Stratégies pour modéliser les usines de traitement de minerai


Stratégies pour modéliser les usines de traitement de minerai

Par Alex Ouellet, Président, SimWell
NOTE: cet article a été originalement publié par Rockwell en anglais dans son bulletin d’information Arena.

Alexandre Ouellet SimWell Simulation Arena

Une mine est un environnement typique où la simulation rapporte des bénéfices importants. La simulation est utilisée dans les usines minières pour relever plusieurs défis importants:

  • Investissements majeurs
  • Décisions stratégiques qui ont un impact majeur sur la rentabilité des projets
  • Comprendre des systèmes complexes et interdépendants
    • Temps d’attente pour des ressources-clés
    • Taille limitée des réservoirs et espaces de stockage
    • Disponibilité des chantiers à un moment donné
    • Trafic dans la mine
    • Variabilité dans les données
      • Disponibilité des équipements (panne, maintenance préventive, redondance)
      • Disponibilité des opérateursRH limitées, horaires, spécialités des opératerus, absentéisme)
      • Propriétés du minerai (type, teneur)
      • Temps d’opération
      • Météo

Transport du minerai avec des camions –> Système discret

Une mine est un système qui se modélise très bien avec la simulation à événements discrets. Si on prend les opérations de transport du minerai par exemple, la suite des opérations va comme suit (c’est évidemment plus compliqué que cela, mais ceci représente la base du modèle):

  1. Le camion se déplace vers la pelle
  2. Attend son tour pour se faire remplir
  3. Se fait remplir
  4. Se déplace vers le broyeur
  5. Attend son tout pour vider son chargement
  6. Vide le chargement
  7. Retourne vers la pelle
transporting-ore-with-trucks-simulation

Ces opérations représentent un système discret typique où les entitiés (camions) parcourent un procédé et saisissent des ressources (Seize-Delay-Release): pelles mécaniques et trémies de chargement.

Traitement du minerai – système en continu

Par contre, Les projets de simulation miniers ne se limitent pas aux opérations minières elles-mêmes. Il est tout aussi important de bien savoir modéliser le processus de traitement du minerai.

L’usine de traitement du minerai est plus un processus continu que discret. Pour la suite de cet article, considérons le processus de base illustré ici:

ore-processing-continuous-system-simulation

Stratégies pour modéliser les usines de traitement de minerai et les systèmes en continu

Tous ces processus ne sont pas discrets, mais plutôt continus. Dans Arena, il est possible de représenter le flow de minerai sur un convoyeur de façon continue. On peut aussi discrétiser le flow continu tel que proposé par Franzese et al. (2007). Voici une analyse comparative de trois méthodes différentes:

  1. Discret masse – Une entité = 1 u de masse
  2. Discret temps – Une entité = masse transportée par une unité de temps
  3. Continu – Avec les outils du Flow Process Template.

Discret masse

Dans cette méthode, on représente le flux continue du minerai sur le convoyeur de façon discrète où une entité est égale à une unité de masse de minerais prédéterminée (1 entité = 1 tonne par exemple). Plus la masse de référence est petite, plus on se rapproche du comportement continue. Plus la masse de référence est grande, moins on est précis. Ainsi, on pourrait vouloir choisir la masse de référence la plus petite possible pour obtenir les résultats les plus précis possibles. Le problème est que plus la masse de référence est petite, plus le nombre d’événements sera élevé et plus le modèle sera long à exécuter. Un modèle lent rend le travail de vérification & validation plus fastidieux. De plus, le coût de rouler plusieurs scénarios devient très élevé. Il faut donc choisir une unité de référence qui sera un bon compromis entre précision et performance du modèle. Cette unité dépend du volume total de masse transporté dans l’horizon de temps simulé.

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discrete-vs-continuous-modeling-simulation-of-ore-on-conveyor-faster

Discret temps

Cette méthode est similaire à la précédente. Le flux de minerais est représenté de façon discrète où une entité est égale à la masse transférée à l’intérieur d’une unité de temps (1 entité = qty de masse transférée en 1 minute par exemple). De façon analogue, plus l’unité de temps utilisée est petite, plus on se rapproche du modèle continue et plus l’unité de temps est grande, moins le modèle est précis. Aussi, plus l’unité de temps est petite, plus c’est coûteux en temps d’exécution du modèle.

Continu

Il est possible de modéliser le transport du minerai sur convoyeur de façon continue dans Arena, grâce aux outils du Flow Process Template. Si on modélise la suite Hopper-Convoyeur-Stock Pile, le hopper et la Stock Pile sont représentés par des Tanks. Chaque Dump Hopper Pocket est représenté comme un Regulator. Quand le camion arrive et commence à se vider dans le hopper, il Seize un Regulator, Flow dans la Tank jusqu’à qu’il soit vide et enfin Release le Regulator. Le convoyeur est représenté comme un flux entre un Regulator Out du Hopper et un Regulator-In de la Stock Pile. Ci-bas une image de la logique Arena. Contactez-nous si vous aimeriez recevoir gratuitement ce modèle.

Le broyeur (crusher) n’a pas besoin d’être modélisé comme un équipement, puisqu’il est en série avec le “Hopper” et ne connaît aucune accumulation de minerai. Si le broyeur subit de la maintenance, alors le flux sortant du “hopper” peut simplement être régulé (assigné) à un taux de zéro. Il n’y a pas nécessairement d’accumulation de minerai devant chaque pièce d’équipement d’un processus. Si quelqu’un souhaite modéliser un processus qui ajoute ou retire de la masse, alors cela peut être accompli en créant une “tank” sans accumulation et au sein de laquelle les flux entrant et sortant sont égaux.

Les avantages d’utiliser les outils du Flow Process Template sont:

  • Pas de perte de précision due à la discrétisation
  • Rapidité d’exécution (transférer 100 tonnes du point A au point B génère seulement 2 événements : début et fin du flow)

Ces avantages viennent avec un coût qui peut être plus ou moins élevé selon l’application. En effet, dans le transfert entre discret et continu, on perd le concept d’entités. Le concept d’entités peut être très important si on doit suivre précisément les attributs du minerais (grade par exemple). On doit aussi vivre avec l’hypothèse que la longueur du convoyeur ne fait pas de différence dans le système. Cette hypothèse est le plus souvent acceptable avec des convoyeurs en continu puisque la séquence d’événement à la fin du convoyeur est la même que la séquence d’événement au début de celui-ci. Ceci est d’autant plus vrai pour les plants qui travaillent 24h sur 24 et 7 jours sur 7 ou les plants qui ne vide pas les convoyeurs à la fin d’un quart de travail.

Méthodes discrètes vs continues

Choosing a modeling method depends on the system which needs to be modelled.

Le choix de la méthode de modélisation à privilégier dépend du système qui doit être modélisé.

Si on doit suivre très précisément les attributs du minerai, il est préférable d’y aller avec des méthodes discrètes. D’autres facteurs peuvent mener à choisir une méthode discrète. Par exemple, le temps de réparation d’un convoyeur après un bris peut être dépendant de la quantité de minerais sur celui-ci.

Si, par contre, il n’est pas nécessaire de suivre les attributs du minerai ou si le niveau de précision associé aux attributs du minerais est moins important que le niveau de précision sur la masse, dans ce cas, il est préférable d’utiliser les outils du Flow Process Template puisqu’ils améliorent le temps d’exécution du modèle.

En apprendre davantage sur le Flow Process Template

Pour en apprendre davantage sur le Flow Process Template, vous pouvez évidemment suivre une formation ou obtenir une séance de coaching chez SimWell. Si vous préférez l’auto-apprentissage, je vous suggère de regarder l’exemple Coal Loading inclus avec le logiciel Arena. Vous pouvez trouver cet exemple ici, sur votre ordinateur:  C:\Users\Public\Documents\Rockwell Software\Arena\Examples\FlowProcess

arena-simulation-model-coal-loading

Ce modèle créé par Rockwell présente de façon simple mais complète l’ensemble des outils inclus dans le Flow Process Template.

Gratuit! Modèle de simulation Arena - Flow Process Template

Un exemple de modèle développé par des pros. Il démontre l'utilisation du flow process template pour simuler les usines de traitement de minerai.

Ce modèle peut être exécuté et modifié en utilisant la version d'évaluation gratuite d'Arena.