Россия - мировой лидер по добыче природных ресурсов. С развитием технического прогресса ежегодно увеличиваются объемы добычи и прибыль горнодобывающих компаний. По данным Росстата за первую половину 2022 года в России выдали на-гора 277 млн тонн угля всех сортов, а объемы извлечения железной руды составили 200,9 млн тонн. Таких объемов удалось добиться, в том числе, за счет совершенствования добывающей промышленности - автоматизации и цифровизации. Прогресс затронул такие задачи, как оптимизация технологических процессов, системы оперативного планирования добычи и промышленной безопасности. Вместе с тем, в перерабатывающей промышленности остались проблемные ниши. Одна из них - повреждение конвейерных лент в процессе эксплуатации. Такие прецеденты доставляют немало проблем организациям, занимающимся добычей, а также поставщикам комплектующих и сервисным компаниям по обслуживанию и ремонту конвейерных лент.
Для разных конвейерных линий есть общая проблема - они слабо автоматизированы
Неотъемлемый этап оптимизации производства на предприятиях добычи - конвейерные линии. Они обеспечивают транспортировку продукции на различных этапах ее переработки.
Например, конвейерные линии могут быть установлены в шахтах, на рудниках или внутри фабрик. Они могут использоваться для доставки продукции от одного этапа к другому или из шахт к фабрикам для переработки.
Для разных конвейерных линий есть общая проблема - они слабо автоматизированы.
Эту проблему можно рассмотреть с двух сторон:
- с точки зрения производства, на предприятиях всегда есть технологические процессы, которые требуют автоматизации в первую очередь. Конвейерные линии движутся на фиксированной скорости и нет необходимости частой корректировки скорости или другой автоматизации;
- с точки зрения бизнеса, конвейерные линии - это артерии, которые переносят продукцию между технологическими этапами переработки. В случае неэффективной работы или полной остановки линий, предприятие несет существенные потери.
Очевидно, что автоматический контроль повреждений высоко-нагруженных конвейерных линий является актуальной задачей для построения эффективного производства.
Дефекты в конвейерной линииПроблема: линии транспортировки часто выходят из строя
Тяжелая добывающая промышленность - это всегда работа с агрессивной продукцией.
Конвейерные ленты имеют в своем составе резину, они подвержены механическим повреждениям, разрывам и порезам, которые получают при транспортировке грубых пород.
Например, каменные породы - жесткая руда больших размеров с острыми краями. Она может повредить конвейерную ленту на любом из участков транспортировки при переработке.
Конвейерная линия - ключевой элемент для функционирования предприятия. Если конвейерная лента повреждена, вместе с ней останавливается существенная часть технологических процессов. Проактивный вариант выхода из такой ситуации - дублировать конвейерные ленты, это предотвратить полную остановку на производстве. При повреждении одной из двух параллельных лент, предприятие перейдет на работу с 50% эффективностью и понесет убытки.
NB! Простой предприятия (или части предприятия) в течение нескольких дней в несколько раз превышает стоимость ремонта поврежденной конвейерной ленты.
Оценка убытков предприятия в случае повреждения механического полотна состоит из:
- стоимости поврежденной конвейерной ленты;
- ресурсов, которые затрачены на замену вышедшей из строя ленты. Например, минимальное время для ремонта, при наличии запасной ленты на складе составляет 1-2 дня;
- времени простоя части технологического процесса предприятия.
Ремонт серьезных повреждений занимает в среднем до пяти дней, но минимальные механические повреждения конвейерной ленты могут быть устранены за часы.
NB! Человеческий фактор - оператор может отвлечься на решение других задач, устать, не своевременно отреагировать на начало инцидента повреждения ленты.
Существенные повреждения конвейерной ленте чаще всего наносят арматура, зубья ковша экскаватора, острые куски горных пород. Если оператор не зафиксирует своевременно процесс повреждения полотна и не остановит его, лента может быть уничтожена полностью.
Дефекты в конвейерной линииРешение: автоматическая система позволяющая минимизировать потери от механических повреждений
Оптимальное решение этой проблемы - результат экспертизы ИТ-интеграторов в области современных нейросетевых алгоритмов, в том числе, компьютерного зрения. А именно, продукт, который позволяет минимизировать потери предприятия от механических повреждений конвейерных лент - автоматическая система контроля повреждений.
NB! Системы компьютерного зрения не могут полностью исключить возможность механических повреждений.
Эта система - больше, чем просто “внимательный глаз”. Автоматическая система контроля повреждений - комплексный продукт с точки зрения технологий, в нем предусмотрены решения в области:
- интернета вещей;
- компьютерного зрения;
- машинного обучения искусственного интеллекта;
- классического АСУ ТП.
Установка автоматической системы детекции повреждений позволяет на ранних этапах обнаружить начало процесса повреждения. Система на основе данных, поступающих с c оптической подсистемы фиксации дефектов, принимает решение об остановке подсистемы подачи на конвейер и самого конвейера. Одновременно, все кто отвечает за работу этого участка получают уведомление об инциденте. Таким образом, конвейер получает минимальные механические повреждения, исправить которые значительно легче и быстрее, чем осуществлять полноценную замену всего полотна ленты.
NB! Ноу-хау продукта - распределенная архитектура решения. Решение можно масштабировать с помощью специально разработанных программно - аппаратных шлюзов и подключать к одной системе несколько конвейерных лент.
Решение построено по принципу модульной архитектуры, то есть, заказчик может выбрать для интеграции на производстве определенную составляющую, модуль. Также можно добавить модули для решения смежных задач. Например, модуль гранулометрии.
При установке оборудования важно учитывать сложные условия эксплуатации конвейерных лент. Например,
- высокую вибрацию;
- критический температурный режим - минус 40 или плюс 50 градусов;
- загазованность;
- производственную пыль.
Если все эти моменты проработаны в решении, система и ее компоненты не будут выходить из строя.
3 лайфхака для эффективной интеграции системы на производстве
Простой оборудования несет убытки предприятию, соответственно, любое нововведение, будь то миграция на российский софт, интеграция нового программного обеспечения или поставка оборудования должны проходить с минимальным временем остановки производства и бизнес-процессов.
Лайфхак №1 Технологические окна
В соответствии с нормами техники безопасности на предприятии монтаж и настройку компонентов движущейся конвейерной ленты можно проводить только при полностью остановленной системе. Например, установка датчиков на двигатели или дополнительного освещения в непосредственной близости от конвейерной ленты невозможна во время работы оборудования.
NB! Эта проблема решается за счет технологических окон на производстве. Это время, в течение которого система или ее часть находятся на плановом обслуживании или ремонте.
Поэтому важно при согласовании проекта с заказчиками запланировать монтажные работы на период технологических окон.
Лайфхак №2 Правильное обучение системы
Интеграция автоматической системы контроля повреждений происходит в шесть этапов:
- монтаж системы;
- пуско-наладка;
- запуск в эксплуатацию;
- работа в режиме обучения для адаптации решения к конкретной конвейерной системе и требованиям заказчика;
- испытание системы;
- внедрение в постоянную эксплуатацию.
NB! Особого внимания заслуживает период работы в режиме обучения. Этот этап имеет решающее значение для эффективности всей системы.
Конвейерные линии предприятий отличаются друг от друга, они разработаны по индивидуальными шаблонам и требованиям каждого производства. Соответственно, нет универсального решения для всех, необходим адаптационный период. В этот отрезок времени технологии по глубокому обучению и искусственный интеллект собирают информацию с датчиков, оптической системы, камер, сканеров и лазеров. В итоге, формируется набор данных, которые ИТ-специалисты анализируют вместе с технологами предприятия. Для качественного обучения и адаптации системы на производстве нужно понять, какие данные имеют отношение к механическим повреждениям, а какие являются не критичными для работы конвейерной ленты.
Лайфхак № 3 Масштабируемость системы
NB! Всегда нужно предусматривать вариант, когда в процессе эксплуатации специалисты выявляют ранее неизвестные проблемы и дефекты.
В таком случае, нужно уже в процессе внедрения дополнить систему дефектоскопии новыми видами повреждений. Если система масштабируема - ее можно обучить выявлению этих дефектов в автоматическом режиме. Таким образом, сам процесс глубокого машинного обучения делиться на два этапа:
- адаптация системы для выявления наиболее критичных дефектов, которые несут максимальные издержки на производстве;
- дополнение системы выявленными новыми классами дефектов.
Цифровизация делает наш повседневный труд легче и эффективнее. Этот аспект также предусмотрен в системе детекции повреждений. Продукт не требует введения отдельной должности на производстве для контроля дефектоскопии, наоборот, нагрузка на операторов уменьшится за счет комплексного подхода к решению задачи. После того, как квалифицированные сотрудники предприятия и технологи передадут искусственному интеллекту свои знания, система начнет применять их в автоматическом режиме без ежесекундного контроля со стороны человека.
Компьютерное зрение + тяжелая промышленность = уменьшение расходов на ремонтные работы
В России работает порядка 6 тысяч ленточных конвейеров. Они используются на предприятиях, которые занимаются золотодобычей и добычей полезных ископаемых: угля, известняка, руды и железа. Больше 80% конвейеров не оснащены системами обнаружения механических повреждений. Это приводит к периодическим остановкам технологических процессов для ремонта оборудования и значительным затратам на ремонт и устранение неполадок.
Еще совсем недавно считалось, что подобного рода решения на Российском рынке отсутствуют. Но отечественные ИТ-специалисты разработали импортозамещающий продукт, который решает проблему дефектоскопии конвейерных лент. Аппаратно-программный комплекс является 100% отечественной разработкой, учитывает эксплуатационные особенности конвейеров, позволяет минимизировать расходы на ремонт лент, и повысить доходы предприятия за счет устранения проблемы простоя оборудования.
Авторы
- Шульгов Дмитрий - архитектор Softline Digital
- Костиков Александр - архитектор систем компьютерного зрения Softline Digital