Vuoden 2013 palkittu työ koski pitkäaikaista Sandvik Miningin AutoMine kehitysohjelmaa, joka on mullistamassa kaivosalaa.

Palkitut Insinööri Janne Kallio, DI Riku Pulli, ja TkT Hannu Mäkelä kehittivät yhdessä Sandvikin AutoMine tiimin kanssa kaivoskoneiden automaattiohjauksen ja siihen liittyvän navigoinnin, jolloin kaivoksessa liikkuvia lastaus- ja kuljetuskoneita kauko-ohjataan vain niiden kriittisimmissä työvaiheissa. Muutoin ne liikkuvat ahtaissa kaivoskäytävissä itsenäisesti ja tarvittaessa maksiminopeudella.

Automaatio mahdollistaa sen, että yksi henkilö ohjaa useita koneita. Operaattori täyttää lastauskoneen kauhan kauko-ohjauksella, ja lähettää koneen ajamaan tyhjennyspisteeseen automaattisesti, jossa kone kippaa kauhansa tyhjäksi ja palaa takaisin täysin itsenäisesti. Koneen ajotehtävän aikana operaattori täyttää toisen koneen kauhan.

Ainutlaatuinen ominaisuus on myös se, että järjestelmä antaa kokonaiskuvan kaivoksen ja sen koneiden toiminnasta. Sokkeloista ja vaikeasti hahmotettavaa onkaloiden ja mekaanisten laitteiden yhdistelmää voidaan tarkastella ja hallita prosessina. Se nostaa oleellisesti tuottavuutta ja turvallisuutta sekä tuottaa ohessa esimerkiksi kunnossapitoon liittyvää tietoa.

Poikkitieteellistä suomalaisosaamista

Työn juuret ajoittuvat 90-luvun puoliväliin, ja sitä ovat toteuttaneet useat tiimit. Suomessa oli jo 90-luvulla erittäin korkeaa osaamista viestintä- ja tietotekniikka-alalla. Samaan aikaan osaaminen liikkuvien koneiden rakentamisessa oli niin ikään kovinta kärkeä, ja näiden taitojen yhdistä minen loi mahdollisuuden tällaiselle kaivosautomaatiolle.

Kaivoksien automatisoinnille on ollut selkeä tilaus, sillä esiintymät ovat yhä vaikeapääsyisemmillä alueilla. Työmatka etäiselle ja mahdollisesti korkealla sijaitsevalle kaivoksen tuotantoalueelle saattaa kestää tunteja, joten valvomon sijoittaminen kymmeniä kilometrejä lähemmäs asutuskeskuksia on taloudellisesti kannattavaa. Automaation avulla koneet työskentelevät vuoronvaihtojen aikana ja silloin, kun käytävillä on vielä esimerkiksi räjäytyskaasuja.

Eräs kehitystyön vauhdittajista oli kaivosalan turvamääräyksien kiristyminen ensin Australiassa ja myöhemmin kautta maailman. Kun louhinnassa ja kuljetuksessa ei ole enää tuotantoalueella työskenteleviä ihmisiä, turvallisuus kohoaa ja se voidaan rakentaa muun automaation osaksi.

Navigointi laserskannereilla

Perusratkaisuna on laserskannereiden avulla kaivoksesta luotu ympäristömalli. Sitä ja skannereita käyttäen navigoidaan ilman käytäviin sijoitettuja paikannuksen apuvälineitä. Koneiden liikkeissä on huomioitu hitausvoimat ja kulumisen aiheuttamat poikkeamat, joten ahtaissa tunneleissa voidaan ajaa nopeasti hyvin lähellä kiviseiniä.

Pohjatyö automaatiojärjestelmän rakentamiseen tehtiin jo 1990-luvulla VTT:ssä, josta Mäkelä jatkoi työtä Navitec Systemsissä. Alussa tehtiin oikeita perusvalintoja, kuten suunnittelemalla navigointijärjestelmä, joka ei vaadi ylimääräisiä asennuksia. Kilpailijoilla on ollut omia suunnistustekniikoita, kuten vihikaapeliin tai valonauhaan ja heijastimiin perustuvat navigoinnit.

Näillä menetelmillä on omat rajoituksensa, esimerkiksi vikaantumisen ja kunnossapidon aiheuttamat huoltotyöt sekä ajossa mutkien ennakoiminen. Siksi niitä käyttävät koneet eivät kykene ajamaan yhtä nopeasti. Automaatio ei ole kannattavaa, ellei se pärjää nopeudessa manuaalikuljettajille.