Tuottavuus, turvallisuus ja ekotehokkuus kaivostoiminnan koneissa ja laitteissa

Transkriptio

1 Tuottavuus, turvallisuus ja ekotehokkuus kaivostoiminnan koneissa ja laitteissa Kaivos ICT workshop Esa Viljamaa, Tutkija, Pirkka Tukeva, Asiakaspäällikkö, VTT

2 Motivointi Kovan globaalin kilpailun lisäksi myös kiristyvät turvallisuus ja ekotehokkuussäädökset vaativat kaivostoimijoita investoimaan kehitykseen. Esim. Rock Tech Centre Smart Mine of the Future Vision, LKAB, Boliden: Yksi ohjauskeskus Ei ihmisiä tuotantoalueella 24/7 jatkuva louhinta Esikäsittely jo tuotantoalueella Täydellinen malmin ja kalliomekaniikan tuntemus => Vaatii isoja kehitysaskelia mittaustekniikassa, automaatiossa, kommunikaatiossa ja informaation käsittelyssä

3 Visio Finland has all strengths needed to be the leading Global Asset Management center in the world. We have strong knowledge of materials, mechanics, electronics and ICT. It depends on how we combine these all

4 Tuottavuus työkoneympäristössä Productivity improves when downtime of production asset decreases and system performance is optimized Performance, energy efficiency, automation, working environment, sensors, internet, service concepts,

5 Elinkaarikustannusten jakautuminen Cost Asset management value creation options Lost production Replacement/ modernisation investments Total cost of ownership (TCO) Maintenance Original investment Ramp-up Operation, raw materials, energy Breakdown of total cost of ownership Figure adopted from Suokas, J. (2013) Value-based asset management as a new business opportunity. Keynote speech in COMADEM

6 Kuntoon perustuva kunnossapito CBM Design process VTT MEMSFAB SENSORS TOLKKU TOOLBOX VTT NODE ASSET PRODUCTIVITY UNDERSTANDING

7 Palvelusopimusten kehittyminen Transactional services Performance based services Performance based services, phase II Scheduled / break down Spare parts are costs Self diagnostics Spares are revenue Condition based maintenance Digital spares, additive manufacturing

8 Tuottavuus, turvallisuus ja ekotehokkuus Tiedonkulun ja tuotannon ohjauksen näkökulma Tuottavuus, turvallisuus ja ekotehokkuus paremmaksi tiedonkulkua tehostamalla. Parempi tieto prosessista -> parempi ohjattavuus. Tiedonkulkuketju: anturi -> kone-/laitejärjestelmä > tuotannon tietojärjestelmä -> integrointi -> analyysi (datasta informaatiota) - > ohjaustoimi. Huomiot: Maan alla kommunikaatioratkaisut puutteellisia -> Laajennettavuus, joustavuus, jne. Heterogeeninen järjestelmäkanta -> vaatii paljon räätälöintiä, modernit integraatioratkaisut vasta tulossa alalle. Standardien ja yleisten tietomallien puute -> Lisää räätälöintiä Isoilla pelureilla ratkaisuja osaongelmiin, mutta ovat suljettuja. Suomi etukenossa -> ei vielä tarpeeksi kysyntää globaalisti tietyille asioille

9 Tuottavuus, turvallisuus ja ekotehokkuus Tiedonkulun ja tuotannon ohjauksen näkökulma Puuttuvia palasia: Joustava integraatiomenetelmä, jolla eri järjestelmät saadaan keskustelemaan. Tehokas semanttinen tietomalli. Nopeasti laajennettava halpa langaton kommunikaatiomenetelmä (maan alle). Paremmat paikannusmenetelmät (maan alle) koneille ja laitteille. Erilaisten mittausmenetelmien (laserskannaukset, malmin/kalliomekaniikan laatu) tehostaminen ja integrointi prosessiin. Visualisoinnit Tietoturva ja datan kapselointi kaikilla tasoilla Autonomisten koneiden käytön vaatimukset

10 Esimerkkejä VTT:llä tehdyistä hankkeista, joissa kaivosteollisuus sovellusalueena Seuraavan materiaalin esittämiseen on lupa tai se on muuten julkista

11 LKAB Sweden Kiruna mine Semiautomatic ore transportation system Tele-operator Station W ireless links Production control Communication System Tele-operated and automated machinery Analysis and evaluation of operating and maintenance procedures Risk assessment in various levels/subsystems: overall system level, operation level, system functions, and on-board systems and communication systems System safety requirement specification Creation and evaluation of production and maintenance fitted safety solutions (Sandvik) Contact person: Risto Tiusanen risto.tiusanen@vtt.fi 11

12 Sandvik Mining and Construction Autonomous ore transportation system concept (Sandvik) DeBeers Finsch mine, South-Africa Autonomous ore transportation application Analysis and evaluation of operating and maintenance concepts Risk assessment in various levels/subsystems System safety requirement specification Support to systems engineering decision making Evaluation of production and maintenance fitted safety solutions Analysis and evaluation of site specific operating and maintenance procedures Site and customer specific safety requirement specification Evaluation of production and maintenance fitted safety solutions (Burger, D.J. 2006) Contact person: Risto Tiusanen 12

13 SKB, Oskarshamn, Sweden Automated deposition machines for spent nuclear fuel deposition in deep repository RAMS management program specification for system development process Analysis and evaluation of operating and maintenance procedures System safety requirement specification for the machinery systems Creation and evaluation of safety solutions for prototype test environments (SKB, Svensk Kärnbränslehantering AB, Äspö Hard Rock Laboratory, Annual Report 2011, Mars 2012) Contact persons: Markku Reunanen 13

14 Simulator assisted systems engineering approach - procedure and simulation systems Integration, verification and validation Safety, productivity and ecoefficiency requirement specifications Requirement verification System development I, V & V Solution and system realization Validation of Safety, productivity and ecoefficiency requirements Upper level system element development I, V & V Upper level system element realization Allocation of requirement management measures Definition of O & M procedures Identification of critical functions Verification Lower level system element development Lower level system element realization Validation of requirement management measures Contact persons: Risto Tiusanen, Pasi Valkokari; VTT Jani Savuoja, Antti Peltola; Creanex Oy Creation of safety and other technical solutions Verification

15 Model and simulation based safety design Simulator assisted systems engineering approach and co-creation methods utilizing VTT s virtual environment An example of scenario based system analysis Multi machine fleet concept Analysis of operation & maintenance concepts Preconditions for safe multi-machine operation, risk reduction measures Contact persons: Kaj Helin, Juhani Viitaniemi, Risto Tiusanen 15

16 Intelligent heavy manipulator control Measurement of machine state (joint positions/speeds, machine position, ) and relevant environment features. Modeling the kinematics and dynamics of the manipulator. Modeling the environment surfaces (planned or laser scanned) and object shapes, positions and orientations. Development and testing in virtual environment prior to prototype testing. Fully automatic / interactive / computer assisted control: Automatic path planning and execution. Path planning and execution according to operator instructions. Manual manipulator configuration control during automatic operation of redundant manipulators. Manual coordinated cartesian control. Applications in construction, infrastructure building, mining, forestry and rescue. 16

17 Examples of the multitechnical product simulations Simulation of the hydraulic platform with the virtual apartment house model Simulation of the charging manipulator in the virtual tunnel model

18 Future semi-autonomous machines for safe and efficient worksites Maximal productivity and safety by predictive and adaptive automation VTT contributes to all three research themes: Sensing technology for future autonomous machines New adaptive safety concepts for human-machine collaboration Operator assistance systems for mobile machines Contact persons: Risto Tiusanen, Pertti Peussa

19 Fleximine Maanalaisen louhinnan joustava optimointi Tekes GreenMining-ohjelmassa, -> saakka Louhintaoperaatioiden tehostaminen tiedonkulkua parantamalla Tehokas tietomalli ja välineitä heterogeenisen järjestelmäkentän integrointiin. Outokumpu Kemin kaivos, Normet, YIT, Cybercube, IMA Engineering & Geotrim, VTT, Oulun yliopisto

20 Ympäristötiedon jakaminen ja avoin vuorovaikutus kestävänkehityksen kaivostoiminnassa Software solutions to exploit and share environmental information efficiently Advance sharing and exploitation of environmental information between different interest groups Better imago, social responsibility, easy availability and usability of the information in addition to savings Contact: Jere Backman, Research Scientist Tel

21 TEKNOLOGIASTA TULOSTA