SUKU – Sistem za upravljanje kvalitetom uglja

Zašto i kako?

Model upravljanja kvalitetom uglja bazira se na kontroli i upravljanju svim delovima procesa otkopavanja, transporta, deponovanja i utovara uglja. Za ovakav rad, apriori je potrebno obaviti stručno dugoročno planiranje na nivou Basena ili zavisnih delova kopova kako bi se izbegle situacije da u pojedinim vremenskim periodima nije moguće postići homogenizaciju uglja po kvalitetu, potom srednjeročno planiranje na nivou kopa ili kopova koji se objedinjavaju u jedinstevni sistem kako bi se rudne rezerve i oprema koristili racionalno i kratkoročno planiranje – operativno kako bi svaki učesnik u procesu imao konkretan, jasan i nedvosmoslen zadatak koji treba da ostvari bez da se, kao pojedinac, stara o radu, mogućnostima i zadacima drugih učesnika.

Na slici je prikazan konceptualni model integralnog sistema za planiranje i praćenje proizvodnje uglja, čija je osnovna namena upravljanje kvalitetom uglja. Suština ovog sistema se zasniva na nizu aktivnosti koje podrazumevaju:

-        Izradu geološkog modela ležišta,

-        Izradu tehnološkog modela ležišta,

-        Operativnom planiranju i analizi rada bagera,

-        Operativnoj kontroli rada bagera uz korišćenje on-line analizatora,

-        Korišćenju deponije, po potrebi, i

-        Isporuku uglja potrebnog kvaliteta i količine sa izveštavanjem TENT-u i automatskim slanjem sertifikata voza odmah po utovaru.

Razvijeno softversko rešenje omogućava brzu simulaciju radi sagledavanja u kojoj meri se planirani i zahtevani uslovi ispunjavaju. Na osnovu dobijenih rezultata, inženjer zadužen za kontrolu i vođenje procesa izdaje konkretne operativne zadatke svakom rukovaocu i nastavlja da prati ostvarene rezultate. Kao deo tehnološkog modela pojavljuje se i model rada postojeće deponije uglja "Tamnava" tako da dežurni inženjer može da donosi odluku o korišćenju deponovanog uglja radi korekcije kapaciteta ili kvaliteta uglja, koji se otprema prema termoelektranama ili o privremenom punjenju deponije.

 

Katalozi

Eksploataciono područje

Eksploataciono područje predstavlja celinu u okviru koje se evidentiraju ležišta, delovi ležišta koja se eksploatišu, planiranje eksploatacije i sl. Njihova evidencija se vodi kroz hijerarhiju, što omogućava njihovo kasnije nesmetano udruživanje za potrebe izvoza podataka u druge softvere, ili za neke druge specifične upotrebe podataka.

Na levom delu panela prikazana je organizacija eksploatacionih područja kroz hijerarhijsku strukturu. Na desnoj strani panela nalazi se nekoliko kartica sa različitim podacima o izabranom području na stablu: granice područja, dokumentacija, oprema koja se koristi u tom području, korisnici sistema koji rukuju podacima koji se odnose na konkretno područje i sl.

 

Na kartici Oprema (Bageri, transporteri, deponijske mašine) nalazi se tabela sa opremom koja se nalazi (ili se ranije nalazila) u odabranom području.

 

Tehničko-tehnološki parametri

 

Na slici, na levom delu panela je prikazana definisana klasifikacija tipova opreme i njenih celina, a na desnoj stani parametri koji su pridruženi tipu opreme, odnosno njegovoj celini. Za svaki parametar koji je pridružen tipu opreme se definiše tip podataka (tekst ili broj), jedinica mere parametra (m, kW, m/min,...), vrsta parametra. Tako se na desnoj strani slike prikazuju tehnološki parametri za izračunavanje tehnoloških elemenata rotornog bagera SchRs 630 25/6, koja je odabrana u stablu na levoj strani. Katalog tehničko-trhnoloških parametara prikazan je kroz hijerarhijsku strukturu.

 

Za svaki parametar definiše se tip podatka (broj ili tekst), jedinica mere, način generisanja podatka (učitavanje, unos, unos za svaku podetažu, učitavanje za svaku podetažu i sl.), širina koju podatak može maksimalno da zauzme, broj decimala i redni broj za prikaz u analizi.

Mehanizacija

Otkopna mehanizacija

U bazi podataka se skladište informacije o raspoloživoj mehanizaciji: tehničke karakteristike i tehnološki parametri osnovne otkopne mehanizacije, kako one koja je trenutno u radu, tako i one koja je u fazi nabavke. Baza sadrži osnovne tehničko-tehnološke karakteristike rotornih bagera (broj vedrica, brzina kopanja, dužina strele, brzine kružnog kretanja i dr), bagera vedričara i deponijske mašine.

Na slici je prikazan panel sa osnovnim podacima o bageru SchRs 630 25/6 i detaljnim podacima o njegovim tehničkim karakteristikama, parametrima rada, pozicijama i sl.

Tehnološki sistemi

Na slici je prikazan panel koji služi za pregled i unos podataka o tehnološkim sistemima i opremi koja je pridružena njima. Na levoj strani panela su prikazani sistemi i oprema, a pozicioniranjem na konkretan „čvor“ hijerarhijskog stabla se bira prikaz odgovarajućih podataka na desnoj strani. Na svakom bageru se zadaje jedinstveni identifikacioni broj, a zatim se bira jedan od postojećih tipova bagera i unose se detalji kao što su oznaka, proizvođač, pogonski broj, godina početka rada, itd. Potrebno je naglasiti da su podaci koji se unose na ovom panelu administrativne, a ne tehničke prirode.

Transportna oprema

Na slici je prikazan pregledni panel sa osnovnim parametrima traka transportnog sistema na Tamnavskim kopovima. Baza podataka sadrži sve relevantne podatke o raspoloživim transportnim sistemima na Tamnavskim kopovima, uključujući informacije o broju i dužinama transportera, njihovim kapacitetima, presipnim mestima i dr.

 

 

Deponija uglja

Softversko rešenje je urađeno za stanje proizvodnog sistema sa jednom deponijom i jednom deponijskom mašinom. Podržava se rukovanje deponijijom sa različitim kvalitetima uglja (ugalj veoma dobrog kvaliteta, ugalj lošeg kvaliteta i homogenizovani ugalj). Predviđeno je da se deponija organizuje u više celina, pa je saglasno tome projektovano i softversko rešenje koje u svakom trenutku prati stanje na svim delovima deponije, ali ujedno i tehnološke parametre rada depojske mašine.

 

 

Modeli

Deo aplikacije SUKU koji se opisuje u ovom odeljku omogućava rad sa različitim vrstama modela:

-  Geološki model (importovanje geološkog modela i etažnih ravni u strukturu etaža u bazi)

-  Tehnološki model blokova, odnosno tehnološka podela radne sredine (podela blokova jedne etaže na podetaže odgovarajuče visine i odgovarajućeg kvaliteta)

-  Dimenzionisanje kapaciteta bagera (proračun parametara rada bagera i bagerskom bloku)

-  Plan rada celokupnog sistema (simulacija rada celog sistema, odnosno sinhronizacija rada raspoloživih bagera u sistemu u cilju postizanja zadatog kapaciteta i kvaliteta)

Geološki model

Na osnovu geološkog modela ležišta, dobijenog iz Minex-a, se kreira prvo podela na etaže, prema preuzetim etažnim površima. Geološki model i etažne površi su zadati u formi mreže, oba data sa isim parametrima mreže: isti prostor i veličina ćelije mreže. Na osnovu ovih podataka se kreiraju blokovi koji nose osnovne informacije o poziciji bloka (x,y), etaži, bageru koji radi u tom bloku, opciono oznaci bloka, potom kote krovine (kk) i podine (kp), kao i veličinu samog bloka: dx, dy, a visina je H=kk-kp. Opciono bagerskom bloku se mogu dati i dodatne oznake, što može biti bitno kod izdavanja radnih naloga bageristi, a te oznake se obično vezuju za odgovarajući članak transportera. Status bagerskog bloka može biti, nije otkopan, delimično otkopan, otkopan. Bagerski blok takođe nosi informaciju o modelu čiji je on sastavni deo.

Na slici je prikazan formular sa metapodacima geološkog i etažnog modela. Kada se ovi podaci unesu u bazu, sistem može da čita model ležišta iz datoteke koja je generisana u navedenom alatu, konkretno u Minex-u, sa navedene putanje, potom model etažnih ravni i presekom ovih modela se definišu bagerski odnosno etažni blokovi. Pored čitanja modela iz datoteke, model može biti pročitan i iz baze podataka ako je prethodno upisan u nju. Osnovni metapodaci o modelima koji se evidentiraju su autor-obrađivač, datum izrade, naziv i tip modela, potom da li se čuva eksterno na disku ili interno u bazi podataka. Takođe se evidentira alat kojim je model generisan zbog specifičnosti formata u kojem je zapisan. Parametri mreže (početna tačka i veličina po x i y) su naročito važni za pravilnu interpretaciju učitanog modela.

 

Otvaranjem modela, može se dobiti više informacija o njemu. Panel koji se tako dobija prikazuje pre svega pogled na jednu izabranu etažu iz ptičje perspektive, pri čemu boje predstavljaju ponderisane vrednosti nekog atributa na blokovima. Podrazumevani atribut je DTE, ali se mogu prikazati i drugi. Takođe, moguće je prikazivati i blokove drugih etaža. Funkcionalnosti ovog panela su raznovrsne. Moguće je povlačenjem miša označiti veći broj blokova, čime se otvara prikaz njihovih profila. To omogućava kako bolje upoznavanje sa ležištem, tako i pravljenje tehnoloških blokova. Tehnološki blokovi se takođe mogu praviti i automatski sa dole prikazanog panela. Jedna od značajnih mogućnosti je i prikaz raznovrsnih statistika modela, kako sumarno za ceo model, tako i po različitim slojevima. Sve statističke informacije se mogu i odštampati. Takođe je omogućen i prikaz opreme na određeni datum koji se može uključiti ili isključiti.

 

Na panelu je dat prikaz profila izabranih blokova. Moguć je prikaz više parametara, a podrazumevani je DTE. Legenda je data na desnoj strani panela. Sa gornje strane se iznad svakog bloka nalazi njegova X koordinata ukoliko se izabrani blokovi pružaju u pravcu istok-zapad, a Y ukoliko se blokovi pružaju u pravcu sever-jug. Preostala koordinata koja je ista za sve blokove je prikazana u gornjem levom uglu panela. Sa leve strane je data visinska skala, a sa donje su navedeni identifikacioni brojevi blokova po kojima im se može pristupiti u bazi. Moguće je dobiti detaljnije informacije o pojedinačnim slojevima blokova otvaranjem tabele koja je prikazana na desnoj strani panela.

 

Tehnološki blokovi

Na panelu "Geološki model" omogućeno je automatizovano kreiranje velikog broja tehnoloških blokova koje započinje klikom na dugme "Automatsko kreiranje tehnoloških blokova". To omogućava izbor niza blokova koji će predstavljti prvi tehnološki blok. Posle toga je potrebno paralelno prvom nizu izabrati drugi niz blokova koji treba da čini krajnji tehnološki blok. Ukoliko izabrane grupe blokova stoje jedna naspram druge bilo po X, bilo po Y osi i sadrže isti broj geoloških blokova program računa tehnološke blokove za sve blokove koji se nalaze između njih. Napravljeni tehnološki blokovi će sadržati isti broj geoloških blokova kao i početni i krajnji koje je korisnik označio.

Ukoliko je potrebno, radi bolje kontrole, tehnološki blokovi se mogu kreirati i pojedinačno. Pošto se na panelu "Geološki blok" povlačenjem miša izabere nekoliko geoloških blokova koji treba da čine jedan tehnološki blok otvara se panel "Blokovi modela" koji pored prikaza blokova ima i funkcionalnost kreiranja tehnološkog modela. Moguće je uneti graničnu vrednost DTE-a za razlikovanje uglja i jalovine kao i kriterijum selektivnosti koji određuje maksimalnu debljinu sloja koji se kopa selektivno.

Pored pravljenja novih tehnoloških blokova potrebno je i omogućiti pregled blokova koji su već napravljeni. Klikom na dugme "Prikaz tehnoloških blokova"  na panelu "Geološki model" se otvara prikaz tehnoloških blokova u istom obliku u kome se prikazuju napravljeni geološki blokovi. Prikaz tehnoloških blokova dat je na slici. Tehnološki blokovi na ovom panelu se mogu pregledati na isti način kao i geološki blokovi.

Nekada je pogodnije da se informacija o tehnološkim blokovima prikaže u tabelarnom, umesto u grafičkom obliku. Takav prikaz se može dobiti klikom na dugme "Postojeći blokovi tehnološkog modela" na panelu "Geološki model". U gornjem delu dobijenog panela prikazani su podaci o svim tehnološkim blokovima sa prisutnim koji uključuju bager, identifikator bloka, etažu u kojoj se nalazi, oznaku bloka, X i Y koordinate, kotu podine, kotu krovine, dužinu, širinu i status. Ovi zapisi se mogu filtrirati upisom željenih podataka u polja za unos "Model", "Etaža" i "Bager". Na taj način se prikazuju samo tehnološki blokovi koji odgovaraju željenim kriterijumima. U donjem levom delu se nalazi vrsta tehnološke podele, a u donjem desnom delu se nalaze podaci o pojedinačnim slojevima bloka.

 

Dimenzionisanje kapaciteta bagera

 

Na panelu Proračun rada bagera u bloku, u gornjem delu panela su opšti podaci o bageru i bloku kao celini, a u donjem delu se prikazuju podaci po podetažama. Korisnik prvo izabere bager za koji da vrši proračun, nakon čega se na drugoj kartici sa leva prikazuju vrednosti fiksnih konkstruktivnih i tehnoloških parametara, na trećoj lista urađenih proračuna za taj bager, dok su na četvrtoj kartci izdvojeni tehnološki parametri čije se vrednosti mogu menjati pri proračunu, ali sistem automatski povlači podrazumenavane vrednosti, a korisnik eventualno vrši korekciju. Na ptoj kartici je rezultat selektovanog proračuna.

 

Rezultat proračuna se prikazuje na karticama Proračun po podetažama i Proračun bloka.

 

 

U softverskom rešenju su implementirani različiti algoritmi proračuna specifični za svaki tip bagera, ali je ergonomija interfejsa jedinstvena, što korisniku olakšava rad. Sistem omogućava i proračun rada deponijske mašine.

Operativni plan rada (simulacija rada više bagera)

Primarni cilj ovog dela softvera je da pomogne planeru u kontrolisanju kvaliteta uglja koji se otkopava na svim otkopnim mestima u planskom periodu. Ovi modeli optimizuju rad više bagera. Teži se što većoj proizvodnji uglja, ali pri zadatim uslovima kvaliteta koje je potrebno postići. Automatski je moguće podesiti kapacitete sa kojim pojedini bageri rade kako bi se maksimizovala ciljna funkcija koja definiše kvalitet rešenja, ali pri zadatim ograničenjima koja definišu izvodljivost rešenja. Funkcija cilja i prateća ograničenja su matematičke funkcije i relacije promenljivih i parametara odlučivanja. Promenljive odlučivanja su aspekti sistema koji mogu biti kontrolisani, dok parametri ne mogu biti kontrolisani od strane donosioca odluke.

Ciljevi modela operativnog planiranja rada bagera su dvostruki. Prvo, treba da budu zadovoljeni zahtevi vezani za kvalitet uglja u određenom planskom periodu pri čemu važe neka fizička i geološka ograničenja i koriste se određena pravila i metode otkopavanja. Drugo, zahtevi vezani za količinu treba da osiguraju projektovanu smensku (dnevnu) proizvodnju uglja. Ova dva cilja imaju najviši prioritet u operativnom planiranju jer izostanak kontrole kvaliteta i količine uglja imaju neizostavno nepovoljan ekonomski efekat za rudnik.

Prilikom formiranja modela, posebno se vodilo računa o sledećim faktorima:

-  Operativno planiranje treba da bude u skladu sa kratkoročnim, srednjeročnim i dugoročnim planovima. Ovo ograničenje sprečava otkopavanje samo uglja visokog kvaliteta ili niskog kvaliteta i isto tako usaglašava razvoj rudnika sa dugoročnim ekonomskim optimumom.

-  Model treba da je dovoljno fleksibilan kako bi verodostojno predstavljao stanje rudarskih radova i za vreme perioda u kojima se javljaju tehnološki problemi.

-  Za svaki planski period, npr. smenu, sve raspoložive otkopne mašine i posade radnika treba da su angažovane kako bi operativni troškovi bili što niži.

Definisanje problema - upravljanje kvalitetom uglja sa gledišta rešavanja problema homogenizacije se može svesti na problem pronalaženja optimalnog kapaciteta sa kojim treba da rade bageri u proizvodnom sistemu (na jednom ili više kopova) tako da pri poznatom kvalitetu uglja na otkopnom bloku (podetaži) i tehnološkim ograničenjima ostvari optimalnu isporuku uglja potrošaču. Pri tome se pod optimalnim rešenjem podrazumeva rešenje koje zadovoljava sve uslove koje je korisnik zadao, ali ima omgoućava proizvodnju veće količinu uglja od ostalih rešenja pri čemu kvalitet proizvedenog uglja ne odstupa značajno od prosečne zadate kalorijske vrednosti.

Na slikama je prikazan panel za izradu operativnog plana rada tehnološkog sistema.

 

   

 

 

Pri svakom pozivu algoritma za pronalaženje rešenja mogu da se dese dve situacije: da problem ima rešenje bez uključenja deponije ili da ne postoji rešenje ciljne funkcije pod zadatim ograničenjima (bez deponije). Ukoliko se nađe rešenje, korisnik se informiše i simulacija se nastavlja:

 

 

 

 

 

Ukoliko procedura ne može da nađe rešenje, poblem se rešava uključenjem deponije radi iznalaženja rešenja. Razlog zbog kog nema rešenja može biti da je otkopani ugalj suviše dobrog kvaliteta, što se može rešiti dodavanjem uglja lošeg kvaliteta sa deponije ili da je otkopani ugalj neodgovarajućeg kvaliteta, pa se koristi ugalj dobrog kvaliteta sa deponije da mu se kvalitet poboljša. Takođe, ako se zbog zastoja nekog od bagera ne može postići traženi kapacitet, nezavisno od kvaliteta, uključuje se deponija, ali tada se uzima ugalj homogenizovanog kvaliteta. Pretpostavka za ove operacije je da se u datom trenutku na deponiji nalazi ugalj potrebnog kvaliteta. Ukoliko ga nema, korisnik može da bira, u zavisnosti od ostalih zahteva proizvodnje, da odlaže na deponiju ili da uzima sa deponije.

Autorski tim

Softver je razvijan tokom dugogodišnjeg istraživanja problema upravljanja kvalitetom uglja i doživeo je više različitih izdanja nastalih i u razvojnim razvojnim platformama. Prve verzije softvera koji je tretirao problem homogenizacije uglja su razvijene 1998. godine, dok je konkretno prezentovano rešenje nastalo u okviru projekta .... pod rukovodstvom prof.dr Bože Kolonje. Softverski tim su činili: dr Ranka Stanković, mr Mladen Nikolić, Olivera Kitanović, modele proračuna rada bagera su sačinili prof. dr Dragan Ignjatović i dr Peđa Jovančić, geološki model Mirjana Jovanović a model korisnika sistema Dejan Stevanović. Razvoj softevera su unapredile i brojne ideje kolega sa Rudarsko-geološkog fakulteta, od kojih bi izdvojili prof dr Dinka Kneževića, prof. dr Nikolu Lilića i prof. dr Ivana Obradovića. Kolega Jovan Hamović, sada zaposlen u Gemcom Software je učestvovao u izradi ranijih verzija softvera dok je radio na Rudarsko-geološkom fakultetu. Dragocene sugestije za razvoj softvera u različitim aspektima su dale kolege iz EPS-a i Kolubare, među kojima bi istakli doprinos: mr Nadice Drljević i mr Miše Stojakovića.