Facilitator för cirkulär ekonomi för gruvindustrin (CEFMI)

I det här avsnittet delar vi med oss av viktiga insikter från projektet Circular Economy Facilitator for the Mining Industry, som undersökte nya sätt att förlänga livslängden på värdefull gruvutrustning. Fokus ligger på två viktiga maskiner i svensk gruvdrift: KOMATSU 2350 hjullastare på Boliden och LH621i-lastaren på LKAB.

Medan traditionella strategier ofta bygger på allmänna uppskattningar eller finansiella mått som livscykelkostnad (LCC) och avkastning på investeringar (ROI), går det här projektet längre. Genom att använda detaljerade drifts- och underhållsdata - ända ner på komponent- och delsystemnivå - syftar det till att skapa smartare och mer hållbara livstidsförlängningsplaner som överensstämmer med målen för den cirkulära ekonomin.

Viktiga resultat och utvecklade verktyg

1. Degradering på komponentnivå är avgörande för tillgångens övergripande hälsa
   Vår analys visar att värdefull gruvutrustning består av ett stort antal komponenter med varierande nedbrytningsmönster:
   - KOMATSU 2350 består av 8 system, 60 delsystem och 675 komponenter
   - Kritiska faktorer som påverkar slutet av livslängden är bland annat planetväxlar och sprickor i ramen
   - Komponentspecifik övervakning är avgörande för korrekta beslut om livstidsförlängning
   
   
2. Förutsägbara indikatorer per utrustningstyp
   För KOMATSU 2350:
   - Oljeanalys (särskilt järninnehåll) ger tidiga varningssignaler om komponentnedbrytning
   - Vibrationsmätningar från accelerometrar installerade på kritiska komponenter ger övervakning av nedbrytning i realtid
   
   För LH621i:
   - Sprickor i ramen och frekvensen av svetsreparationer är primära indikatorer på uttjänta komponenter
   - Fram- och bakaxelns skick har en betydande inverkan på utrustningens livslängd
   
   
3. Underhållskostnaderna följer förutsägbara mönster
   Vår analys av historiska underhållsdata avslöjar:
   - Kostnader för felavhjälpande underhåll följer vanligtvis ett accelererande tillväxtmönster över tid
   - Kostnaderna för förebyggande underhåll uppvisar mer måttliga och förutsägbara tillväxtmönster
   - Maskinens otillgänglighet ökar linjärt med cirka xxx timmar per månad under en 10-årig prognosperiod
   
   
4. Livslängdsförlängande åtgärder ger betydande värde
   Studien visar att:
   - Strategiska åtgärder för att förlänga livslängden kan avsevärt förlänga utrustningens livslängd
   - Tidpunkten för insatserna är avgörande för att maximera avkastningen på investeringen
   - Flera mindre insatser kan vara mer effektiva än en enda större översyn
   
   
5. Hybrida modelleringsmetoder och ett anpassat programvaruverktyg förbättrar beslutsfattandet
   Vi utvecklade successivt mer sofistikerade modeller för att förutse återstående livslängd:
   - Grundläggande modeller ger rimliga uppskattningar med minimala datakrav
   - Avancerade modeller som innehåller flera variabler ger ökad precision i förutsägelserna
   
   Som en del av CEFMI-projektet utvecklade vi dessutom en anpassad mjukvaruapplikation med Python (Figur 1) som:
   - Tillhandahåller en användarvänlig instrumentpanel för övervakning av gruvutrustningens hälsa
   - Visualiserar kritiska underhållsparametrar, inklusive vibrationsdata och oljeanalys
   - Implementerar RUL-prediktionsmodellerna för uppskattning av utrustningens livslängd i realtid
   - erbjuder verktyg för kostnadsanalys som stöd för beslut om underhåll och utbyte
   - Gör det möjligt för underhållspersonal att spåra nedbrytning av utrustningen över tid

Rekommendationer

Baserat på våra resultat rekommenderar vi följande strategier för att optimera beslut om livstidsförlängning:

1. Implementera omfattande system för tillståndsövervakning
   - Installera vibrationssensorer på kritiska komponenter (planetväxlar)
   - Genomför regelbundna oljeanalyser för att spåra föroreningsnivåer
   - Integrera alla övervakningsdata i ett centraliserat system för en helhetsbedömning
   
   
2. Anta underhållsstrategier på komponentnivå
   - Utveckla anpassade underhållsscheman för olika delsystem baserat på deras specifika nedbrytningsmönster
   - Prioritera kritiska komponenter som avgör när livslängden är slut (planetväxlar, ramar, axlar)
   - Implementera tillståndsbaserade underhållsmetoder som utnyttjar övervakningsdata i realtid
   
   
3. Optimera tidpunkten för livstidsförlängande interventioner
   - Använd prediktiva modeller för att fastställa optimal tidpunkt för livstidsförlängande åtgärder
   - Överväg flera mindre åtgärder snarare än en enda större översyn
   - Balansera omedelbara reparationskostnader mot långsiktiga fördelar och produktionsförluster
   
   
4. Utnyttja dataanalys och anpassade programvaruverktyg för beslutsstöd
   - Utnyttja hybridmodelleringsmetoder (kombinera fysiska modeller med datadrivna tekniker)
   - Implementera neurala nätverk för förbättrade RUL-förutsägelser
   - Kontinuerligt förfina modellerna med nya drifts- och underhållsdata
   - Implementera den specialutvecklade CEFMI Tkinter-applikationen för övervakning och beslutsstöd i realtid
   - Integrera prediktiva modeller i användarvänliga programvarugränssnitt för underhållspersonal
   
   
5. Integrera ekonomiska, tekniska och hållbarhetsfaktorer i beslutsfattandet
   - Beakta underhållskostnader, effekter på otillgänglighet och hållbarhetsmått när du fattar beslut om att förlänga livslängden
   - Spåra systemspecifika kostnader för att identifiera områden med hög påverkan för åtgärder
   - Balansera kapitalkostnader (ny utrustning) mot driftskostnader (underhåll)

Förväntade fördelar

Genomförandet av dessa projektrekommendationer förväntas ge följande resultat:

• Förlängd livslängd för värdefull gruvutrustning, vilket stödjer Sveriges mål för cirkulär ekonomi
  
• Minskad total ägandekostnad genom optimerade underhållsstrategier
  
• Förbättrad driftsäkerhet och minskad oplanerad stilleståndstid för svensk gruvverksamhet
  
• Mer exakt kapitalplanering för utbyte av utrustning
  
• Förbättrad avkastning på investeringar för åtgärder som förlänger livslängden
  
• Minskat miljöavtryck genom resurseffektivitet och minskad tillverkningsefterfrågan
  
• Stärkt konkurrensposition för den svenska gruvindustrin genom kostnadsoptimering
  
• Kunskapsöverföring och kapacitetsuppbyggnad inom hela den svenska gruvsektorn (BOLIDEN och LKAB)

Slutsats

Projektet Circular Economy Facilitator for Mining Industry visar att en komponentbaserad strategi för livstidsförlängning, i kombination med avancerad övervakning och prediktiv modellering, ger betydande fördelar jämfört med traditionella metoder för beslutsfattande vid slutet av livscykeln. Genom att implementera de rekommenderade strategierna kan svenska gruvföretag optimera livslängden för sin värdefulla utrustning och samtidigt bibehålla driftseffektivitet och kostnadseffektivitet.

De anpassade strategierna för att förlänga livslängden som utvecklats för både KOMATSU 2350 och LH621i visar hur riktade insatser baserade på omfattande dataanalys kan omvandla underhållsmetoder från reaktiva till proaktiva, vilket i slutändan ger betydande operativa och ekonomiska fördelar. Dessa metoder ligger helt i linje med Sveriges nationella mål för cirkulär ekonomi genom att förlänga tillgångarnas livscykler, minska resursförbrukningen och minimera avfallsgenereringen i gruvindustrin.
Det här projektet är ett viktigt steg mot hållbara gruvmetoder i Sverige och utgör en modell som kan utvidgas till andra utrustningstyper och gruvverksamheter i hela Norden.

Den anpassade Tkinter-applikationen som utvecklats som en del av detta projekt fungerar som en praktisk implementering av forskningsresultaten och överbryggar klyftan mellan avancerade prediktiva modeller och den dagliga underhållsverksamheten. Detta programvaruverktyg exemplifierar hur digital teknik kan stödja principerna för cirkulär ekonomi inom gruvsektorn genom att underlätta mer välgrundade beslut om förlängning av utrustningens livslängd.

Erkännande

Med stöd av det strategiska innovationsprogrammet för Processindustriell IT och Automation (PiiA), ett samarbete mellan Vinnova, Formas och Energimyndigheten.

Samarbetspartners: Luleå tekniska universitet, Boliden Mineral AB, Filterteknik AB, Kaunis Iron AB, LKAB, Sandvik AB, SPM Instrument AB och Trafikverket