Использование имитационного моделирования для оценки возможностей улучшений на сложном подземном руднике

Задача

Сложный подземный рудник в Северной Америке, включающий несколько рудных тел и зоны горнопроходческих работ, обслуживаемые общей инфраструктурой, нуждался в инструменте для объективной оценки различных инициатив по повышению эффективности.

Традиционные методы планирования — графики работ и расчёты в Excel  не позволяли корректно учесть:

• взаимодействие оборудования между собой
• конкуренцию за ресурсы между производственными зонами
• ограничения наземной и подземной инфраструктуры.

Заказчик

MOSIMTEC помогает компаниям принимать более качественные решения в условиях постоянных изменений — от меняющегося климата  до нарушений цепочек поставок, автоматизации и глобальных вызовов. Направляя организации по пути создания моделей и цифровых двойников, MOSIMTEC помогает не просто подготовиться к изменениям, но и уверенно их принимать.

Горнодобывающая компания. Из-за особенностей проекта конечный заказчик не называется. Все приведённые данные обезличены.

Скриншоты — с похожего, но другого рудника.

Решение

Мы разработали имитационную модель MineTwin, включающую:

• Полную планировку рудника: выработки, забои, рудоспуски, ж/д инфраструктуру, логистику на поверхности и др.
• Взаимодействие техники между собой и с объектами инфраструктуры при погрузке, бурении, вывозе руды и ее подаче на фабрику
• Несколько производственных зон с закрепленной техникой и персоналом

Мы импортировали проектные данные из Deswik и провели валидацию логики модели совместно со специалистами рудника.

Результаты

Моделирование помогло получить ответы по всем гипотезам:

• Дополнительные рудоспуски не увеличили производительность, но дали 13% роста эффективности (меньше холостых пробегов, ниже расход топлива)
• Дополнительный персонал в 3 производственных зонах дал рост производительности на 20%
• Бурение является узким местом: + 1 буровая установка = +10% к производительности
• При определенных условиях вывоз породы также становится ограничением

Контекст проекта

Заказчику было необходимо увеличить производительность без излишнего роста затрат. Были определены гипотезы по улучшению — от изменения парка техники до перераспределения персонала, но у команды не хватало времени, ресурсов и бюджета, чтобы протестировать каждую из них в реальных условиях. Предприятию требовался безрисковый способ оценить эти идеи, количественно измерить эффекты и расставить приоритеты с учётом ограниченного бюджета и сроков. Чтобы решить эту задачу, компания привлекла MOSIMTEC для разработки цифрового двойника рудника на основе имитационной модели.

Цели проекта

• Оценить инициативы по улучшению в безопасной среде, моделируя изменения в операциях без вмешательства в реальную работу рудника.
• Количественно определить эффект предлагаемых изменений на производительность, эффективность и затраты для обоснованного принятия решений
• Определить приоритеты инициатив с учётом их окупаемости (ROI) и реализуемости, направляя ограниченные ресурсы и время на наиболее эффективные решения.

Почему MineTwin?

MineTwin — это инструмент моделирования, разработанный специально для горных работ. Он позволяет детально моделировать процессы бурения, зарядки, взрывов, погрузки и транспортировки породы. Модель учитывает планирование работ, взаимодействие техники (самосвалов и погрузчиков), очереди, задержки и возможные простои. MineTwin поддерживает быстрое и гибкое тестирование различных гипотез, помогая специалистам и руководству принимать обоснованные решения, основанные на реалистичном воспроизведении производственного процесса.

Анализ цикла горных работ

Используя отчёты MineTwin и диаграммы Гантта, команда проанализировала процессы, чтобы выявить узкие места. Ключевым выводом стало то, что бурение являлось основным ограничением на протяжении большей части моделируемого периода. В отличие от другой техники, буровые установки не могут самостоятельно перемещаться и требуют участия погрузчиков и персонала для перестановки между забоями. По этой причине определение такого узкого места обычными расчётами практически невозможно. Моделирование показало, что погрузчиков достаточно, но буровых установок не хватает, чтобы вовремя готовить выработки. Сценарный анализ также выявил, что наибольший прирост эффективности достигается при одновременном добавлении буровых установок и персонала, причём доступность персонала оказывает наибольшее влияние на общий результат.

Оценка от дополнительной инфраструктуры

Одной из ключевых инициатив, протестированных в симуляции, было увеличение количества рудоспусков в подземном руднике. Долгое время считалось, что большее число точек разгрузки между уровнями улучшит движение горной массы, сократит время ожидания и, в итоге, повысит общую производительность.

Однако моделирование в MineTwin дало неожиданный результат: вывоз породы не являлся ограничением системы. Модель показала 13% рост эффективности логистики — суммарный пробег с грузом уменьшился, что привело к небольшому снижению расхода топлива, но не к росту производительности.

Этот на первый взгляд нелогичный вывод оказался крайне важным. Без симуляции команда была готова вложить значительные средства в строительство новой инфраструктуры, считая её ключом к увеличению мощности.

Подтверждение данных моделированием позволило избежать многомиллионных капитальных затрат и направить ресурсы на те изменения, которые действительно увеличивают производительность.