Digitalisaatio kaivosteollisuudessa: Käännä haasteet mahdollisuuksiksi

Kaivosteollisuus on matkalla kohti digitalisaation tuomaa murrosta. Toimiala kohtaa lisääntyneitä ympäristövaatimuksia, yhteiskunnallisia vaatimuksia ja taloudellisia haasteita, mikä vaatii siirtymistä kohti kestävän kehityksen mukaisia ja tehokkaampia käytäntöjä.

Digitalisaatiosta tulee keskeinen strategia, jolla varmistetaan toimialan tulevaisuus. Toiminnan tehokkuutta lisäävät, turvallisuusstandardeja parantavat ja tuottavuutta lisäävät teknologiat ovat yleistymässä. Suurinta kasvua odotetaan vuosien 2021 ja 2026 välillä. Tämä kehityssuunta korostaa digitalisaation keskeistä roolia innovaation ja kestävän kehityksen ajurina kaivosteollisuudessa.

Kaivosteollisuudessa pitkään jatkuneen resilienssin ja innovatiivisuuden ansiosta voimavarat on nyt valjastettu kohti digitaalista vallankumousta. Aikaisemmin käytetyt toisarvoiset teknologiat ovat nyt keskeisessä asemassa ratkaisemaan alan suurimpia haasteita; turvallisuuden parantaminen ja tiukkojen ESG-standardien (ympäristö, yhteiskuntavastuu ja hyvä hallintotapa) noudattaminen. Lisäksi uudet haasteet, kuten kyberturvallisuus, ovat saamassa jalansijaa, kun taas ESG ja toimintaluvan saaminen (LTO, License to Operate) vaativat innovatiivisia lähestymistapoja.

Kaivosteollisuuden digitaalinen murros

Kaivosteollisuus on parhaillaan siirtymässä merkittävästi kohti digitalisaatiota. Useat teknologiat auttavat kaivostoimintojen uudistamisessa:

Autonomiset ajoneuvot: Ilman ihmistä toimivat ajoneuvot parantavat toiminnan tehokkuutta tekemällä esim. porauksia ja kuljettamalla turvallisemmin ja johdonmukaisemmin.

Etäkäyttökeskukset (Remote Operating Centers, ROC): Keskukset mahdollistavat kaivostoimintojen keskitetyn hallinnan ja valvonnan, jolloin asiantuntijat voivat seurata ja optimoida prosesseja etänä. Kyseiset keskukset ovat ideaaleja usean kaivoksen yhdistetyssä operoinnissa.

Edistynyt data-analytiikka: Data-analytiikan käyttö auttaa optimoimaan tuotantoa, vähentämään tehottomuutta ja tukemaan päätöksentekoa. Datan tuottama tieto auttaa linjaamaan kaivostoimintaa tuotantotavoitteiden, turvallisuusstandardien ja ESG-tavoitteiden kanssa.

Yksi keskeisistä esimerkeistä integroidusta digitaalisesta toiminnanohjauksesta on esitetty kuvassa 1.

Kaivosyhtiöiden omaksuessa digitaalisen muutoksen, sellaiset innovaatiot kuin autonomiset ajoneuvot, etäkäyttökeskukset ja data-analytiikka muodostuvat elintärkeiksi kasvun ja kestävyyden luomisessa. Kuitenkin siirtyminen kohti digitalisaatiota edellyttää myös sellaisten haasteiden voittamista, jotka liittyvät infrastruktuurin yhteensopivuuteen, kyberturvallisuuteen ja henkilöstön osaamisen kehittämiseen. Nämä haasteet on ratkaistava yhteistyöllä ja innovaatioilla, jotta alalla voidaan saavuttaa pitkän aikavälin parannuksia.

Kaivostoiminnan ja mineraalien prosessoinnin automaatiopyramidi esitetään kuvassa 2.

Kyberfyysiset järjestelmät ja Teollisuus 4.0

Teknologian jatkuva kehittyminen mahdollistaa uusien järjestelmien, kuten kyberfyysisten järjestelmien (Cyber-Physical Systems, CPS) käyttöönoton kaivosteollisuudessa. Nämä järjestelmät mahdollistavat hajautetun viestinnän ja autonomisen päätöksenteon. CPS-arkkitehtuuri mukautuu ympäristöönsä ja mahdollistaa vertaisviestinnän, mikä tekee järjestelmästä joustavamman ja kykenevämmän vastaamaan muuttuviin olosuhteisiin.

Kyberfyysisten järjestelmien merkitys on ilmeistä, sillä Teollisuus 4.0 -toteutus pyrkii tasoittamaan perinteiset automaatiorakenteet vähentämällä päätöksenteon ja valvonnan välisiä vaiheita.

Kuvassa 3 on visualisoitu kyberfyysinen järjestelmä.

Kaivosturvallisuuden parantaminen digitaalisen murroksen avulla

Luontaisesti vaarallisella kaivosalalla turvallisuus on edelleen pääasia. Digitaalinen murros on tuonut mukanaan uusia turvallisuustoimenpiteitä, jotka määrittelevät uudelleen perinteiset protokollat ja luovat korkeammat turvallisuusstandardit. Joitain turvallisuutta edesauttavia digitaalisia teknologioita:

• Vireystilanhallintajärjestelmät: Nämä järjestelmät käyttävät puettavaa teknologiaa ja ajoneuvoissa olevaa tekniikkaa työntekijöiden vireystilan seuraamiseksi. Ne hälyttävät, kun on tarpeen levätä onnettomuuksien estämiseksi.
• Puettavat RFID-paikantimet: Paikantimet seuraavat työntekijöitä reaaliajassa erityisesti hätätapauksissa, kuten luolan romahtamisissa. Ne mahdollistavat nopean reagoinnin ja parantavat pelastustoimia.
• Läheisyysanturit: Nämä anturit estävät onnettomuuksia havaitsemalla henkilöstön ja koneiden välisen etäisyyden, ja hälyttävät, kun törmäysriski on olemassa.

Lyhyen aikavälin valvonta (Short Interval Control, SIC) kaivostoiminnassa

Lyhyen aikavälin valvonta (SIC) on menetelmä, jossa työ jaetaan lyhyisiin, hallittaviin jaksoihin, mikä mahdollistaa reaaliaikaisen toiminnan seurannan ja säätämisen. SIC helpottaa välittömiä reaktioita toiminnan muutoksiin sovittaen ne tuotantotavoitteisiin ja turvallisuusstandardeihin.

• Reaaliaikaisen datan hyödyntäminen: Edistyneet anturit ja IoT-teknologia keräävät toiminnan dataa, mikä mahdollistaa nopeat päätökset ja säätötoimenpiteet.
• Tuottavuuden ja tehokkuuden parannukset: SIC voi parantaa tuottavuutta 10-20 % reaaliaikaisen tehottomuuksien tunnistamisen ja nopeiden korjaavien toimien avulla.

SIC:n toteuttaminen vaatii kuitenkin vahvoja yhteyksiä ja datanhallintajärjestelmiä saumattoman toiminnan varmistamiseksi.

Kuva 4 esittää lyhyen aikavälin kontrollin rakennuspalikoita.

SIC:n toteuttaminen edellyttää myös kulttuurisia muutoksia kaivosyhtiöissä. Tämä vaatii työntekijöiltä ja esihenkilöiltä datalähtöisen ajattelutavan omaksumista ja jatkuvaa pyrkimystä toiminnan parantamiseen.

Kuva 5 havainnollistaa DIKW-pyramidin (Data, Information, Knowledge, Wisdom), joka korostaa datan muuntamista “käytännönläheiseksi viisaudeksi."

Strateginen omaisuuden suunnittelu ja integrointi

Digitalisaatio mullistaa kaivosalalla myös strategisen omaisuuden suunnittelun ja integroinnin. Digitaaliset työkalut mahdollistavat datalähtöisen päätöksenteon, dynaamisen suunnittelun ja reaaliaikaiset päivitykset, ja parantavat siten strategisten tavoitteiden ja käytännön toimien välistä yhdenmukaisuutta. Nämä työkalut edistävät integroitua näkymää toimintoihin, purkavat perinteisiä siiloja ja tukevat koordinoituja toimenpiteitä koko kaivosympäristössä.

AFRY Smart Platform: Digitaalista siirtymistä tukemaan

AFRY on kehittänyt AFRY Smart -palvelupaketin. Se on moderni järjestelmä, joka perustuu avoimen lähdekoodin ja matalan koodin teknologioihin. AFRY Smart Site käyttää digitaalitekniikkaa ja menetelmiä, jotka ovat yhdenmukaisia Teollisuus 4.0 -kehyksen kanssa. Se tarjoaa kohtuuhintaisen, käyttäjäystävällisen ja toimittajista riippumattoman ratkaisun. Järjestelmä tukee erilaisia teollisuuden sovelluksia, kuten keskitettyä tuotannonhallintaa etäkäyttökeskusten kautta, ja edistää digitaalisia innovaatioita. AFRY Smart -palvelupakettia käyttämällä kaivosyhtiöt voivat paremmin sopeutua muuttuvaan digitaaliseen ympäristöön, ja voivat siten varmistaa kestävän kasvun ja tuotannollisen menestyksen.

Uraauurtavia innovaatioita kaivostoimintaan

Samalla kun kaivosteollisuus etenee kohti digitaalista tulevaisuutta, se kohtaa merkittäviä haasteita, mutta myös vertaansa vailla olevia mahdollisuuksia muutokseen ja kasvuun. Digitaalisaation myötä kaivosyhtiöt tekevät kaivoksista turvallisempia, tehokkaampia ja ympäristöä vähemmän kuormittavia. Samalla kun tämä keskeinen muutos vaatii sopeutumista teknologisiin, kulttuurisiin ja operatiivisiin näkökulmiin, se tuo alan innovaatioiden kärkikastiin. Digitaalisessa maailmassa navigoimalla, strategisella ennakoinnilla ja jatkuvaan kehittämiseen sitoutumalla kaivosyhtiöt voivat varmistaa menestyksensä ja vastuullisuutensa tulevina vuosina. Silloin teknologia ja perinteet määrittelevät kaivosteollisuuden toiminnan laadukkuuden uudelleen.

________________________

Tämä on käännös englanninkielisestä artikkelista, jonka ovat kirjoittaneet:
Anastasiia Safonova, Technology Expert, AFRY Process Industries Finland
Diego Mariano de Oliveira, Specialist Consultant, AFRY Process Industries Brazil.