Реклама ООО «Геотех-Инвест», ИНН: 7453213112, Erid: 2SDnjevHmuT

Применение искусственного интеллекта для повышения ходимости шин. Текущее состояние и перспективы управления шинами на горнодобывающем предприятии

Татьянин А. И., Ковалев. В. А., Улитин В. В., Клебанов Д. А., Поплавский С. Ф.

На современном горнодобывающем предприятии в России, эксплуатирующем парк большегрузной карьерной техники 130–220 тонн, остро стоит проблема повышения ходимости и снижения износа шин в связи с ограничениями предложения на рынке премиальных брендов крупногабаритных шин.

Для оценки масштаба данной проблемы проанализируем стоимость владения шинным хозяйством для типовых размеров 40.00 R57 для двухсотдвадцатитонных самосвалов и шин 33.00 R51 для статридцатитонных самосвалов. В связи с тем что импорт в Россию шин западных марок затруднен, а логистические схемы повысили стоимость шин примерно на 50 %, стоимость шины для двухсотдвадцатитонного самосвала составляет не менее 50 тысяч долларов, а для статридцатитонного самосвала — не менее 35 тысяч долларов. При пересчете стоимости всего парка шин, где для каждого самосвала необходимо 6 шин, возьмем условный парк в 50 карьерных самосвалов. Получаем, что бюджет шин при парке статридцатитонных самосвалов составляет не менее 10,5 миллиона долларов. А если мы говорим про парк двухсотдвадцатитонных самосвалов — не менее 15 миллионов долларов. Ходимость современных крупногабаритных шин для карьерного транспорта может составлять от 45 000 км до 150 000 км в зависимости от типа полезных ископаемых, качества технологических дорог, условий эксплуатации и погодных условий. И столь значительная разница во многом зависит от организации труда и управления шинным хозяйством на горнодобывающем предприятии. На многих предприятиях дисперсия ходимости шин составляет более 30 %, что говорит о плохом оперативном управлении шинным хозяйством и непонимании факторов, влияющих на износ и ходимость шин.

Опишем типовой процесс управления шинным хозяйством на горнодобывающем предприятии. В общем виде он состоит из трех частей.

1. Учет движения шин

При закупке шин горнодобывающее предприятие должно завести карточку шины. Карточка шины хранит весь жизненный цикл шины от момента ввода в эксплуатацию до списания и дальнейшей утилизации, включая информацию об установках и снятиях шины, местоположении на складах, полученных повреждениях и проведенных ремонтах, а также замерах остаточной глубины протектора. Как правило, карточка хранится в электронном виде в управлении автотранспорта, но нередки случаи хранения на бумажном носителе.

2. Оперативное управление шинным хозяйством

Эта составляющая процесса обычно наименее организована, так как на многих горнодобывающих предприятиях отсутствует выделенная роль шинного инженера, а задачи по ведению шинного хозяйства возлагаются на сотрудников автотранспортного цеха и занимают всего от 20 до 40 процентов рабочего времени. Вследствие чего задачи по мониторингу эксплуатации шин, такие как контроль давления и температуры, работоспособности датчиков, повреждений, пробегов с перегрузом, нарушение ТКВЧ, анализ качества дорог и др., возлагаются на водителя карьерного самосвала или на механика автотранспортного цеха, без надлежащего обучения и понимания методологии осмотров и контроля состояния шин. Немаловажен вопрос мотивации сотрудников; если вышеперечисленные задачи не являются частью KPI сотрудников, скорее всего, они не будут выполняться надлежащим образом. Процесс управления шинным хозяйством также включает мероприятия по визуальному осмотру шин и контролю остаточной глубины протектора. Визуальный контроль позволяет на ранних стадиях выявить повреждения и провести требуемый ремонт, тем самым снижая риск аварийного схода самосвала с линии. Измерение остаточной глубины протектора является наиважнейшим значением для перестановок и ротации шин, а также определения скорости стирания протектора и выявления факторов, влияющих на уменьшение ходимости конкретной шины. Из вышесказанного следует, что для обеспечения надлежащего качества организации процесса управления шинным хозяйством на современном предприятии требуется наличие шинного инженера, обладающего необходимым уровнем профессиональных знаний.

3. Аналитика и отчетность

Третья составляющая процесса управления шинным хозяйством связана с аналитикой и отчетностью. Анализ показателя ходимости шин очень важен в вопросе выбора и подбора шин для конкретных условий эксплуатации. Важно отметить, что процесс проведения ротаций и перестановок на многих предприятиях не налажен вовсе либо слабо контролируется. Также возможны ситуации, когда на оборотном складе может не оказаться подходящих шин в конкретную смену и шины заменяются другими типами шин, которые не планировались к перестановкам. К анализу выполнения рекомендаций по соблюдению условий достижения максимальной эффективности использования шин также можно отнести выявление факторов нарушения такого параметра, как ТКВЧ (тонны-километры в час). Превышение допустимой максимальной скорости водителями и игнорирование факторов перегруза самосвала диспетчерами заведомо ведут к нарушению паспортных характеристик и требований эксплуатации конкретных КГШ (крупногабаритных шин).

Так как же организовать вышеописанный процесс на современном горнодобывающем предприятии, если для пятидесяти карьерных самосвалов при наличии подменного фонда нужно следить не менее чем за 350 КГШ? Очевидно, что три составляющих процесса управления должны опираться на единую базу знаний и информации о состоянии шин на предприятии, что невозможно без информационной системы, которая хранит всю историю движения шин с момента прихода до списания шин. Профессиональная система управления жизненным циклом крупногабаритных шин должна предоставлять аналитику и прогноз ходимости, списания и рекомендации по времени и дате новых заказов шин. Рекомендации по ротациям и перестановкам должны строиться на основе объективной статистики, учитывающей факторы, влияющие на ходимость и износ шин, статистику о контроле давления и температур, ТКВЧ, пробеге шин.

Для построения прогнозных моделей также важно измерять глубину протектора, которая необходима для проведения математического анализа факторов, влияющих на изменения этого показателя. Рассмотрим архитектуру такой системы (рис. 1).

skolkovo-nlmk-01-678x326
Рис. 1. Архитектура системы управления ходимостью КГШ для горнодобывающего предприятия

На карьерном самосвале установлена система СКДШ (система контроля давления и температуры в шинах), информация с которой передается в АСУ ГТК (автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом) или напрямую в систему управления ходимостью КГШ по доступным каналам связи: GSM или LTE. Помимо информации о шине, важно передавать информацию о пробеге, скорости и загрузке самосвала. Указанная информация поступает в управление ходимостью КГШ, где она обрабатывается, и на основании произведенных

расчетов происходит выдача предупреждений о нарушениях установленных параметров эксплуатации шин, а также рекомендаций по замене, ротации, проведении измерений или осмотров шин. Онлайн-мониторинг, а также уведомления о нарушениях эксплуатации шин должны быть вменены шинному инженеры или диспетчеру автотранспортного цеха, который отслеживает весь шинный парк и следит за работой техники в течение смены. Шинный инженер — это роль, которая предусматривает ежесменный контроль и мониторинг парка шин. Данную работу нельзя вести простым осмотром и фиксированием «на бумажке» проблемных шин. Вся информация в течение осмотра должна присваиваться конкретной шине с уникальным идентификационным номером в системе для планомерного расчета рекомендаций по ротациям и перестановкам. В связи с этим учет остаточной глубины протектора лучше всего проводить электронным глубиномером, значения измерений которого автоматически заносятся в систему управления шинным хозяйством. В мобильном приложении шинный инженер или сотрудник, ответственный за проведение измерений, видит подсказки, какие ТС требуют измерения или осмотра.

Выдача системой рекомендаций по ротации/перестановкам шин осуществляется в автоматическом режиме и отслеживается механиком автотранспортного цеха, где в карточке каждой шины и при визуализации конкретного самосвала можно посмотреть текущую наработку и рекомендации по перестановкам шин в зависимости от наличия подходящих шин и подбора конкретной шины для карьерного самосвала. Система осуществляет мониторинг наличия подходящих подменных шин в автоматическом режиме и в случае отсутствия подходящей шины выдает соответствующее предупреждение. На рис. 2 показан интерфейс системы, визуализирующий рекомендации по перестановкам шин.

skolkovo-nlmk-02-678x237
Рис. 2. Перестановки шин

Наверное, одна из важных функций для финансистов и подразделения закупок горнодобывающих предприятий — планирование закупок. При появлении единой объективной информации о ходимости шин, реальных нарушениях и анализе факторов, влияющих на износ шин, можно изменить принципы планирования исходя не из паспортных абстрактных величин или рекомендаций производственной дирекции, а на основе объективной информации по списанию и уточненному прогнозу ходимости на основе статистики, постоянно обновляющейся в системе. Пример анализа факторов ходимости шин представлен на рис. 3.

skolkovo-nlmk-03-678x318
Рис. 3. Анализ факторов ходимости шин

Для развития именно процессов управления менеджмент горнодобывающего предприятия, помимо фиксирования факторов, влияющих на ходимость и износ шин, должен анализировать, как рекомендации, формируемые в системе, выполняются линейным персоналом. Для этого нужно использовать функцию анализа дисциплины выполнения рекомендаций по ротации/перестановкам шин, проведению осмотров и измерений, скорости проведения ремонтов, а также процент работоспособных датчиков давления/температуры или нарушения эксплуатации конкретной шины (рис. 4).

skolkovo-nlmk-04-678x317
Рис. 4. Дисциплина выполнения рекомендаций

Инновационным процессом, который может дополнить указанную систему, является применение методов компьютерного зрения для автоматического поиска аномалий на шинах и наличия дефектов. Данное решение возможно реализовать с помощью тепловизора, который обеспечивает фотовидеофиксацию с термической картой технологического транспорта в автоматическом режиме, далее модуль идентифицирует транспортное средство, с занесением в базу данных истории о скорости, местоположении, гаражном номере, времени съемки, порядковом номере съемки. Проводимые эксперименты показывают, что на основе тепловизора возможно построение термического образа протекторной части шины, фиксации равномерности термического образа с определением зон повышенного износа, фиксации очагов пониженной/повышенной температуры. Тепловизоры могут быть штатно размещены на выезде из карьера для контроля колес, расположенных на передних и задних осях.

Пример анализа изображений повреждения шин, полученных с помощью тепловизора, представлен на рис. 5.

skolkovo-nlmk-05-678x243
Рис. 5. Анализ повреждений КГШ на основе применения компьютерного зрения и изображений тепловизора

Весь процесс управления шинным хозяйством во многом связан с наличием важных ролей на предприятии, таких как шинный инженер, поэтому предприятия, которые пока не эксплуатируют современные программные средства управления шинным хозяйством, должны сначала организовать процессы на бумаге, разработать систему мотивации и провести обучение людей.

Рекомендации по организации процесса управления шинным хозяйством при отсутствии системного подхода в управлении КГШ:

1.         Обучение шинных инженеров. Предприятие должно найти или обучить сотрудников методикам эффективного ведения шинного хозяйства.

2.         Важно подобрать оборудование, организовать внедрение и обслуживание технических решений, направленных на повышение эффективности эксплуатации КГШ, таких как датчики давления и температуры в шинах, компрессорное оборудование, шиномонтажное оборудование, возможно, инклинометры, которые могут характеризовать качество, а также правильность технологических дорог.

3.         Установка профессиональной системы управления шинным хозяйством, где будет осуществляться контроль за эксплуатационными характеристиками шин, ведение карточек шин, планирование ротаций/перестановок.

4.         Организовать правильное и качественное обслуживание установленного оборудования.

5.         Организовать внедрение и контроль регламентов на всех участках работ, задействованных в шинном хозяйстве.

6.         Оценить эффективность эксплуатации брендов/моделей шин. Производить корректировки нормативного эксплуатационного давления с учетом изменяющихся погодных и эксплуатационных условий.

7.         Разработать дальнейший план мероприятий, направленных на снижение стоимости километра пробега шины.

В завершение хотелось отметить, что управление шинным хозяйством — процесс, который может быть налажен довольно быстро, так как не так много технических и организационных действий необходимо применить в его настройке, но, несмотря на это, как и для многих инноваций, процесс может быть не организован, если будут подменены субъекты и объекты, участвующие в нем. Система управления шинным хозяйством является лишь инструментом, процесс управления шинным хозяйством является объектом управления, а субъекты, что должны проводить изменения, — это менеджмент предприятия, шинные инженеры, руководители автотранспортного цеха, без вовлечения которых информационная система является просто еще одной программой, установленной на персональный компьютер.

Поплавский Станислав, директор по стратегическим партнерам Фонда «Сколково», руководитель направления MineTech:

— Искусственный интеллект имеет большой потенциал для оптимизации и улучшения производственных процессов на горнодобывающих предприятиях. Внедрение ИИ может способствовать сокращению затрат, повышению эффективности и качества, а также улучшению функций управления и принятия более точных решений. Значительные затраты горнорудных предприятий связаны с обслуживанием колесной техники, в первую очередь — карьерных самосвалов. Слабым местом таких автомобилей являются шины, которые подвержены быстрому износу и при этом имеют высокую стоимость, особенно в нынешних условиях. Мы видим, что эксплуатирующие организации горнодобывающих предприятий начали внедрять аналитические системы для контроля ходимости шин карьерных самосвалов. Внедряя решения резидентов Фонда «Сколково», предприятия получают в свое распоряжение инструментарий, позволяющий оптимизировать эксплуатацию карьерного транспорта, повысить его производительность и предотвратить выходы его из строя.

Татьянин Александр, директор дирекции по цифровизации и автоматизации дивизиона «Сырье», Стойленский ГОК (НЛМК):

— Система управления ходимости крупногабаритных шин позволила повысить ходимость КГШ до 12 % за счет планомерного контроля состояния и автоматизированных рекомендаций по перестановкам шин, организации процесса осмотра шин и фиксации их состояния. Применение методов прогнозной аналитики и анализ режимов движения самосвала сможет в перспективе обеспечить дополнительное увеличение ходимости за счет оптимизации стиля вождения, качества дорог. Эксперты компании резидента «Сколково» показали себя как команда, способная добиваться результатов в разработке и внедрении цифровых систем для реального производства. Опыт и ответственное отношение к делу позволяют нам рассчитывать на дальнейшее сотрудничество в области оптимизации процессов горного производства и внедрения цифровых советчиков для механиков и производственного персонала.

Вопросы можно задать здесь: SPoplavskiy@sk.ru

Поделиться статьёй
Понравилась статья? Подпишитесь на рассылку