数字孪生正在加速矿业变革

原创 黄恒 焦克 HOT全球矿业资讯 2020-07-22

谁是浩特?请参考下图



未来矿业公司都拥有两项资产:实物资产,以及数字资产!


【案例】力拓皮尔巴拉



正在运行的采矿所有设施、选矿厂,钻孔和所有的地质数据(勘探期即完成的矿体建模)都会被输入该矿点的三维可视化模型,并实施显示在力拓远程运营中心的显示屏上。


力拓在全球每一个矿山的所有设备都可以在这里实时分析运行状态、预测未来故障及运行趋势。目的是通过运行趋势分析,预判和调整该矿点采矿、选矿的参数,更好的匹配地质数据,采矿时减少贫化率,减少矿卡的运行距离和轮胎损耗,提升钻机、破碎机等设备的使用效率,并提升选矿厂的回收率。


从而实现 感知-分析-趋势预判-调试-优化 的目的。




数字孪生的应用收益



  • 优化矿卡车队的运行轨迹,极大的降低油耗、轮胎损耗,以及矿卡维修工作量;

  • 优化破碎-磨矿流程,降低电耗和耐磨钢球消耗。要知道,目前全世界的矿山的破碎和磨矿消耗了全球5%的电力;

  • 在浮选环节,通过对浮选泡沫的视觉识别,自适应地改善药剂添加过程,优化浮选效果的同时,降低了药剂消耗……

  • 海量数据,任何微小的调整都将带来巨大的降本增效(这就是大数据的价值)。



数字孪生的优点


1
提升可靠性和有效性

它通过监测、模拟和控制资产、流程或网络,而作为一种提高系统性能的有效策略。


                         

某矿井激光扫描三维建模


【注】通过激光扫描进行三维实景建模,是数字孪生的工作之一。快速、低成本的实施三维建模(矿井,选矿厂、物料输送系统、输变电等地面实施,项目周边道路、村庄、山林等社区及环境)是矿业项目数字孪生实施的基础必备技术之一。


国内示范项目:贵州省铜仁市德江县李家山重晶石矿,已开始实施初级数字孪生系统,即:矿井及地面设施三维激光扫描建模+基于工业物联网的生产系统状态感知及预测性维护系统(请持续关注HOT订阅号,将发布李家山矿数字孪生实施简报)


HOT团队-李家山矿地面设施三维扫描设备调整


李家山矿

工业广场与+880平硐三维扫描成果(初步-部分)


李家山矿

+880平硐三维扫描成果(初步-部分)


该工作通过专业的全站式激光扫描仪,对工业广场及矿井进行精准扫描,并通过专业建模软件将所采集数据进行拼接,形成了一套精细的矿山三维工程模型。未来,基于此模型可以将钻探、物探、采掘等多元信息进行融合,从而构建成完整的三维地质动态模型。并以此来逐级、递进地实现未来矿山采掘的三维地质透明化技术,克服目前智能化开采的地质瓶颈。矿山的远期目标是利用该模型与矿山采掘设备进行联动,实现自动开采,真正达到开采工作面少人化、无人化的目标。


2
降低经营风险


数字孪生技术可以通过减少与资产和流程相关的事件并避免意外停机,进而保障企业员工的健康和安全、降低对环境破坏和实现企业的经营目标。


安尔法的采矿设备智能运维系统-铲运机界面


安尔法的选煤设备智能运维系统-离心机界面



3
 降低设备维护成本


数字孪生技术能够在设备故障发生前预警,合理规划备件采购计划并能在不影响生产的目标的时间安排维修。


4
 提高产能


通过实时了解资产和流程的表现来确保产品质量,从而进行相应干预和响应,并将对供应链的影响降到最低。


LlamaZOO矿数字孪生-露天矿坑可视化部分


LlamaZOO矿通过数字孪生,模拟和预测正在运营的矿卡路径可直接与优化后路径对比(提升产能,同时减少油耗和轮胎磨损)。


5
快速实现时间的价值


利用行业专业知识、易于使用的工具和最完整的数据模型,提供行业所需的分析和实时功能。


即将由安尔法实施的某选矿厂数字孪生




什么造就了一个数字孪生体?


GE公司的煤矿长壁工作面数字孪生示意图


数字孪生借助历史运行场景和性能数据来了解过去,使用直接或间接的数据来分析现状,并应用机器学习和专业知识库来预测未来。


最常见的数字孪生体的体系结构:组件、资产、系统、进程。通过了解当前环境并预测数字孪生体的未来状态,可以有效地监测、模拟和控制资产或流程,并优化其生命周期(无论是在线的云计算还是离线的边缘计算)。


我们实现这一目标的最直接的方法之一就是通过未来的智能采矿:技术、数字化和可持续携手并进。


技术革新将从根本上改变我们勘探、开发、开采、加工、运输和销售矿产(区块链)的传统方式!




数字孪生引领选矿技术革命



智能化给矿业公司提供了半个世纪以来获取矿物加工变革的机遇。


人工智能系统最初将学习如何在较长时间内处理矿物,收集和处理数据并改进算法。一旦开发出来,人工智能系统将被集成到实时操作中,并以咨询模式运行选厂,给选厂操作员提出建议。一旦成功通过完全测试,人工智能系统就能够完全自主地运行选厂。选厂如果在最佳操作环境下运行,生产更稳定,安全或环境风险更小,对矿石性质或工艺参数的任何变化都能作出更及时的反应。人工智能将优化操作的不同部分,以提高效率、回收率和盈利能力。数字孪生的核心系统之一(预测性维护)能根据实际和预测的部件磨损情况对设备进行预测性维护。



一个世纪前和50年前,人类分别取得了浮选和溶剂萃取这两个重大选矿突破。虽然知名设备制造商和IT供应商大都在投资于产品改进,旨在提高效率和回收率,精简选厂流程。但采矿业面临着越来越大的挑战,即矿体开采深度和品位较低,以及需要大幅提高能源和水利用率的压力,这一系列问题可能引发更快的变革,并有可能为供应领域带来新的参与者。


虽然迄今为止的变化有限,但智能化有可能带来“矿物加工的新阶段变革,使选厂能够通过人工智能来持续控制和优化操作。



5G通道下的选煤厂设备智能运维信息

由成都安尔法智控科技有限公司在盘江集团山脚树-老屋基选煤厂实施的预测性维护,极大的提升了设备运维水平,多次预警重要设备故障,避免了非计划停机,帮助这座历史悠久的选煤厂焕发新生。


优化现有资产和流程是推动该行业生产力进一步提高的关键,借助智能化工具,这些选厂将能够充分利用现有的资产。到目前为止,通过智能化实现阶段性变化的例子还很有限,目前人工智能在选矿厂的主要用途是状态预测,以及检测异常。矿物加工的下一个主要挑战是将选厂的数字孪生副本构建为完全动态模型,并应用人工智能完全自主地控制操作,但这仍处于原型阶段。

矿业智能化是行业趋势,新基建则是国家战略,未来任重道远。 

加快转变经济发展方式,把实体经济特别是制造业做实做强做优,推进5G、物联网、人工智能、工业互联网等新型基建投资。

——摘自习近平总书记2020年4月20日至23日在陕西考察时的重要讲话

作者 黄恒

院士 澳大拉西亚矿业冶金学会

国际矿业合资格人

北京浩沃特矿业技术有限公司创始人,董事长

青岛中盈基岩投资管理有限公司 创始合伙人

 

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