A los programadores computacionales a veces se les pregunta—o puede que ocasionalmente simplemente prefieran—hacer lo que se conoce como “codificar hasta llegar hasta al metal.” Significa que están escribiendo códigos directamente para un componente electrónico, tal como un chip específico o una tarjeta gráfica en particular, sin tener que lidiar con capas intermedias de protocolos u otras distracciones.
En minería, ‘codificar hasta llegar al metal’ generalmente tiene una connotación completamente diferente: el “metal” es más que probablemente un pieza de unitaria de equipo, y la codificación no está diseñada para que el último juego de consola sea más excitante—esta pretende más bien hacer que las compañías ahorren millones de dólares en costos por desarrollo de productos, evitar que los operadores se lesionen o mueran, ayudarlos a operar equipos convencionales más eficientemente, y ayudarlos comprender las nuevas tecnologías. En ninguna parte de la industria esto es más evidente que en el sector de la simulación. A continuación algunos ejemplos:
Sacando Partido al Diseño de Máquinas
Los ingenieros del área tecnológica de Volvo Construction Equipment están desarrollando nuevos métodos para aumentar la cantidad de pruebas virtuales y poder realizar la simulación antes de construir un primer prototipo de máquina. Esto no solamente acorta el ciclo de desarrollo, sino que también garantiza que cuando se construyan los prototipos, estos se acerquen mucho más al producto final, reduciendo costos.
Las pruebas y la simulación virtuales no son nuevas para Volvo CE—la compañía cuenta con un equipo de desarrollo virtual de productos (VPD) que trabaja con todo desde la simulación en las primeras etapas, hasta simular tecnología futura conociendo incluso el comportamiento de los operadores mediante un sistema con participación humana en tiempo real. Sin embargo, un reciente descubrimiento hecho por los ingenieros de Volvo CE está permitiendo más simulación en etapas tempranas que nunca antes.
Hasta ahora, el personal de estructura y dinámica requería de un prototipo para probar la resistencia de componentes de la máquina tales como los bastidores. Ahora, el personal de simulación en etapa temprana puede usar computadores y simulación para brindarle al personal de estructura y dinámica las fuerzas que ellos necesiten para analizar la integridad estructural y el desempeño. Esto permite al personal establecer cuan fuertes deben estar las partes un año antes—todo antes de gastar dinero alguno construyendo prototipos. Actualmente, este método solamente se aplica a los camiones articulados Volvo CE, pero los ingenieros de la compañía planean adaptar la tecnología para uso en todas las máquinas Volvo CE.
“Sin camión articulado está trabajando sobre un camino desnivelado y la rueda golpea un bache, se crean fuerzas en el camión que se distribuyen desde el neumático hasta la carrocería,” explicó Lennarth Zander, gerente del equipo VPD. “Por medio de simulación y cálculos matemáticos, podemos medir con precisión esta fuerza, lo que permite al personal de estructura y dinámica determinar la respuesta estructural y la resistencia requerida de las partes. Anteriormente esto se estableció con un prototipo en una pista de pruebas pero ahora podemos lograr los mismos resultados más rápido usando un computador. Hemos creado un modelo 3-D exacto de un camión articulado en el computador, que está equipado con todo lo que tiene la máquina real. Los movimientos—tales como el frenado y el giro—son exactamente los mismos. Mirar la máquina animada 3-D es como ver una película.”
Otra ventaja de esta tecnología es que se pueden tomar medidas virtuales en lugares donde no es posible físicamente. Por ejemplo, no hay espacio para un sensor físico en áreas confinadas, tales como sobre un perno, pero ahora las fuerzas en esos lugares se pueden medir mediante simulación. El modelo de simulación también se puede usar para determinar cómo se comportaría la máquina en diferentes ambientes, desde temperaturas gélidas hasta calor abrasador o a grandes altitudes donde hay mucho menos oxigeno en el aire.
“Se está volviendo cada vez más importante acortar el ciclo de desarrollo y usar computadores para llevar a cabo el máximo de pruebas y simulaciones virtuales posibles,” dijo Zander. “Con esta nueva tecnología, aumentaremos la eficiencia y mejoraremos el proceso de desarrollo de productos sin comprometer la precisión, y ese es un gran avance. En el futuro, debiéramos ser capaces de saltarnos los primeros prototipos y construir un modelo más maduro con un mayor nivel de exactitud que se acerque mucho más a la máquina final—ahorrando tiempo y dinero.”
Reduciendo Costos
Cipta Kridatama, un importante contratista minero de Indonesia, mejoró la eficiencia de combustible de camiones de extracción en un 6,9% usando entrenamiento basado en simulación, de acuerdo al creador de simuladores Immersive Technologies.
En una reciente presentación en el Foro del Grupo de Usuarios de Immersive Technologies, el gerente de desarrollo de talentos de Cipta Kridatama, Gemilang Adi Perdana, dijo, “Con los precios de las materias primas en baja, como en mucho sitios, estamos buscando formas de reducir costos, y el consumo de combustible se identificó como un área problemática. Nos habíamos excedido en el presupuesto en cerca de 10.000 litros al mes en una faena y pudimos determinar los factores contribuyentes que afectaban el consumo de combustible. El foco fue el nivel de habilidades del operador.”
Se recolectaron registros de combustible de 30 operadores de camiones de extracción durante el periodo de un mes, y 18 de los 30 sobrepasaron los litros presupuestados por hora de consumo. Todos los operadores fueron evaluados usando un Simulador para Equipos Avanzados de Immersive Technologies para establecer una línea base, seguido por entrenamiento basado en simulación y una re-evaluación. Una vez que los operadores aprobaron la re-evaluación, fueron enviados nuevamente a terreno. Luego de un mes, los operadores fueron evaluados otra vez para confirmar que retuvieran las nuevas técnicas de operación.
Una comparación de registros de combustible entre el entrenamiento basado en pre y post simulación mostró un mejoramiento del 6,3% en un mes. El consumo de combustible en faena decayó cada mes posteriormente, mostrando el último consumo reportado una disminución total de un 6,9%. La faena ahora está operando un 5,8% por debajo de los litros presupuestados por hora de consumo de combustible.
“El tiempo de producción no se vio afectado con estos mejoramientos y creemos, con un cálculo conservador, que podemos ahorra $500.000 al año a través de esta iniciativa de entrenamiento,” dijo Perdana.
La flota de acarreo tiene una pauta de reabastecimiento estándar y con estanques conteniendo más combustible al intervalo de reabastecimiento especificado, se logró una segunda mejora ya que el reabastecimiento ahora tarda menos tiempo, incrementando de esta manera el tiempo de producción.
Immersive dijo que la tecnología que está impulsando estos ahorros de combustible ahora se ha incorporado a SimControl, el software usando en su línea de Simuladores de Equipos Avanzados.
Software para Roca Blanda
ThoroughTec Simulation ha estado trabajando en simulación para minería subterránea de roca blanda—desarrollando y adaptando tecnología de acuerdo a las especificaciones de su cliente BHP Billiton. La compañía con base en Sudáfrica dijo adaptar su probada arquitectura de software para el ambiente subterráneo de roca blanda ha sido un desafío para el personal de desarrollo, a pesar de su amplia experiencia en simulación de equipos mineros subterráneos y operaciones extractivas.
El principal progreso presentará seis diferentes tipos de máquina que constituyen la línea completa de equipos subterráneos usados en ambientes mineros de roca blanda, incluyendo un minador continuo Joy y un carro transportador, un apernador Fletcher, un LHD Sandvik y dos vehículos utilitarios.
“El proyecto de BHP Billiton ha sido un desafío importante, tanto en términos de complejidad como de escala,” dijo el vicepresidente ejecutivo para R&D de ThoroughTec, John Waltham. “En primer lugar, al desarrollar el mundo subterráneo y los vehículos eléctricos artificialmente inteligentes que operan en él, tuvimos que modelar los cables eléctricos que los energizan. Estos tenían que enrollarse y desenrollarse correctamente, caer realísticamente, y también evitar interponerse en el camino de otros vehículos.
“El sistema de ventilación usado en minería subterránea de roca blanda era otro elemento de este proyecto que tardó algún tiempo en resolverse,” dijo Waltham, “pero el desafío destacado era el modelamiento exacto del rompimiento de la roca mientras el minador, una máquina inmensamente compleja, cortaba en la cara de la roca. No puedo revelar exactamente cómo cumplimos esto, pero lo que logramos es una réplica increíblemente realista del proceso de minado continuo.”
“La línea CYBERMINE de simuladores ha sido extremadamente exitosa materializando ganancias de productividad y mejoramientos en la seguridad tanto en ambientes minero subterráneo de roca dura como en operaciones de extracción de carbón en superficie, así que fue una progresión natural para nosotros aplicar estas tecnologías y técnicas probadas de entrenamiento al ambiente subterráneo de roca blanda,” dijo Waltham.
Anticipando la Autonomía
Mirando al futuro, Immersive Technologies recientemente indicó que la acelerada tendencia hacia la adopción de la automatización por parte de la industria minera conlleva nuevos desafíos. Un importante desafío en la adopción de la automatización son las personas—específicamente la reorganización de la fuerza de trabajo de una operación minera para pensar y trabajar de forma diferente. Este es un obstáculo clave en la ruta del despliegue y la operación de sistemas mineros autónomos.
En la mina de cobre Gabriela Mistral (Gaby) de Codelco en Chile, Immersive está desarrollando e integrando lo que describe como un centro de entrenamiento de aprendizaje combinado para acarreo autónomo que es primicia mundial. En el centro, personal recibirá capacitación por computadora, aula virtual y entrenamiento con simulador para prepararlos específicamente para operaciones de acarreo autónomo.
“Para Codelco Gabriela Mistral, este requerimiento, desarrollado en conjunto con Immersive Technologies, nos brinda una solución a la medida que incluye la tecnología con la cual operamos en Gaby y nos permite obtener mejores estándares de seguridad y una mayor roductividad,” dijo Orlando Rubilar, gerente de mina de Codelco Gabriela Mistral. La mina Gaby ha operado camiones Komatsu sin conductor desde el 2008.
“Las operaciones mineras que adoptan sistemas autónomos deben capacitar a un gran número de personas en un periodo relativamente corto. Hemos sabido que la retención de conocimiento entre los alumnos se calcula en 15% y que el entrenamiento en terreno es inconsistente mientras se despliegan sistemas autónomos. Está comprobado que la integración de nuestras soluciones aumenta la efectividad, entrega una capacitación constante y reduce el error humano,” dijo Darrell Massie, gerente de producto minado autónomo, Immersive Technologies.
