Branża wydobywcza, jedna z najstarszych gałęzi przemysłu ciężkiego, jest bardzo konserwatywna i odporna na zmiany. Właściwie wyłączając użycie komputerów osobistych do sporządzania dokumentów (głównie raportów lub takich, które są wymagane przez prawo, np. Plan Ruchu), niewiele się zmieniło w porównaniu np. z 1990 rokiem. Niektóre kopalnie mają nowsze maszyny, choć bez problemu można znaleźć i takie, gdzie flota pamięta upadek komunizmu, a nawet stan wojenny. Dla porównania w przemyśle produkującym te maszyny, w firmach takich jak Komatsu, CAT czy Volvo, w tym samym czasie zmieniło się wszystko!

Summary

Digital aggregates
The mining industry, one of the oldest branch of heavy industry, is very conservative and resilient to changes. Excluding the use of personal computers for handling documents (mainly reports or documentation required by law, e.g. an operating plan), actually little has changed in comparison for example with 1990. Some mines have new machines, though mines with machinery which saw the fall of communism or even the martial law in Poland can still be easily found. For comparison, everything has changed in the same time in companies which are the producers of these machines, such as Komatsu, CAT or Volvo.
Keywords: mining industry, Industry 4.0, Fourth Industrial Revolution, digitalisation

A skoro o maszynach mowa, to pamiętam dobrze opór, jaki stawiało górnictwo skalne rozwiązaniom alternatywnym dla koparek przedsiębiernych. Chcąc wymienić stare elektryczne Skody na nowe maszyny, szukano rozwiązań chociażby nieco zbliżonych, a więc koparek przedsiębiernych, ale hydraulicznych. Dopiero trudności z dostępnością tego typu maszyn (większość producentów ich nie oferuje, np. według cat.com najmniejsza koparka przedsiębierna to klasa 300 t znacznie przewyższająca możliwości finansowe i potrzeby produkcyjne przeciętnego kamieniołomu) spowodowały ruch w kierunku ładowarek i koparek podsiębiernych. A ponoć się nie dało, a nawet przepisy zabraniały.

O krok przed dużą zmianą

Obecnie cały przemysł, w tym także wydobywczy, stoi na progu dużej zmiany – cyfryzacji i automatyzacji, która jest często określana ogólnie czwartą rewolucją przemysłową. Podobnie jak poprzednie i ta rewolucja zmieni nieodwracalnie nasz świat. I podobnie jak inne rewolucje nie będzie można jej zatrzymać.

Termin „czwarta rewolucja przemysłowa” został po raz pierwszy użyty na Forum Ekonomicznym w Davos w 2016 roku, a więc niedawno. Wszystko zaczęło się niewiele wcześniej, a mianowicie w 2012 roku, kiedy to rząd Niemiec zainicjował projekt dotyczący przyszłości przemysłu pod roboczą nazwą Industrie 4.0 (Przemysł 4.0). Niemcy szukali drogi dla dalszego rozwoju, upatrując rozwiązań w nowych technologiach i w tym kierunku poszedł opublikowany w 2013 roku raport.

W projekcie Przemysł 4.0 i w czwartej rewolucji przemysłowej chodzi o wprowadzenie rozwiązań cyfrowych i cybernetycznych, które będą zastępować człowieka w pracach o wysokim poziomie powtarzalności, a także niebezpiecznych dla zdrowia i życia, zbyt ciężkich lub monotonnych. Doskonałym przykładem takiego rozwiązania są cieszące się dużym zainteresowaniem próby stworzenia samochodu autonomicznego.

Myślę, że każdy słyszał o Internecie rzeczy, Big Data, Data Mining czy sztucznej inteligencji, może już nieco mniej o połączonym pracowniku (connected worker). Te słowa klucze pojawiają się już od kilku lat, natomiast przez pewien czas niewiele się działo – dlaczego teraz miałoby się zacząć dziać więcej? Powody są co najmniej dwa:

  • Raspberry Pi, Arduino, sensory w standardzie Bluetooth 4.0+,
  • internet mobilny w standardzie 5G.

Raspberry Pi jest minikomputerem, który po raz pierwszy pojawił się na rynku w 2012 roku, a obecnie można już kupić jego trzecią wersję. Jest to w pełni funkcjonalny komputer mający specjalnie dla niego stworzony, darmowy system operacyjny. Oczywiście nie nadaje się do grania w najnowsze gry komputerowe, niemniej jednak jest więcej niż wystarczający do obsługi Internetu. Arduino to mikrokontroler, który po podłączeniu do komputera jest w łatwy sposób programowalny.

Zarówno do Arduino, jaki i do Raspberry można w łatwy sposób podłączyć czujniki, których niezliczone ilości oferują sklepy internetowe. I co najważniejsze – kosztują one bardzo niewiele, bo od trzech do kilkudziesięciu złotych, podobnie jak zresztą Arduino i Raspberry, których ceny zaczynają się od niecałych 200 zł.

Te łatwo dostępne i relatywnie tanie rozwiązania w połączeniu z licznymi samouczkami czy filmami instruktażowymi pozwalają na łatwe tworzenie prototypów rozwiązań. Oczywiście istnieje możliwość bezpośredniego lub pośredniego połączenia z internetem i przesyłania wyników do urządzenia mobilnego lub komputera użytkownika.

Czujniki Bluetooth przeszły liczne metamorfozy, a te dostępne obecnie są przystosowane do funkcjonowania w ramach Internetu rzeczy, mając zasięg do 140 m. Charakteryzują się również dużą szybkością przesyłu danych i niskim zapotrzebowaniem na energię.

W związku z tym, że finanse czy dostępność nie są już przeszkodą w tworzeniu nowych rozwiązań, teoretycznie każdy może stworzyć funkcjonalne urządzenie oparte na wyżej opisanej technologii.

Wprowadzenie internetu mobilnego w standardzie 5G będzie katalizatorem wprowadzenia rozwiązań Przemysłu 4.0, a przede wszystkim Internetu rzeczy. Nowy standard pozwala na jednoczesną obsługę nawet miliona urządzeń na km2 i spowoduje najprawdopodobniej całkowite odejście od internetu dostarczanego przez kabel i Wi-Fi.

Podsumowując, zmiany pukają do drzwi, a ostatnie ograniczenia technologiczne znikną właściwie w przeciągu kilku lub kilkunastu miesięcy. Co więcej, inwencja jest w rękach każdego, kto gotowy jest poświęcić swój czas na opanowanie jej podstaw, a więc każdy może tworzyć nowe rozwiązania na swoje potrzeby lub z myślą o ich komercjalizacji.

Przemysł kruszyw a cybernetyzacja

Przemysł kruszyw, jak i każdy inny przemysł wydobywczy prędzej czy później ulegnie wpływowi zachodzących zmian. Co więcej, przemysł górniczy na dużą skalę, np. firmy takie jak Rio Tinto czy PHB, już jest w pełni zaangażowany w prace nad rozwojem rozwiązań cybernetycznych. Rio Tinto w jednej ze swoich kopalń w australijskim interiorze (Pilbara) wykorzystuje już od 2008 roku wozidła autonomiczne Komatsu. W tym czasie nie zanotowano ani jednego wypadku, a flota rozrosła się do 80 maszyn. Biorąc pod uwagę powyższe oraz to, że autonomiczne samochody są znacząco bardziej wydajne od operowanych przez człowieka, firma podjęła decyzję o zwiększeniu floty do 140 maszyn, jednocześnie kupując 20 wozideł CAT do nowo budowanej kopalni żelaza Koodaideri w Australii Zachodniej. W tym ostatnim przypadku zakupione zostaną również bezobsługowe wiertnice, które są już obecnie dość często stosowane. Nawet małe wiertnice pracujące w kamieniołomach kruszywowych pracują już w znacznym stopniu automatycznie. Rola operatora sprowadza się do naprowadzenia maszyny na miejsce wiercenia i ustalenia parametrów. Jeżeli nie ma sytuacji awaryjnej, rola operatora sprowadza się do nadzorowania procesu wiercenia.

Małe kopalnie i kamieniołomy nie dysponują takimi środkami jak większe firmy z przemysłu metali i węgla, niemniej jednak zawsze, prędzej czy później, podążą ich drogą. Czasami trwa to bardzo długo, jak w przypadku modelowania złóż i projektowania odkrywek z zastosowaniem nowoczesnych programów komputerowych, takich jak np. Surpac firmy Geovia. Model kopalni i model złoża w formacie cyfrowym są konieczne w świetle stosowania maszyn bezobsługowych. Dzieje się tak dlatego, że maszyna wykonująca samodzielnie zadanie musi co prawda posiłkować się sensorami w analizie otaczającego terenu, ale w pierwszej kolejności musi posiadać model rzeczywistości w formacie dla niej zrozumiałym, a więc cyfrowym.

Podczas gdy historia stosowania modeli cyfrowych w górnictwie metali sięga lat 60. ub.w., górnictwo skalne dopiero raczkuje w tym zakresie. Dlatego też większość dokumentacji geologicznych, planów zagospodarowania złoża itp. jest przygotowywana za pomocą tradycyjnych metod. Najnowocześniejszym rozwiązaniem jest wykonywanie map w AutoCadzie, ale nawet tu zazwyczaj są to mapy podobne do tych dawnych, papierowych, a więc w formacie 2D. Cyfrowe modelowanie złóż pozwala na aktywne wykorzystywanie dokumentacji, a właściwie powstałych na jej podstawie modeli geologicznych w procesie górniczym i do zarządzania jakością, nie wspominając o obliczaniu zasobów w różnych wariantach planów wydobycia.

Modele blokowe (ilościowo-jakościowe) pozwalają dodatkowo na aktywne zarządzanie jakością produktu i optymalizację wydobycia pod tym kątem. Tu przemysł cementowy jest nieco do przodu w porównaniu z kruszywami, choć nie jestem pewien, ile polskich cementowni ma i wykorzystuje taki model w produkcji.

Samo tworzenie modelu jest co prawda dość pracochłonne, ale również i ten proces można w dużej mierze zautomatyzować. Tym bardziej że modele te nie są tworzone co tydzień czy co miesiąc, ale są zmieniane tylko po kolejnych kampaniach wiertniczych lub dodatkowych badaniach geofizycznych.

Niemniej jednak posiadanie modelu geologicznego i modelu terenu jest bezdyskusyjnie pierwszym krokiem w stronę cyfryzacji.

W przypadku maszyn nasuwa się pytanie, czy producenci są gotowi dostarczyć system do bezobsługowego prowadzenia maszyn stosowanych w kamieniołomach. Na tak zadane pytanie CAT odpowiada obecnie: nie. Ale to nie znaczy, że nie ma żadnych alternatyw. Scania, chociażby we współpracy z Rio Tinto, testuje autonomiczną ciężarówkę model XT 8x4 klasa 40 t, czyli model już specjalnie dla kamieniołomów. Jeszcze bardziej interesujący, choć i bardziej futurystyczny, jest projekt Volvo we współpracy ze Skanską pod nazwą „bezemisyjny kamieniołom”. Projekt ten zakłada wykorzystanie nowej generacji hybrydowych ładowarek i koparek współpracujących ze specjalnie zaprojektowanymi wozidłami autonomicznymi i dodatkowo elektrycznymi. Według założeń projektu ma to pozwolić na ograniczenie emisji zanieczyszczeń o 98% w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań.

Wozidła o masie własnej 6 t mają ładowność 15 t. Ze względu na napęd elektryczny ich liczba została zwiększona tak, aby część mogła się ładować, zastępując te o wyczerpanej baterii, przez co zagwarantowana jest ciągłość pracy. Z tego też względu zdecydowano się na zmniejszenie ładowności, uzyskując tańsze w produkcji rozwiązanie.

Ten przykład pokazuje, że nowa cyfrowa era wymaga zmiany podejścia i czasem nawet przemyślenia pewnych, wydawałoby się w pełni dopracowanych, konceptów i reguł. W przypadku wozideł Volvo ich liczba nie jest tak istotna, jako że pozostaje bez wpływu na zatrudnienie. Z drugiej jednak strony redukcja kilku czy kilkunastu miejsc pracy dla nisko wykwalifikowanych pracowników będzie wymagała zatrudnienia wysoko wyspecjalizowanego inżyniera planowania produkcji, który będzie w stanie obsługiwać i programować pracę maszyn mobilnych.

Produkty gotowe do wdrożenia

Pomimo że technicznie jesteśmy już prawie gotowi, mentalne przygotowanie do zmian tak radykalnych jak maszyny autonomiczne będzie wymagało dużo pracy i czasu. Dlatego też pierwszymi krokami powinny być stopniowe wdrażanie już gotowych i sprawdzonych produktów, a także zmiana kultury pracy na taką, która stopniowo otwiera się na nowe technologie i dopuszcza myśl, że można coś zrobić lepiej, np. korzystając z programów komputerowych i analizując dane, planując produkcję, wyciągając wnioski z głębszych analiz istniejącej sytuacji.

Kolejnym krokiem po wdrożeniu programów planowania produkcji jest monitorowanie wykonania planów i uczenie się na podstawie pozyskanych informacji. Tu z pomocą przychodzą drony, które są już tak powszechne, że trudno wciąż uważać je za innowację. Innowacyjne natomiast może być wykorzystanie danych generowanych na podstawie zdjęć lotniczych. Obecnie wykorzystuje się je głównie do tworzenia map i modeli terenu, a potencjał jest dużo większy. Przede wszystkim dron może zastąpić kosztowny skaner laserowy, który należy ustawić w kamieniołomie, wybierając miejsce pozwalające na zeskanowanie całej ściany. Czasem takiego miejsca po prostu nie ma. W przypadku drona model ściany można wykonać z punktu widokowego i oprócz warunków pogodowych nic nie stanie na przeszkodzie. Cena drona to około 10-20% ceny skanera – mam na myśli jeden z popularnych modeli, chociażby firmy DJI, a nie profesjonalne rozwiązanie, które nie jest niezbędne do skanowania kamieniołomu.

Skan ściany może być użyty do analizy strukturalnej, ale także do projektowania robót strzałowych. Programy komputerowe takie jak O-Pitblast nie tylko pomagają zaprojektować strzelanie przez optymalizację jego parametrów tak, aby ograniczyć niepożądane oddziaływania, a poprawić efekt końcowy – fragmentację materiału po odstrzale, ale pozwalają także na wyeksportowanie planu otworów strzałowych do pliku czytanego przez nowoczesne wiertnice. Dzięki temu maszyna sama naprowadza się na miejsce wiercenia, a praca operatora polega jedynie na obserwowaniu całego procesu.

Możliwa także stała się ocena rozdrobnienia odstrzelonego urobku. Program WipFrag pozwala w dużej mierze na automatyczną analizę zdjęcia i na tej podstawie tworzy krzywą składu ziarnowego. Wyniki analizy można wprowadzić z powrotem do programu O-Pitblast i wykorzystać do prognozowania rozdrobnienia w kolejnych strzelaniach.

Kolejnym dostępnym rozwiązaniem jest telematyczne monitorowanie floty maszyn mobilnych. W wielu kamieniołomach kultywowany jest model doboru floty n+2. Chodzi o to, że do obliczonej liczby wozideł potrzebnej do obsługi produkcji dodaje się jeszcze 2, aby mieć rezerwę na wypadek remontów, awarii itp. Podczas gdy miało to sens w latach 80., obecnie jest to tylko marnowanie środków. Systemy telemetryczne stosowane są przez wszystkich głównych producentów maszyn roboczych od 2006 roku w celu gromadzenia informacji o stanie maszyn i przewidywania potrzeb remontowych i zużywających się części. Z czasem dodane zostały również moduły pozwalające na monitorowanie wydajności pracy maszyn. Systemy te są już dość powszechnie stosowane w Polsce, niestety głównie do kontroli zużycia paliwa i zapobiegania jego kradzieży. Tymczasem potencjał tych systemów jest dużo większy i pozwala na optymalizację wykorzystania maszyn poprzez eliminowanie niepotrzebnych postojów, czasu oczekiwania itp.

Systemem niedalekiej przyszłości jest zdalne sterowanie maszynami. Podczas gdy wozidła można stosunkowo łatwo zautomatyzować, automatyczna ładowarka to jeszcze odległa przyszłość.

Podczas targów Bauma w bieżącym roku w Monachium operator z Niemiec kierował koparką znajdującą się w Korei Południowej, czyli ponad 8000 km od miejsca jego faktycznej pracy. Było to możliwe między innymi dzięki technologii 5G. Wycofanie pracowników z kamieniołomu do bezpiecznego i komfortowego biura zmienia zupełnie charakterystykę pracy operatora takiej maszyny i zmniejsza ryzyko wypadków. Można by powiedzieć, że po raz pierwszy operator maszyn może mieć możliwość pracy z domu, zarezerwowaną dotychczas tylko dla pracowników biurowych.

Nie zasypiać gruszek w popiele

Zmiana czeka tuż za rogiem, ale wiele można zrobić już teraz, tym bardziej że dzięki dobrej koniunkturze na rynku kruszyw środki na inwestycje nie powinny być problemem. Dlatego warto zacząć się rozglądać, testować i sprawdzać różne dostępne technologie. Lepiej teraz, niż kiedy koniunkturalne koło się odwróci i przyjdą gorsze czasy. Żeby nie zaspiać gruszek w popiele.


rysunki: autor


1. Rapsberry Pi i Andruino z płytką ułatwiającą tworzenie prototypów oraz podłączonym czujnikiem wilgotności gleby

 



2. Model terenu (zielony) i złoża (pozostałe kolory) andezytu w rejonie Kaukazu. Model przygotowany w programie Surpac

 



3. Model ilościowo-jakościowy (blokowy) złoża do produkcji kruszyw w rejonie Kaukazu. Model przygotowany w programie Surpac

 



4. Wozidło autonomiczne Volvo. Źródło: Volvo

 



5. Projekt strzelania z trzema płaszczyznami odsłonięcia, zachodnia Kanada, O-Pitblast


W związku z wejściem w dniu 25 maja 2018 roku nowych przepisów w zakresie ochrony danych osobowych (RODO), chcemy poinformować Cię o kilku ważnych kwestiach dotyczących bezpieczeństwa przetwarzania Twoich danych osobowych. Prosimy abyś zapoznał się z informacją na temat Administratora danych osobowych, celu i zakresu przetwarzania danych oraz poznał swoje uprawnienia. W tym celu przygotowaliśmy dla Ciebie szczegółową informację dotyczącą przetwarzania danych osobowych.
Wszelkie informacje znajdziesz tutaj.
Zachęcamy również do zapoznania się z naszą nową Polityką Prywatności.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu z naszym Inspektorem Ochrony Danych Osobowych pod adresem iodo@elamed.pl

Zamknij