¿El Camino a la Automatización para Todos?

A medida que las soluciones de automatización probadas ofrecen eficiencia y que las soluciones de control teleremoto probadas ofrecen mayor seguridad, las barreras para su adopción se desmoronan

Por Jesse Morton, Redactor Técnico

Las soluciones avanzadas de automatización y control teleremoto ya no son solo para las grandes empresas. Las soluciones que ganan cuota de mercado son probadas en terreno para ofrecer beneficios de seguridad y eficiencia, y se pueden implementar más rápido que las soluciones predecesoras, lo que las hace más atractivas para  más clientes.

En retrospectiva, las grandes empresas obtendrán mucho crédito por asociarse audazmente con los fabricantes de equipos originales (OEM) en las pruebas de campo iniciales necesarias, en los arriesgados proyectos de codesarrollo y en las valientes adopciones tempranas. Esos primeros pasos forjaron el camino para todos los demás. Los titulares recientes insinúan hacia dónde conduce ese camino.

Liderando el Cambio Hacia la Digitalización

Sandvik marcó un hito importante cuando vendió AutoMine a El Teniente para el bloque Andes Norte y otros bloques. La venta fue una de dos anunciadas en diciembre y enero que, combinadas, fueron valoradas en $43 millones de dólares. Su precio, historia y alcance lo convierten en uno de los contratos de asociación de adopción de soluciones de automatización subterránea más ilustrativos de la historia reciente.

“Andes Norte es la orden de automatización más grande en la historia de Sandvik, lo que indica el cambio en la industria hacia equipos de automatización en las principales áreas de producción,” dijo Tal Zarum, jefe de operaciones de automatización de Sandvik para América del Sur. “Codelco y Sandvik están liderando la carrera hacia la digitalización en operaciones mineras masivas.”

La orden creció orgánicamente a partir de la asociación duradera entre el minero y el proveedor para digitalizar y automatizar gradualmente las operaciones en la mina. A lo largo de los años, el minero ha recurrido repetidamente al proveedor de soluciones, equipos y soporte de AutoMine en el camino hacia la automatización completa.

AutoMine se instaló por primera vez en El Teniente en 2004 en los bloques Diablo Regimiento y Panel 2. “Sandvik tiene una larga historia con El Teniente desde principios del milenio, cuando se instaló el primer sistema AutoMine fuera de Finlandia,” dijo Zarum.

Otras soluciones implementadas en la mina a lo largo de los años incluyeron AutoMine Manual Production Management y Automine MultiLine. Los sistemas permitieron al minero planeas para profundizar y “extraer depósitos más complejos,” dijo Zarum.

Dichos planes avanzaron a la siguiente fase cuando, en el primer trimestre de 2021, Sandvik informó que vendió AutoMine Fleet para los bloques Pacifico Superior y Pilar Norte GTI en El Teniente.

La solución es un sistema de gestión de flotas con funcionalidades automatizadas, para incluir la gestión automatizada del tráfico. Permitió las operaciones autónomas de una nueva flota de cargadores Sandvik LH517i y LH621i. La puesta en marcha ocurrió en el segundo semestre de 2021.

En ese momento, el sistema AutoMine en los bloques GTI y Diablo Regimiento admitía el control remoto de cargadores semiautónomos, “permitiendo a la mina tener acceso a áreas, que de otro modo, se habrían considerado inaccesibles” por razones de seguridad “debido a los desafíos geológicos,” dijo Zarum.

El centro de control remoto está a 24 km de distancia en Rancagua, “lo que permite a la mina operar una flota de cargadores sin tener un operador en la mina,” dijo. Los operadores trabajan en un entorno de oficina.

Con la orden más reciente, esas capacidades y otras se implementarán en futuras áreas de producción. El sistema de carga y acarreo AutoMine para Andes Norte tuvo un precio de $27 millones. El bloque también implementará AutoMine Fleet, camiones Toro TH663i y cargadores LH514. El contrato se extiende hasta 2027, momento en que AutoMine Fleet podría admitir hasta 32 máquinas.

La orden incluyó actualizaciones a las máquinas existentes en los bloques que ya usaban AutoMine.

“En las áreas de producción de GTI y Diablo Regimento, los cargadores manuales se han actualizado con kits de reacondicionamiento más nuevos e inteligentes que agregan capacidades como sistemas basados en datos y gestión de información, junto con capacidades autónomas,” dijo Zarum. “Eso se combina con un sistema de navegación más resistente e inteligente que puede manejar múltiples cambios de condición en el entorno minero.”

Los nuevos camiones Sandvik Toro TH663i y los cargadores LH514 para el bloque Andes Norte se ajustan perfectamente al camino de automatización forjado por el minero y el proveedor. “Los planes para las operaciones actuales del ciclo de vida y las áreas de producción futuras, como Andes Norte, Diamante y Recourses Norte, ya tienen una definición clara de los requisitos de automatización,” dijo Zarum.

“El enfoque es muy simple,” dijo. “Requerimos máquinas que puedan utilizar la máxima capacidad posible con las tasas de producción más rápidas.”

Del mismo modo, AutoMine fue diseñado para entregar “el máximo rendimiento” en las galerías más pequeñas posibles, “permitiendo que la mina tenga una gran flota de Sandvik y automatice el proceso sin perder productividad al tiempo que aumenta la seguridad,” dijo Zarum. “El sistema AutoMine actual ya tiene la capacidad de conectar una gran flota al ciclo autónomo, con navegación y capacidades de la próxima generación ya incluidas en los planes 2022 y 2023.”

Esos planes revelan que la asociación está entregando, y continuará entregando, resultados, dijo.

“Sandvik y Codelco demostraron cómo la implementación de la tecnología autónoma permite una producción más segura sin perder la productividad,” dijo Zarum. La asociación “lidera el cambio en la industria hacia la digitalización y la electrificación.”

Vender Automatización a un Nuevo Mercado

HARD-LINE informó que recibió comentarios positivos de una mina de cobre en Copiapó, Chile, que implementó TeleOp Assist, una solución avanzada de control remoto con funcionalidad de semiautomatización.

“La introducción de la tecnología semiautónoma y de asistencia automática de HARD-LINE en 2020 se implementó en las fases que mejor se adaptaban a los plazos y necesidades de la mina,” dijo Jeff Joki, gerente de experiencia de productos.

El minero “identificó que el uso de estas tecnologías combinadas permitiría la introducción de un nuevo diseño de mina con mayor productividad, operaciones más seguras y menores costos,” dijo.

Los operadores pueden encender o apagar Assist cuando sea necesario, “sin tener que detener la máquina, sacarla de la vista de la pantalla de visualización principal o incluso quitar las manos de los joysticks,” dijo Joki. “Los operadores aprecian la interacción mínima necesaria con la pantalla táctil.”

Otras minas en Canadá y Australia están entregando comentarios similares. TeleOp Assist “también se puede usar con otras formas de TeleOp, como TeleOp Multi y TeleOp Auto, para hacer que el proceso de minería sea mucho más seguro y eficiente,” dijo.

TeleOp es el sistema base para un conjunto de soluciones que permiten la “operación remota de maquinaria pesada desde una estación de control en la superficie o en un área segura independientemente de la distancia,” dijo Joki.

“Imagínese en una cómoda estación de control, con una silla y dos monitores, incluida una pantalla táctil, joysticks y pedales,” dijo. “En el sistema básico TeleOp, a través de teleremote, puede operar una máquina sin importar el tipo, como un LHD, rompedor de rocas, camión, excavadora y otros vehículos también.”

TeleOp Assist “proporciona a los operadores una funcionalidad semiautónoma,” dijo Joki. “Los operadores mantienen el control del acelerador y otras funciones de la máquina, mientras que Assist controla la dirección por ellos, evitando así que la máquina golpee las paredes y por consiguiente evitar daños significativos en la máquina.”

TeleOP Assist, que está disponible para cualquier modelo de cargador, utiliza escáneres 3D LiDAR para la visión artificial. “A medida que las pilas de roca se mueven o cambian de forma, o un tubo de ventilación se interpone en el camino del LiDAR, Assist puede manejar todos esos entornos cambiantes gracias a nuestra implementación 3D de la tecnología,” dijo Joki. LiDAR permite al sistema “identificar mejor todo el entorno en la galería y decidir qué evitar y qué no es necesario considerar al tomar decisiones de dirección.”

El uso de LiDAR hace que la solución sea única, dijo. “Al final, con 3D LiDAR, no se requiere un escaneo previo de la galería, lo que representa un ahorro significativo de tiempo y costos.” La “facilidad de instalación e implementación resultante produce tiempos de inactividad más cortos.”

El sistema se “activa utilizando los joysticks, por lo que se necesita una interacción mínima con la pantalla táctil,” dijo Joki. “El operador puede encender y apagar la asistencia sin necesidad de quitar las manos de los joysticks.”

El sistema es dinámico y se ajusta “para tener en cuenta las diferencias en el tamaño de las galerías y el tamaño y la geometría de la máquina,” dijo. “Dado que ofrecemos nuestra tecnología en cualquier marca y modelo, consideramos que la capacidad de ajuste es una característica importante del sistema para que podamos obtener el rendimiento que estamos buscando sin importar la máquina.”

El principal beneficio ofrecido es la mejora de la seguridad. “Este sistema aleja a los operadores de entornos peligrosos mientras mantiene la visibilidad y la comunicación en tiempo real,” dijo Joki. “Los operadores no están expuestos al polvo, los escombros, los humos y el ruido.”

TeleOp Assist también puede reducir significativamente el desgaste por uso de las máquinas. “Menos reparaciones y mantenimiento de la máquina significa que estará en uso con más frecuencia,” dijo.

“Estos beneficios, así como las funciones Cruise Control y Takeover Command , permiten aumentar las velocidades de desplazamiento mientras se mantiene la seguridad,” dijo Joki. El aumento de la velocidad de desplazamiento resulta “en más producción.”

Desarrollo para el sistema lanzado oficialmente en 2015. “En realidad, ya se estaba trabajando en la investigación y el desarrollo de los principios de operación de Assist en 2012,” dijo.

“Los sensores utilizados, así como los algoritmos de conducción y el software desarrollado para TeleOp Auto tuvieron un gran éxito en terreno, por lo que pudimos aplicar gran parte de ese mismo desarrollo para poner en marcha Assist”, dijo Joki. “La tecnología se aplicó más directamente al desarrollo de Assist en 2018, cuando se estaba trabajando en las versiones iniciales de Assist en un ambiente de simulación.”

Las pruebas de campo se completaron en la mina de pruebas de HARD-LINE. “Se implementaron múltiples iteraciones en el centro de pruebas, cada una mostrando una mejora con respecto a la anterior, hasta la primera implementación del cliente en 2019,” dijo.

Para adoptar e implementar, se requiere de TeleOp, al igual que una red, un servidor automático y escáneres LiDAR montados. HARD-LINE ofrece la red BackBone.

“Para instalar TeleOp en un LHD, el proceso es bastante rápido, ya que demora cerca de tres turnos,” dijo Joki. “Estamos tratando de reducirlo a dos y luego necesitaría un tercer turno, como un día o dos adicionales, para Assist.”

Dicha instalación súper rápida “abre la automatización a un mercado diferente y da a más minas la oportunidad de entrar en la automatización que de otro modo no habrían tenido esa opción,” dijo Joki.

“Muchas minas desean más automatización, pero puede que no les resulte práctico o rentable, ya que ciertas formas de automatización tienen un largo proceso de instalación, y los escaneos pueden volverse irrelevantes rápidamente,” dijo. “Assist les da a esas minas la solución que están buscando: justo la cantidad de automatización que necesitan, sin agregar nada innecesario que pueda ralentizarlas.”

Aumento de Utilización y Tiempo de Actividad del Cargador

Los estudios internos informados por Caterpillar revelan que Command para la minería subterránea puede ofrecer un aumento de hasta 40% en la utilización de la máquina y un asombroso aumento del 34% en el tiempo total de operación en una flota de cargadores. Eso se traduce en ganancias inmediatas de productividad, eficiencia y seguridad.

La solución del control remoto y la automatización reduce “el tiempo de inactividad requerido para los cambios de turno, los tiempos de tronadura y otras condiciones que pueden alejar a los operadores del frente,” dijo el proveedor. “También mejora la precisión de la navegación en túneles, aumentando la productividad y reduciendo los daños a la máquina causados por el contacto con los muros guía.”

Command proporciona opciones para la operación remota con línea de visión o sin línea de visión.

Al ofrecer capacidades autónomas, “Command permite a un operador controlar múltiples máquinas, otra ventaja del sistema que aumenta la productividad,” informó Cat. Éste permite a los operadores reubicarse en un lugar más seguro y cómodo bajo tierra o en la superficie. “Elimina la exposición al ruido, el polvo, la actividad sísmica y otros peligros subterráneos y reduce la necesidad de suministro de aire y refrigeración.”

Command para la minería subterránea está diseñado para los cargadores de la empresa, incluyendo el R1300, R1700 y el R2900. Forma parte de la suite Cat MineStar para operaciones subterráneas. Las soluciones avanzadas apoyan la digitalización y el camino hacia las operaciones subterráneas autónomas.

Fleet para la minería subterránea ofrece visibilidad en tiempo real para el tiempo de ciclo, la carga útil y otros parámetros operacionales clave. Detect para la minería subterránea utiliza un sistema de detección de proximidad peer-to-peer de alta precisión junto con una red de comunicaciones y rastreo para prevenir incidentes y rastrear personas y máquinas. MineStar Health recopila datos críticos del estado de la máquina para mejorar la confiabilidad de los equipos de minería, reducir el tiempo de inactividad no planificado y evitar fallas costosas.

“Las ofertas de tecnología pueden ser implementadas individualmente o integradas para crear un sistema tecnológico global que sea escalable y configurable para satisfacer las necesidades de la operación,” informó Cat.

“Adaptamos nuestras soluciones MineStar a las necesidades exclusivas de la mina,” informó el proveedor. “No importa el tamaño, el tipo o la complejidad de la operación subterránea, MineStar ayuda a las operaciones a lidiar con los desafíos que enfrentan todos los días, como controlar los costos, prolongar la vida útil de los equipos, trabajar de manera más productiva y mantener seguras a las personas.”

Apoyando el Recorrido en Roca Blanda

Komatsu informó que los resultados de campo muestran que sus ofertas de automatización de máquinas para minería continua (CM) ofrecen mejoras de producción, seguridad y eficiencia respecto a la operación manual.

Por ejemplo, un cliente que utiliza CM Automation (CMA) de Nivel 1 registró una reducción del tiempo de ciclo del 28% en comparación con la operación manual.

La automatización de Nivel 1 incluye el “corte de un solo toque, controlando el movimiento de corte con puntos de techo y piso establecidos en nuestros CM, y ciclos de corte automatizados,” dijo Toby Cressman, gerente senior de productos, soluciones de datos y automatización de cámaras y pilares de Komatsu. “Las características más avanzadas incluyen opciones de control de avance del CM de nivel superior.”

Al utilizar la “automatización del Nivel 2, con ciclos de corte vertical y horizontal automatizados, la mina vio una reducción en el tiempo de ciclo del 50% en comparación con la operación manual,” dijo. “Estos resultados se lograron al tiempo que disminuyó el amperaje del motor de corte y se mejoraron las condiciones del techo, del suelo y de los pilares de seguridad.”

Con la automatización de Nivel 2, la máquina completará los ciclos hasta que el operador la detenga. “Con nuestra comunicación remota bidireccional, el operador aún puede observar la información crítica necesaria, a través de la pantalla remota, para asegurar que la máquina esté cortando correctamente,” dijo Cressman. “Esto permite que el operador se ubique más lejos de la máquina para mejorar la seguridad.”

Los clientes de cinco países han adoptado e implementado CMA y lo utilizan tanto en aplicaciones de transporte por lotes como continuas. “Ha demostrado ser beneficioso en aplicaciones de minería de carbón, potasa y sal,” dijo Cressman. “Nuestros estudios de caso muestran que el CMA está mejorando las condiciones mineras e impulsando la consistencia y la productividad, todo mientras aleja a los operadores del peligro.”

CMA se ofrece en una variedad de niveles, cada uno diseñado para satisfacer necesidades específicas. Éste permite el avance gradual en el camino hacia la automatiza-
ción completa.

“También tenemos automatización a nivel de sistema entre nuestros Joy CM y los trenes transportadores flexibles (FCT),” dijo Cressman. 

La automatización a nivel de sistema incluye características “como el modo Follow Me, donde el FCT sigue al CM a través del ciclo de corte,” dijo. “Con la oferta actual del modo Follow Me, ya estamos utilizando la comunicación de máquina a máquina para permitir que ambos equipos funcionen en un estado ideal.”

CMA utiliza una serie de sensores y el sistema de control Komatsu Faceboss CM. El sistema se puede programar con los diferentes niveles de CMA.

“Al operar el Joy CM desde un centro de operación remoto o un centro de gestión se vuelve más factible a medida que los clientes avanzan hacia niveles crecientes de automatización, transfiriendo un mayor número de tareas básicas del operador al sistema de control,” dijo Cressman. “A medida que aumenta el nivel de automatización, se reduce la carga para el operador.”

En los centros de operación, los operadores pueden ver videos en tiempo real, pantallas de visualización de máquinas y tener acceso a los controles de la máquina, dijo. “Como Komatsu puede proporcionar todo el conjunto de equipos de producción, uno de los beneficios de asociarse con nosotros para la automatización es que tenemos la capacidad de ofrecer estas características en toda la sección, todo en una plataforma común e integrada.”

Komatsu trabaja con empresas de comunicaciones de terceros para prestar servicio al minero en la red para mover datos desde el CM a la estación remota del operador. “Si el minero tiene los canales de comunicación apropiados establecidos, las máquinas se pueden operar utilizando los controles remotos existentes  del CM u otros controles deseados,” dijo Cressman.

Los beneficios ofrecidos por el CMA incluyen oportunidades para mejorar la seguridad y “ciclos consistentes de corte vertical y horizontal que pueden conducir a una mayor productividad,” dijo. Los beneficios aguas abajo incluyen, entre otros, mejores condiciones de techo, suelo y pilares, y menor desgaste por uso en el equipo.

El CMA es la culminación de muchos años de desarrollo. Este evolucionó de los “algoritmos de sistemas de control para proteger componentes críticos de la máquina, a características de asistencia al operador y a una automatización más compleja,” dijo Cressman.

“El sistema de control Faceboss interno de Joy es la base que nos ha permitido expandir esta tecnología durante décadas,” dijo. “La evolución de la asistencia del operador a la automatización ha sido un enfoque por fases alineado con las tecnologías disponibles, las aprobaciones y las necesidades de los clientes.”

Los clientes adoptan el sistema para mejorar la seguridad o la productividad, o para ayudar a los nuevos operadores a ser más consistentes.

“Los clientes primero deben evaluar sus objetivos y comprender lo que buscan lograr de la transición a la automatización,” dijo Cressman. “Dependiendo de los objetivos de un cliente, factores como el transporte, el empernado u otras restricciones pueden ser un cuello de botella. En dichos casos, el cliente seguirá viendo los otros beneficios de la automatización, pero la productividad podría no aumentar.”

Komatsu tiene un equipo de aplicaciones que ayuda a los clientes “a comprender completamente los objetivos y el impacto que un cambio tendrá potencialmente en una operación,” dijo. “Independientemente de si la máquina es un equipo original o una reconstrucción, CMA puede potencialmente impulsar cambios en el sistema hidráulico, cantidad y ubicación de pantallas, y el estilo remoto que se entregará con el equipo.”

Con la adopción, “es bueno tener un sólido proceso de gestión del cambio en su lugar,” dijo. “La automatización y los cambios de esta naturaleza pueden encontrarse con resistencia de parte de la fuerza laboral, por lo que es importante planificar adecuadamente cómo se introducen e implementan los cambios.”

Por lo general, Komatsu es un socio durante todo el proceso de adopción y más allá. “Nuestra misión es crear valor juntos,” dijo Cressman. “Cuando el desarrollo ocurre en un entorno de colaboración, y existe responsabilidad mutua, a menudo se logra el mejor resultado,” dijo. “Los objetivos están alineados y el resultado final es mutuamente beneficioso.”

Contribuir a la proliferación de soluciones de automatización subterráneas habla del “valor central subyacente” de Komatsu de ayudar a los clientes a lograr mejoras de seguridad, dijo Cressman. “La automatización es un viaje, y Komatsu se compromete a proporcionar varios niveles de asistencia para alinearse con el lugar donde cada cliente se ve a sí mismo en el proceso.”