Designing a smart life cycle management system for a mining enterprise based on Industry 4.0 and circular economy technologies

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-12-20

Читать на русскоя языкеN.V. Tskhadadze1, N.V. Kuchkovskaya1, M.P. Bondarenko2, V.B. Frolova1, M.P. Lazarev1
1 Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow, Russian Federation
2 MIREA – Russian Technological University, Moscow, Russian Federation
Russian Mining Industry №5 / 2024 p.12-20

Abstract: The relevance of designing smart life cycle management systems for mining enterprises is defined by a number of global challenges that determine the development of the industry, such as the depletion of easily accessible deposits, increasing exploration and production costs, increasingly stringent environmental requirements, digitalization and automation of production processes. The purpose of the research is to create a research methodology and software and hardware support to improve the efficiency, safety and sustainability of mining in the context of depleting mineral resource base, more stringent environmental requirements and digital transformation of the industry. The research methodology is based on the integrated application of the system analysis, mathematical modeling, optimization and information systems design methods. The empirical basis is the data of geological and geophysical surveys, technological and commercial parameters of the mining and concentration processes, environmental and social indicators. As the result, a conceptual model and architecture of the smart life cycle management system of a mining enterprise were developed, as well as methods and algorithms for optimization of the key mining processes with account for the principles of the circular economy, and a prototype of the system tested on the data of real mining enterprises in the Russian Federation. The results obtained have a significant theoretical and practical value, offering prospects for scale-up and commercialization of the smart system to manage the life cycle of a mining enterprise in the mining industry.

Keywords: smart management system, life cycle, mining enterprise, industry 4.0, circular economy, digital transformation

For citation: Tskhadadze N.V., Kuchkovskaya N.V., Bondarenko M.P., Frolova V.B., Lazarev M.P. Designing a smart life cycle management system for a mining enterprise based on Industry 4.0 and circular economy technologies. Russian Mining Industry. 2024;(5S):12–20. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-12-20

Article info

Received: 15.09.2024

Revised: 01.11.2024

Accepted: 02.11.2024

Information about the authors

Nelli V. Tskhadadze – Dr. Sci. (Econ.), Professor, Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Natalia V. Kuchkovskaya – Cand. Sci. (Econ.), Associate Professor, Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Mayya P. Bondarenko – Cand. Sci. (Econ.), Associate Professor, MIREA – Russian Technological University, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Victoria B. Frolova – Cand. Sci. (Econ.), Associate Professor, Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Mikhail P. Lazarev – Cand. Sci. (Phys.&Math.), Associate Professor, Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

References

1. Деминг Э. Менеджмент нового времени: простые механизмы, ведущие к росту, инновациям и доминированию на рынке [пер. с англ. под науч. ред. Ю. Адлера, В. Шпера]. М.: Альпина Паблишер; 2019. 182 с.

2. Каплан А.В. Экономико-технологические принципы реализации инновационной деятельности на предприятиях. Экономика: вчера, сегодня, завтра. 2020;10(10-1):141–149. Kaplan A.V. Economic and technological principles of the implementation of innovative activities at enterprises. Economics: Yesterday, Today and Tomorrow. 2020;10(10-1):141–149. (In Russ.)

3. Каплан А.В., Баев И.А., Терешина М.А. Управление социальным и экономическим развитием горнодобывающего предприятия в контексте системного единства. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ; 2021. 206 с. Режим доступа: https://www.ustup.ru/netcat_files/99/573/Monografiya.pdf (дата обращения: 03.07.2024).

4. Клинов В.Г. Сдвиги в мировой экономике в XXI веке: проблемы и перспективы развития. Вопросы экономики. 2017;(7):114–127. https://doi.org/10.32609/0042-8736-2017-7-114-127 Klinov V. Upheaval in the distribution of power in the world economy: Problems and outlook of the world economy to 2050. Voprosy Ekonomiki. 2017;(7):114–127. (In Russ.) https://doi.org/10.32609/0042-8736-2017-7-114-127

5. Костарев А. С. Разработка стратегии инновационного развития угледобывающего производственного объединения в условиях смены технологических укладов: автореф. дис. ... д-ра экон. наук: 08.00.05. Челябинск, 2020. 40 с. Режим доступа: https://www.susu.ru/sites/default/files/dissertation/avtoreferat_kostarev_a.s_0.pdf (дата обращения: 03.07.2024).

6. Кун Т. Структура научных революций. М.: АСТ, 2020. 320 с.

7. Лабутин А.В., Графцева К.А. Глобализация и проблемы мировой экономики на рубеже XX–XXI веков. Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России. 2001;(3):47–55. Labutin A.V., Graftseva K.A. Globalization and challenges of the world economy at the turn of the 20-21 Centuries. Vestnik of the St. Petersburg University of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 2001;(3):47–55. (In Russ.)

8. Росляков С.В. Продуктивность труда как фактор повышения конкурентоспособности и жизнеспособности горнодобывающих предприятий. Известия Уральского государственного горного университета. 2023;(2):128–133. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-2-128-133 Roslyakov S.V. Labor productivity as a factor in increasing the competitiveness and viability of mining enterprises. News of the Ural State Mining University. 2023;(2):128–133. (In Russ.) https://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-2-128-133

9. Тригубович Л.Г. Общие характеристики в инновационных политиках стран в современных условиях. В кн.: Мировая экономика и бизнес-администрирование малых и средних предприятий: материалы 17-го Междунар. науч. семинара, проводимого в рамках 19-й Междунар. науч.-техн. конф. «Наука – образованию, производству, экономике», г. Минск, 25–26 марта 2021 г. Минск: Право и экономика; 2021. С. 107–108.

10. Багдасарьян И.С., Ворожбит Е.Г., Выскребенцева А.С., Высоцкая Т.Р., Мартынов Б.В., Прокопенко Е.С. и др. Экономический рост: факторы эффективного развития. Пенза: Наука и просвещение; 2017. 110 с.

11. Килин А.Б., Азев В.А., Костарев А.С., Баев И.А., Галкина Н.В. Эффективное развитие угледобывающего производственного объединения: практика и методы. М.: Горная книга; 2019. 276 с.

12. Кириллов И.Е., Морозов И.Н., Мурашев П.М., Богатиков В.Н. Построение диаграмм состояния информационной системы мониторинга горно-обогатительных предприятий. Вестник экономической безопасности. 2021;(1):292–295. https://doi.org/10.24412/2414-3995-2021-1-292-295 Kirillov I.E., Morozov I.N., Murashev P.M., Bogatikov V.N. Construction of diagrams of the information system for monitoring of mining and processing enterprises. Vestnik Ekonomicheskoy Bezopasnosti. 2021;(1):292–295. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2414-3995-2021-1-292-295

13. Кириллов И.Е., Морозов И.Н., Мурашев П.М., Богатиков В.Н. Построение информационной модели горно-обогатительных предприятий. Вестник Московского университета МВД России. 2021;(2):288–291. https://doi.org/10.24412/2073-0454-2021-2-288-291 Kirillov I.E., Morozov I.N., Murashev P.M., Bogatikov V.N. Building an information model for mining and processing enterprises. Vestnik of Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 2021;(2):288–291. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2073-0454-2021-2-288-291

14. Волотковская Н.С., Семёнов А.С., Бебихов Ю.В., Шевчук В.А., Федоров О.В. Перспективы развития энергетического комплекса Северо-Востока России. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021;23(3):58–69. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-58-69 Volotkovskaya N.S., Semenov A.S., Bebikhov Y.V., Shevchuk V.A., Fedorov O.V. Prospects for the development of the energy complex of the North-East of Russia. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2021;23(3):58–69. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-58-69

15. Волотковская Н.С., Волотковская Ю.А., Семенов А.С. Мировой рынок энергетических ресурсов: анализ производства и спроса на энергоносители, перспективы сектора. Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Экономика и право. 2020;(6):12–17. https://doi.org/10.37882/2223-2974.2020.06.03 Volotkovskaya N. S., Volotkovskaya Y. A., Semenov A. S. The global energy market: analysis of energy production and demand, sector prospects. Modern Science: Actual Problems of Theory & Practice. Series Economics and Law. 2020;(6):12–17. (In Russ.) https://doi.org/10.37882/2223-2974.2020.06.03