuriin ja ennakoimattomiin vaihteluihin monissa prosessin osissa. Tämä voi johtaa laitoksen pullonkaulojen jatkuvaan siirtymiseen tuotantoprosessin osasta toiseen. Kun näihin lisätään vielä odottamattomat koneiden käyttökatkot, tuotannon maksimointi aiheuttaa laitosten johtajille ja operaattoreille taatusti harmaita hiuksia. Yksittäisen koneen käytettävyyden ja tehokkuuden parantaminen ilahduttaa kyllä huoltohenkilökuntaa ja luotettavuudesta vastaavaa päällikköä, mutta jos kyseessä ei ole prosessin pullonkaula, vaikutus koko laitoksen tuottavuuteen voi jäädä vähäiseksi. Monissa kaivoksissa onkin pyritty ratkaisemaan vaihtelusta johtuvat ongelmat rakentamalla ylisuuri varakapasiteetti.

Siten vaikka optimointivaraa näyttäisi olevan runsaasti, mineraalinkäsittelylaitoksen tuottavuuden merkittävä kehittäminen on osoittautunut hankalaksi toteuttaa käytännössä.

Tulevaisuuden mineraalinkäsittelylaitos: täysremontti vai nykyisen järjestelmän optimointi?

Uuden teknologian ansiosta valittavana on nyt kaksi perusvaihtoehtoa tulevaisuuden mineraalinkäsittelylaitoksen visiointiin.

Ensimmäinen vaihtoehto on koko prosessin uudelleenjärjestäminen. Uudet räjäytys- ja esirikastustekniikat, kuten valikoiva louhinta, UHIB-räjäytysteknologia, louhokseen sijoitetut murskaus- ja kuljetusratkaisut (IPCC) ja malmin esilajittelu voivat tuoda suuria muutoksia mineraalinkäsittelylaitoksen tehtäviin. Kun kivenmurskausta siirretään prosessissa ylävirtaan tai käsiteltäväksi valitaan vain osa materiaalista, uusi teknologia muuttaa koko materiaalivirtaa louhoksesta tehtaalle asti. Samalla energian ja veden käyttö tehostuu ja mineraalinkäsittelyn kulurakenne muuttuu täysin. Valitettavasti näin suuri muutos vaatii suuren pääomainvestoinnin, joka on yleensä taloudellisesti perusteltavissa vain, jos kyseessä on uusi hanke tai merkittävä laajennus. Tästä uudesta teknologiasta  ei siten ole juuri hyötyä kaivosjohtajalle, joka yrittää maksimoida laitoksensa käyttöomaisuuden tuottavuutta erittäin tiukan investointibudjetin puitteissa.

Toinen vaihtoehto on asentaa jo toiminnassa olevaan mineraalinkäsittelylaitokseen digitaalinen ohjaus ja optimointi. Tämän vaihtoehdon selvänä etuna on, että aiemmin tehdyt investoinnit eivät mene hukkaan; ne säilyvät uuden rakenteen pohjana.

Digitaalinen ohjaus ja optimointi ei toki ole uusi asia mineraalinkäsittelyssä. Aiemmat prosessien optimointimenetelmät, kuten kehittynyt prosessinohjaus, ovat kuitenkin olleet vain osittaisia ratkaisuja. Ne ovat vaatineet paljon kunnossapitoa ja koulutusta, jotta optimointi on toiminut oikein ja investoinnista on saatu paras hyöty myös pitkällä aikavälillä.

Nykyaikaisissa kaivoksissa kerätään paljon historiadataa, jotka ovat arvokas resurssi. Historiatietokantojen prosessi- ja laitedataa ei kuitenkaan juuri analysoida tai käytetä muuhun kuin kaikkein tavallisimpien trendikuvaajien luomiseen ja päivä- tai kuukausiraportteihin. Kaivoksilla on usein pulaa osaavista analyytikoista, ja tiivistetystä historiadatasta on vaikea tunnistaa hyvin lyhytkestoisia ilmiöitä. Kaivoksen henkilökunnalla ei myöskään aina ole tarvittavaa syvällistä prosessi- ja laiteymmärystä, jotta järjestelmän tuottamien tuhansien datatagien ja hälytysten tulkitseminen olisi mahdollista. Vikatilanteessa operaattori saattaakin saada syliinsä valtavan hälytystulvan, jonka perusteella on inhimillisesti mahdotonta ymmärtää koko tilannekuva.

Nykyiset pilvipohjaiset ratkaisut, hajautettu analytiikka, uusi anturiteknologia, lisääntynyt automaatio ja turvalliset verkkoyhteydet mahdollistavat kuitenkin järjestelmät, joita ei aiemmin osattu edes kuvitella. Pilveen voidaan kerätä ja siellä voidaan analysoida valtavia määriä kone- ja prosessidataa, ja parhaat asiantuntijat voivat valvoa järjestelmiä etätoimintona. Laitoksen operaattorit, kunnossapito ja luotettavuudesta vastaava henkilökunta voivat lisäksi saada avukseen koneälypohjaiset algoritmit, jotka auttavat hahmottamaan kunkin koneen ja koko prosessin kunkinhetkistä tilaa ja suorituskykyä. Laitevalmistajat, jotka itse tuntevat laitteistonsa parhaiten, voivat tarjota etäyhteydellä tietoa järjestelmien suorituskyvystä, luotettavuudesta ja operoinnista.

IoT mineraalinkäsittelyn mullistajana

Ensimmäinen käytännön askel mineraalinkäsittelylaitoksen digitalisointiin onkin laajentaa jo olemassaolevia säätöjärjestelmiä Internet of Things (IoT) -ratkaisulla. Ratkaisussa kerätään eri laitteiden dataa pilveen ja valvotaan koneiden tilaa etänä niin ihmistyövoimalla kuin tietokonealgoritmienkin avulla. Tämä ei eroa kovin paljoa siitä, miten joissakin kaivosyhtiöissä jo hallitaan kuljetuskalustoa ja rautatiekuljetuksia, joista mainitsinkin edellä.

Oikein toteutetun IoT-strategian etuja ovat koneiden parantunut luotettavuus, tuottavuus, turvallisuus, laatu sekä käyttökatkojen vähentyminen. IoT mahdollistaa myös kunnossapitoprosessin optimoinnin, kun korjaavasta huollosta voidaan siirtyä kuntoperusteiseen ja ennakoivaan kunnossapitoon. Suunniteltuja huoltoseisokkeja voidaan lyhentää, kun dataa käytetään kuluvien osien vaihdon synkronointiin, varaosatilausten tehokkaaseen hallintaan ja seisokin kriittisen polun minimointiin. IoT-ratkaisusta tuleekin luotettavuuteen keskittyvän kunnossapitostrategian selkäranka.

Dataa, jota aletaan kerätä tuotantokriittisimmistä laitteista, voidaan myöhemmin hyödyntää myös prosessin optimoinnissa. Uudet anturiteknologiat mahdollistavat monien sellaisten muuttujien mittaamisen ja hallinnan, joita ei ole aiemmin voitu kontrolloida. Tällaisia ovat esimerkiksi myllyn kulutuspinnan kulumisen seuranta ja kierron hiukkaskoon jakautuminen tai monet yksinkertaisemmat muuttujat, kuten seulan syötön tasaisuuden valvonta. Reaaliaikainen tuotantorajoitusten analysointi helpottaa pullonkaulojen tunnistusta ja poistoa, joka voi jo yksinään johtaa keskimäärin 21 prosenttia suurempaan vuosituotantoon (tutkimus: Bain & Company). Tuotannon suunnittelu ja aikataulutus on entistä luotettavampaa, kun se perustuu yksityiskohtaisiin laitteistojen tehokkuustietoihin. Etävalvonnasta huolehtiva asiantuntija voi myös kompensoida prosessin vähittäisiä poikkeamia tekemällä muutoksia MPC-algoritmeihin ja asiantuntijajärjestelmiin. Ajan mittaan IoT ja säätöjärjestelmät alkavatkin sulautua yhteen ja muodostavat kaikenkattavan prosessinoptimointijärjestelmän.

Tätä taustaa vasten voidaankin todeta, että IoT-ratkaisun käyttöönotto on tärkeä ensimmäinen vaihe, kun mineraalinkäsittelyn tuottavuutta halutaan nostaa merkittävästi digitalisaation avulla. Seuraavassa blogitekstissäni annan neljä vinkkiä tämän muutoksen toteutukseen. Lue vinkit muutoksen toteutukseen blogistani täältä.


Bloggaaja

Jani Puroranta

Chief Digital Officer

Kuulemme mielellämme kommenttisi
Kaivosala

Metso Facebookissa

Metso Twitterissä