EMESRT– a ‘Safety by Design’ initiative operated

by the global mining industry

Vehicle Interaction

EMESRT PurposeAccelerate development and adoption of 

leading practice designs to minimise the risk to Health and Safety through a process of Original Equipment Manufacturers (OEM), contractors and end user engagement.

• The ‘design gap’ between OEMs and users required a change to past methods of improving designs

EMESRT approach – 2006 to now

• The ‘design gap’ between OEMs and users required a change to past methods of improving designs

• Only the OEM can shrink the design gap but many others, such as 3rdparty suppliers, will try to fill it

EMESRT approach – 2006 to now

• The ‘design gap’ between OEMs and users required a change to past methods of improving designs

• Only the OEM can shrink the design gap but many others, such as 3rdparty suppliers, will try to fill it

• Marketing controls the R&D spend therefore traditional path of working through engineers has failed to achieve optimal change in OEM designs

EMESRT approach – 2006 to now

• The ‘design gap’ between OEMs and users required a change to past methods of improving designs

• Only the OEM can shrink the design gap but many others, such as 3rdparty suppliers, will try to fill it

• Marketing controls the R&D spend therefore traditional path of working through engineers has failed to achieve optimal change in OEM designs

• Common industry voice approach to defining Problems not Solutionsprovide a business case for the marketing

EMESRT approach – 2006 to now

• The ‘design gap’ between OEMs and users required a change to past methods of improving designs

• Only the OEM can shrink the design gap but many others, such as 3rdparty suppliers, will try to fill it

• Marketing controls the R&D spend therefore traditional path of working through engineers has failed to achieve optimal change in OEM designs

• Common industry voice approach to defining Problems not Solutionsprovide a business case for the marketing

• Open genuine engagement is key

EMESRT approach – 2006 to now

• Designing beyond standards• Balancing engineering & behaviour• Recognising the value of task based design review• Appreciating that the OEM does its best with the end user involved• Working together toward common goals (one industry voice!)

Key Messages from EMESRT

Current Status of EMESRT

• EMESRT is the mining industry with experts from many global companies

• EMESRT is a brand, recognised in major global OEMs.

• EMESRT has a unique process to initiate and influence change through engagement with OEMs.

• EMESRT has a global network that share the common goal; striving to champion improvements as a cohesive industry, ‘one voice’ team.

2006 initial focus

2014/15/16 focus

EMESRT Vehicle Interactions

What is driving EMESRT (Industry) to focus on Vehicle Interaction (VI)

‐ Company safety goals – Fatal Hazards & Critical Controls Methodology

‐ Regulatory activity.  Sth Africa, USA, Australia, Sth America

‐ OEM ‐ need for an integrated systems approach to VI technology integration 

‐ Proximity Detection System (PDS) vendors – need to establish a common interoperability framework with OEM’s

Vehicle Interaction ‐ Progress Summary

13

• VI problem definition

• Who has been involved

• Definition of the Problem and Scenarios

• Solutions available to the industry• Where are we today• Anticipated development timelines

• The role of interoperability

• Where to from here?

Vehicle Interactions Chronology – 1

• 2010 – XCAP Project Glencore 2010

• 2012 – Anglo American RP 35

• Q4 2013 Vehicle Interaction “Burning Platform”

• Mar 2014 – Brisbane Workshop –”defining the problem” 

• Sep 2014 – 2nd Workshop at North Parkes, NSW →Agreement on need for:– User Requirements Development Tool

– New Design Philosophy for VI

Vehicle Interactions Chronology – 2

• Apr 2015 – Decision develop performance requirements to supplement DP‐5

• Jun 2015 – OEM one‐on‐one briefings to introduce DP‐5 & PR‐5A

• Jul 2015 – PDS supplier one‐on‐one briefings to introduce DP‐5 & PR‐5A

• Sep 2015 – One‐on‐one feedback sessions and joint OEM‐PDS workshop to initiate development of protocol for interoperability

• Dec 2015 – 2nd OEM‐PDS interface workshop• Mar 2016 – 3rd OEM‐PDS interface workshop

Generic Bowtie Model

1. Site Requirements

2. Segregation Controls

3. Operating Procedures

4. Authority to Operate

5. Fitness to Operate

6. Operating Compliance

7. Operator Awareness

8. Advisory Controls

9. Intervention Controls

Equipment specifications, standards, mine design/plans

Berms, access control, traffic segregation, time schedule

SOP’s, maintenance, road rules, quality control, lockout

Training, licences, induction, access control

Fatigue state, drug & alcohol, medicals

Pre‐start, safety tests, machine health, event recordings

Cameras, live maps, mirrors, lights, visible delineators

Alerts: Proximity, Fatigue, Over‐speed, Vehicle stability

Interlocks: Prevent Start, Slow‐Stop, Rollback, Retarder

years

months

weeks

days

shift

hours

minutes

seconds

ms

Incident Preventative Control Levels

EMESRT Design Philosophy focus area for VI

18

Loss of Control

Equipment to Person

Equipment to Environment

Equipment to Equipment

PUE1

PUE2

PUE3

PUE4

DesignOperate

React

EMESRT Design Philosophy 5 & 

Performance Requirement 5A

VI Technology Design Objectives

• Level 7 – Operator Awareness (PAT MDG 2007 aligned )Technologies that provide information to enhance the operator ability to observe and understand potential hazards in the vicinity of the machine

19

VI Technology Design Objectives

• Level 7 – Operator Awareness (PAT MDG 2007 aligned )Technologies that provide information to enhance the operator ability to observe and understand potential hazards in the vicinity of the machine

• Level 8 – Advisory Controls (PDT MDG 2007 aligned )Technologies that provide alarms and/or  instruction to enhance the operator ability to predict a potential unsafe interaction and the corrective action required

20

VI Technology Design Objectives• Level 7 – Operator Awareness (PATMDG2007 aligned )

Technologies that provide information to enhance the operator ability to observe and understand potential hazards in the vicinity of the machine

• Level 8 – Advisory Controls (PDTMDG 2007 aligned )Technologies that provide alarms and/or  instruction to enhance the operator ability to predict a potential unsafe interaction and the corrective action required

• Level 9 – Intervention Controls (CATMDG 2007 aligned )Technologies that automatically intervene and take some form of machine control to prevent or mitigate an unsafe interaction

21

Senses observe the environment

An understanding of the currentsituation is developed

A prediction on the future state ofthe environment is made

A decision is made on what action to perform

An action is implemented

State of the operator, machine andsurrounding environment

Human Factors - Decision Making

Perception

Comprehension

Projection

Decision

Action

Environment

Model of Situational Awareness – Mica Endsley 1998

Human Factors - Limitations

Perception

Comprehension

Projection

Decision

Action

Environment

• Reduced vigilance• Information overload• Fatigue / impaired fitness for work

• Memory lapse• Stress / anxiety• Risk homeostasis• Delayed reaction time

Model of Situational Awareness – Mica Endsley 1998

Human Factors – Control Interaction

Perception

Comprehension

Projection

Decision

Action

LEVEL 7Operator Awareness

Environment

Measure the environment

Determine hazard location/status

Predict interaction with hazards

Alarm hazard or Alert instruction

Control machine

LEVEL 8Advisory Controls

LEVEL 9Intervention Controls

Model of Situational Awareness – Mica Endsley 1998

EMESRTControl

TechnologyDefinitions

Intent Statement

Level 7 Awareness

Provide additional information on the proximity of equipment, infrastructure and personnel in the surrounding area

Level 8 Advisory

Alerting people to interactions that might be unsafe to allow them to take corrective action

Level 9 Intervention

Intervening and taking some form of control to prevent an unsafe eventThis now becomes a safety system

Alignment with Australian (MDG2007) and Sth African Legislated Requirements

PAT P

DT

CAT

Perception

Comprehension

Projection

Decision

Action

Environment

Model of Situational Awareness – Mica Endsley 1998

Mobile Equipment – Incident Area Focus

26

Surface

Diesel

Electric

Underground Coal

Diesel

Electric

Underground Hard Rock

Diesel

Electric

2015‐2016 Focus Areas

27PUE1 ‐ Equipment to Person  PUE3 ‐ Equipment to Environment 

PUE2 ‐ Equipment to Equipment PUE4 ‐ Loss of Control

Unwanted Event

= or or or VI ScenariosSurface

28PUE1 ‐ Equipment to Person  PUE3 ‐ Equipment to Environment 

PUE2 ‐ Equipment to Equipment PUE4 ‐ Loss of Control

Unwanted Event

= orVI Scenarios

Underground Diesel/Electric

Scenario Codes ‐ Examples

Example: V4-14

Surface Mobile Equipment:

Underground Mobile Equipment:

OEM / PDS VendorAtlas Copco

Booyco

Caterpillar

GE Mining 

Guardvant

Hexagon Mining

Hitachi

Joy Global

Komatsu

Liebherr France

Liebherr USA

Matrix

Minetec

Modular Mining

Sandvik

Schauenburg

Strata

Current Participating 8 OEM’s & 9 PDS Vendors

EMESRT 2014Vehicle Interaction Workshops:• Brisbane – Initial formulation of the problem

• North Parkes– 50+ attendees

– Syndicated 9 step model

– Developed key Design Philosophy (DP) performance

requirements for levels 7,8 & 9

– Developed plan for delivering a design philosophy

– Agreed to developing a site resource for evaluating vehicle 

interaction systems

• Mining companies endorsed the 9 step preventative model:• Implemented reviews of levels 1‐6 controls

EMESRT 2015• June/July 2015 Workshops with OEM’s/PDS (50+ people)

– A draft Vehicle Interaction Design Philosophy (DP) OEMs

– A draft mine site tool to help define specifications for required Vehicle Interaction technology 

• September 2015 – Workshops with OEM’s/PDS (100+ People)– Feedback on the draft DP and performance requirements

– Assessment on their current capability against the DP and performance requirement

– Provided a forecast of future capability by 2018

– All Participated in interoperability workshop to define common protocals for compatibility between PDS and OEM products 

VI Exposure* – Mobile Equipment

33*based on reportable incidents to DMR, South Africa over the period 2010‐2015

64%

36%

0% 0%UG Electric

N=30

17%

31%52%

0%

UG DieselN=82

23%

24%26%

27%

SurfaceN=77

Speed Rangekm/h

0‐3

3‐10

10‐30

30‐55+

Exposure takes into account incident rate and an assessment of potential severity of all unwanted events for Vehicle Interactions (PUE1‐PUE4) combined

Issues for PDS Development

34

PDS @ Levels 7‐9 sequential development:

• Must achieve Level 7 before Level 8

• Must achieve Level 8 before Level 9

Under‐appreciation of need for end user engagement in the design phase Eg: “cut and paste” approach to technology transfer from other 

industries can lead to a mismatch in performance criteria

Misconception: Proof of Concept  Proven Commercial Product

PDS Capability – Development Phases

DevelopmentStage Description TRL*

Typical Elapsed 

Time from Concept

Proof of Concept(PoC)

Basic operation demonstrated in a controlled environment; no sites currently using technology in  live production

1‐3 1 year

Early Stage Development

(ESD)

Controlled testing of specific functionality in pilot implementation on multiple items of mobile equipment to prove viability of the solution and evaluate performance

4‐5 1‐3 years

Late Stage Development

(LSD)

Deployment at one or more sites on a part of an operating fleet, not all PR‐5A performance requirements met at intended capability level (7‐9) ‐ including demonstration in a production environment

6 3‐5 years

Proven for Commercial Release

Fit for purpose, established solution with scalability / capacity and meets reliability, dependability, performance, accuracy and repeatability objectives defined in PR‐5A

7 5+ years

*Note: Equivalent Technology Readiness Level  (TRL)– e.g. see http://esto.nasa.gov/files/trl_definitions.pdf

PDS Capability – Current*

*participating PDS suppliers only; as of October 2015

UndergroundElectric

Level 7 Level 8 Level 9

Nsuppliers = 6

OEM / PDS vendor responses on development levels

PDS Capability – Current*

*participating PDS suppliers only; as of October 2015

UndergroundDiesel

Level 8 Level 9Level 7

Nsuppliers = 6

OEM / PDS vendor responses on development levels

PDS Capability – Current*

*participating PDS suppliers only; as of October 2015

Surface

Level 8 Level 9Level 7

Nsuppliers = 7

OEM / PDS vendor responses on development levels

Status of PDS Solutions – Level 7

EMESRT assessment of OEM / PDS technology status:

• Level 7 systems unsatisfactory for reducing risk exposure due to the high rate of alerts / alarms when other vehicle, personnel, infrastructure is close by and reliance on operators making correct predictions & decisions

Status of PDS Solutions – Level 8

EMESRT assessment of OEM / PDS technology status:

• Level 8 systems for UG Electric do not require significantly more rules / decision logic than Level 7, however, there is a much greater technology change required to transition from Level 7 to Level 8 for UG Diesel and Surface

• No Suppliers have successfully achieved level 8 beyond Late Stage Development

Status of PDS Solutions – Level 9

EMESRT assessment of OEM / PDS technology status:

• UG Electric machines in South Africa – some Level 9 scenario solutions in operation

• UG Diesel and Surface machines ‐ Level 9 implementation impeded by lack of interoperability for: • PDS to Machine Interface development is unique to each machine• Not achieving an integrated / interoperable solution• From participating OEM / PDS vendors only:

• 9 PDS  x 8 OEM = 72 PoC’s required  to demonstrate Level 9• Not sustainable – industry requires a “Plug and Play” solution

Sensing

Rules / Intelligence

Vehicle Interface  OEM1 OEM2 OEM3

PDS1 PDS2

3rdParty

PDS3

Protocol

Protocol

Vehicle Interaction – Interoperability Layers

EMESRT Focus for 2016

On any mine there will never be only one brand/type of equipment and hence the interoperability of the multiple relationships between the levels of sensing and  intelligence/rules and the different vehicles is essential to achieve an overall mine site solution for the industry.  

OEM-PDS Interface – On-vehicle

Refer to PR‐5A and associated documentation for Proximity Technology Profile

Protocol

*Current interfaces are proprietary / unique, limits ability for interoperation

LSD

ESD

Proven

* Note :Available as of 2‐Oct‐2015 

* * *

PoC

UndergroundElectric SurfaceUnderground

Diesel

OEM Vehicle Interface – Development Status*

45

Schedule for VI Interface Development# Activity

2015 2016

N D J F M A M J J A S O N D

0a OEM / PDS Vendors to nominate representative for WG (Nov‐Dec)

0b OEM / PDS Vendors to confirm  development schedule for L7/L8/L9

1 Convene initial OEM & PDS working groups:

1a OEM Working Group – What’s required of interface to PDS?

1b PDS Working Group – What’s required of interface to OEM?

2 Report back from each WG and joint session on scope (“What”)

3 Convene OEM & PDS working groups:

3a OEM / PDS Working Group – Architecture of OEM‐PDS interface (J1939 CAN Agreed)

4 Report back from each Supplier on existing protocols

5 Draft 1 of protocol X  X5a Nomination of Test Site(s), OEM, PDS, equipment X5b Establish evaluation scope: concept / partial / complete X X5c Assess practicality / gaps / timelines X6a Conduct testing at site (Surface Diesel)  X X X X X6b Conduct testing at site (UG Diesel)  X X X X X7 Report back on from test site(s) and joint OEM‐PDS feedback session X X8 Final Draft of protocol X X9 Joint OEM‐PDS session to review and finalise protocol X10 Closeout report X

• Participating OEM’s & PDS suppliers covers ~80% of market• L7 solutions:

– Multiple PDS vendors, generally high rate of nuisance alerts / alarms

• L8 solutions:– Easier transition from Level 7 in UG Electric, more difficult transition and  not proven yet for 

UG Diesel/Surface

• L9 solutions:– UG Electric: Late Stage Development testing– UG Diesel: Proof of Concept tests underway, not proven– Surface: Initial Proof of Concept, technology in infancy

• Working Groups to define protocol for PDS‐OEM interface with coordination by EMESRT/CSIRO

• Embedding of outcomes through industry published protocol and eventually via industry recognised standards bodies (e.g. ISO)

46

Summary

Industry• Aligned definition of what the VI problem is.

– Validated Design Philosophy 5 - Machine Operation & Controls (Circa 2009)– VI Performance Requirement 5A– Agreed Nomenclature– Exposure Scenarios (UG & Surface)

Users• Site Resource User Guide

– Technical Specification FrameworkDesigners• PDS/OEM Interface Protocol - 2016

47

Vehicle Interaction – Project Deliverables

• Published outcomes of VI interface development for benefit of the greater industry (CSIRO via ACARP)

• Starting point for industry standard – e.g. incorporate outcomes into ISO TC 82/127 “Collision Awareness and Avoidance” – New Work Item Proposal in ballot phase Apr‐Jun 2016

• Establish a platform for ongoing collaboration in VI design improvement between Users / OEMs / PDS Vendors / Regulators

• Contribute to a review of MDG 2007

48

VI Interoperation – Enabling Benefits

• Stay informed via EMESRT website:• www.emesrt.org

• Contact with EMESRT secretariat:• enquiries@emesrt.org

• Discussion with EMESRT member companies• Via ISO Working Group:

– Nomination of experts through your national standards organisation– Feedback into standard development via EMESRT

49

How can I participate?

…End of Presentation…