Задача
Аналитики и инженеры, отвечающие за планирование процессов в шахте, постоянно встречают такие задачи, как:
- определение обоснованных месячных объёмов добычи;
- проверка достижимости планов добычи;
- проверка эффекта от операционных изменений;
- расчёт рентабельности инвестиций;
- определение требований к технике.
Они вынуждены принимать решения и брать на себя обязательства, работая в сложной технической системе шахты, где ни один компонент не изолирован. Вот некоторые типичные ограничения для процессов добычи:
- большое количество взаимозависимых операций;
- взаимодействие между единицами техники;
- меняющееся время завершения процессов;
- пространственные ограничения, приоритеты передвигающейся в шахте техники;
- разветвлённая структура шахты;
- ограниченная ёмкость бункеров и пропускная способность конвейеров.
Как аналитики планируют процессы добычи при необходимости учитывать всё вышеописанное? Традиционный способ — на основе предположений, часто далеких от реальной ситуации, например:
- Среднее расстояние от места добычи к рудоспуску. Время доставки руды разнится в конкретных точках и моментах времени в зависимости от неподконтрольных аналитикам параметров.
- Средняя продолжительность разгрузки руды в рудоспуск. Если система переполнена или возникают очереди к рудоспускам, время разгрузки меняется.
- Процент времени, когда конвейер остановлен из-за переполнения. Эти остановки непредсказуемы, и процент всё время разный.
Имитационное моделирование позволяет описать процессы добычи такими, какие они есть в реальности, и тем самым избавиться от необходимости делать такие предположения.
Обратившись к компании «Амальгама» и одной из фирм большой четвёрки консалтинговых компаний, ведущий европейский производитель калийной руды смоделировал процессы добычи при помощи ПО AnyLogic. Большой калийный рудник размером 8 на 8 километров производит на трёх подземных уровнях сотни тысяч тонн руды ежемесячно. 21 километр конвейерных лент перемещает руду через рудник к подъёму. Руда добывается комбайнами, которые непрерывно рушат породу и грузят её в прицепленные к ним бункеры-перегружатели, из которого руда перегружается в самоходные вагоны. Эти вагоны перемещается между комбайнами и рудоспусками.
20 пар: комбайн и самоходный вагон
Вместимость рудоспуска — 3 тонны, а самоходного вагона — 22 тонны. После прохождения первых, трёх тонн скорость ссыпания руды начинает зависеть от текущей загрузки конвейерной системы под рудоспуском. Так как конвейер может быть уже загружен рудой с расположенных выше рудоспусков, пропускная способность системы ограничена. Чтобы избавиться от этого ограничения, инженеры шахты собирались поменять конфигурацию оборудования, добавив бункеры-перегружатели самоходные (БПС). В сценарии «TO-BE» БПС играют роль буферов между самоходными вагонами и рудоспусками. Самоходный вагон быстро скидывает руду в БПС и возвращается к комбайну, в то время как БПС продолжает сбрасывать руду на конвейерную линию.
Добавление бункеров-перегружателей самоходных (БПС)
Добавляя буферы, аналитики надеялись снизить время циклов самоходных вагонов. Главный вопрос, на который предстояло ответить: позволит ли использование пяти БПС отказаться от одного из комбайнов, сохранив объёмы добычи на прежнем уровне? Обслуживание комбайна требует наличие в шахте специальной команды и влечёт значительные операционные издержки. Так что сокращение даже одного из них могло бы значительно снизить издержки. Дополнительно требовалось понять, какой конкретно комбайн следовало убрать, и где можно было бы наиболее эффективно использовать пять БПС.
Решение
Чтобы получить ответы на эти вопросы, разработчики моделей из компании «Амальгама» создали имитационную модель шахты в ПО AnyLogic. Модель включала полный цикл процессов в шахте от бурения до подъёма руды на поверхность.
3D-анимация модели шахты
Имитационная модель шахты
Кандидаты на удаление из системы, минимально влияющие на объемы добычи
Модель очень детальная, все процессы смоделированы с минимальными упрощениями, с точностью до каждой особенности работы рудника, включая физическую конфигурацию шахты. Такая детализация позволила достичь высокой точности результатов моделирования.
Построив модель, разработчики в первую очередь проверили, что будет, если избавиться от внешних ограничений на скорость конвейера. Этот эксперимент позволил понять, какие комбайны ограничены собственными внутренними ограничениями, такими как производительность, длительность интервалов обслуживания, размер, буфер и т.д.
Результаты удаления каждого из трёх комбайнов
В результате были выбраны три комбайна, удаление которых из шахты привело бы к минимальному снижению объёмов добычи. Так как внедрение БПС может снизить эффект только от внешних ограничений на скорость и вместимость конвейерной системы, никак не влияя на внутренние, эти три комбайна были выбраны как кандидаты на удаление из системы.
Эффект от удаления каждого из трёх комбайнов-кандидатов был изучен с помощью отдельного эксперимента с имитационной моделью. Моделирование показало, что удаление комбайна под номером 65 повлечёт минимальное снижение объёмов добычи.
Следующим этапом проекта стала серия экспериментов с моделью для выяснения, к каким именно комбайнам послать пять БПС, чтобы максимизировать объёмы добычи. В результате был выбран сценарий с лучшей комбинацией пяти комбайнов — он показал снижение объёмов добычи лишь на пренебрежимо малые 1.02%. В тоже время этот же сценарий показал значительное снижение операционных издержек (OPEX), так как один из комбайнов был убран из шахты.
Результаты
Использование имитационного моделирования процессов подземной добычи позволило ведущему европейскому производителю калийной руды достичь операционных улучшений: снизить издержки, сохранив объёмы добычи на прежнем уровне. По завершению проекта модель постоянно использовалась для ежемесячного планирования горных работ, обнаружения потенциально «узких» мест в процессах добычи и оценки предлагаемых изменений.
Чтобы узнать о проекте больше, скачайте презентацию в PDF или посмотрите выступление Андрея Малыханова из компании «Амальгама» на Конференции AnyLogic 2016:
