صنعت معدن در حال حاضر با چالش‌های زیادی چون تغییرات شدیدِ قیمت‌ها در بازار، میزان تقاضای بی‌ثبات، اختلال در زنجیره تأمین، هزینه‌های ورودی که بر جریان نقدینگی تأثیر منفی می‌گذارند، فشارهای تولید ناشی از تأخیر، نگرانی‌های امنیتی و سلامت کارکنان مواجه است.
دیجیتالی‌شدن صنعت معدن خون تازه‌ای بر پیکر سنگین و کهنه این صنعت است که می‌تواند بر بخش بزرگی از این چالش‌ها فائق آید.
اگرچه در سال‌های اخیر عملیات استخراج از معادن روندی صعودی را شاهد بوده است، اما سطح بهره‌وری جهانی همچنان ۲۵ درصد کمتر از بهره‌وری معادن در اواسط دهه اول قرن ۲۱ است. نوآوری‌های دیجیتال مانند خودکارسازی، تجزیه‌و‌تحلیل دادهها و هوش مصنوعی می‌توانند به رفع مشکل کاهش بهره‌وری و ارتقاء سطح ایمنی در محیط‌های معدنی کمک شایانی کنند.
بنابراین، سؤال این نیست که چه زمانی باید دیجیتالی‌شدن تحقق یابد، بلکه سؤال اصلی چگونگی پیاده‌سازی آن است. مدیران معادن باید بازنگریِ همه‌جانبه‌ای در عملیات و رویکردهای تصمیم‌گیری خود داشته باشند. فناوری، دادهها و زیرساخت‌های دیجیتال باید در اولویت قرار بگیرند و فناوری از عملکرد حاشیه‌ای به اهمیتی محوری برسد.
محرکه‌های اصلی دیجیتالی‌شدنِ صنعت معدن
شرکت‌های معدنی به دنبال چابکی هرچه بیشتر در فعالیت‌های استخراجی خود هستند. اکوسیستم با سرعت بسیار زیادی در حال تغییر است و منابع طبیعی با همان سرعت در حال کاهش‌اند. در این میان، فناوری و ماشین‌آلات معدنی نوین تنها ابزارهای معادن برای سازگاری با تغییرات لحظه‌ای و چالش‌برانگیز موجودند.
افزایش فشار به دلیل کاهش بهره‌وری
کاهش منابع از یک‌طرف و کاهش بهره‌وری در استخراج آن‌ها از طرف دیگر، نوک پیکان انتقاد را بیشتر از هرزمانی به‌سوی معادن هدف گرفته‌اند. سهامداران، نهادهای مردمی و بین‌المللی و دولت‌ها به معادن فشار می‌آورند تا بیشترین بهره‌برداری را از معادن با کمترین آسیب به محیط‌زیست داشته باشند.
علاوه‌براین، انرژی‌های تجدیدپذیر و کاهش منابع طبیعی موجودیت معادن و رویکرد آن‌ها در تولید را تحت شعاع قرار داده‌اند. شرکت‌های معدنی به‌شدت در رقابت هستند تا محدودیت منابع موجود را زودتر بیابند و در زمان مناسب سرمایه‌گذاری و تأسیس زیرساخت‌ها را به مرحله اجرا برسانند. درواقع، اصلی‌ترین چالش موجود، یافتن منابع جدید، پیش‌بینی میزان بهره‌برداری ممکن و اتخاذ رویکردی بهینه برای برداشت حداکثری از آن است.
چالش‌های متناظر با انطباق معادن با فناوری روز
حجم زیادی از داده‌های تولیدی حاصل از محیط و تجهیزات معدنی، امکان طبقه‌بندی اطلاعات و استفاده از آن‌ها با روش‌های سنتی را غیرممکن کرده است. اصلی‌ترین مؤلفه در این چالش، به‌روز نبودن سیستم‌ها و ناسازگاری آن‌ها با تحولات فناوری محور دنیا است.
شرکت‌های معدنی قدرت مانور خود را برپایه توان مالی و سرمایه‌گذاری‌های کلان بنانهاده‌اند. باوجوداین، کاهش کارایی معادن و فشار سازمان‌های دولتی باعث شده است که معادن بیشتر از هر بازه زمانی‌ای در تاریخ فعالیت خود، به دنبال استفاده حداکثری از فناوری‌های روز باشند. چالش اصلی اما، عدم وجود نیروی کار ماهر با دانش فناوری روز و عدم انعطاف موردنیاز برای پذیرش روش‌های جدید در استخراج و فرآوری مواد معدنی است.
ارتقاء امنیت اطلاعات، پردازش لحظه‌ای کلان‌داده‌ها، تحلیل و به اشتراک‌گذاری نتایج
برای استفاده حداکثری و کارا از داده‌های دریافتی، معادن باید شبکه‌های دیجیتال و زیرساخت‌های موردنیاز برای ذخیره، پردازش، تحلیل و سناریوسازی از دادهها را فراهم کنند. به‌عنوان‌مثال، محاسبات لبه‌ای، به معادن این قابلیت را می‌دهد که بتوانند بیشتر محاسبات زمینه‌ای خود را با امنیت بالا و دسترسی لحظه‌ای در سایت معدن انجام دهند.
کاهش شدید نیروی کار ماهر
استخراج معدن ازجمله مشاغلی است که مهارت نیروی انسانی نقش اصلی را در پیشبرد امور بازی می‌کند. دیجیتالی‌شدن هرگز این واقعیت را انکار نخواهد کرد؛ برعکس، آموزش کارکنان برای پذیرش فناوری‌های روز و ارتقاء بهره‌وری معدن اولین چالش پیشِ روی آینده دیجیتال این صنعت است.
حضور در معادن همیشه با ریسک‌های جانی جدی همراه بوده است. کار با ماشین‌های غول‌پیکر در محیط‌های خشن، سروصدای تجهیزات سنگین معدنی مثل دریل‌های حفاری، دمای محیطی طاقت‌فرسا و فعالیت در حضور گازهای سمی چالشی‌های هستند که معادن از ابتدای پیدایش خود با آن‌ها درگیر بوده‌اند.
اندازه‌گیری بهره‌وری و کمک به تصمیم‌گیری
در حال حاضر، راه‌حل‌های دیجیتال بر بخش قابل‌توجهی از صنعت معدن اثر گذاشته‌اند. معادن پیش‌رو در حال بررسی روش‌های مختلف برای بهره‌برداری از فناوری‌هایی مانند خودکارسازی، رباتیک، سنجش از راه دور، چاپ سه‌بعدی، شبیه‌سازی، اینترنت اشیاء و واقعیت افزوده هستند.
نکته بارزی که اغلب شرکت‌ها به آن توجه ندارند، این است که تحول دیجیتال بالاترین بازده را در محیط‌هایی اکتساب می‌کند که پتانسیل و تجهیزات دریافت اطلاعات در زمان واقعی وجود دارد. به مفهومی دیگر، دیجیتالی‌شدن بدون پیش فرض تجهیزات دریافت و انتقال داده‌های زمان واقعی غیرممکن است.
برای یک برنامه‌ریزی و تصمیم‌گیری درست درباره آینده، اولین نیاز امکان پیش‌بینی وقایع و نیازهای آتی است. از طرفی، پیش‌بینی به داده، تحلیل، یکپارچه‌سازی دانش و سازگاری با تغییرات نیاز دارد. تکیه بر اطلاعاتی که با تأخیر دریافت و تحلیل می‌شوند به‌منزله جا ماندن از قطار سریع پیشرفت و فناوری است. علاوه‌براین، حجم زیاد دادهها، تکنیک‌های پردازشی خاص خود را می‌طلبد، تکنیک‌هایی که هوش مصنوعی در آن پررنگ‌ترین نقش را دارد و باهدف حذف خطای انسانی، نقش انسان در انجام عملیات اجرایی آن به‌شدت کاهش‌یافته است.
با استفاده از حسگرهای محیطی، دادهها به‌صورت لحظه‌ای جمع‌آوری می‌شوند و پردازش‌های زمان واقعی امکان تصمیم‌گیری آنی را فراهم می‌آورند. اگر بخواهیم تنها یک هدف برای فناوری قائل شویم، آن هدف بهبود کیفیت تصمیم‌گیری و انجام آن در کوتاه‌ترین زمان ممکن است. درنهایت، دادهها و پردازش‌های متناظر با آن‌ها به شبیه‌سازی‌ها و تفسیرهای تصویری از وضعیت موجود و روند تغییر آن در آینده می‌انجامند.
بهبودها در بهره‌وری از نفوذ مبانی دیجیتالی‌شدن در تمام ارکان معدن حاصل می‌شود. در اولین گام، اندازه‌گیری میزان بهره‌وری فعالیت‌های معدنی است که باید در قالب سیاست‌های دیجیتالی‌شدن تحقق یابد (جدول ۱).
| معیار | تصمیم‌گیری خودکار | پردازش داده | دسترسی به دادهها | استخراج داده | تصمیم‌گیری کلیدی |
| توان عملیاتی | خودکارسازی دستگاه‌ها و خودروهای معدنی | الگوریتم‌های یادگیری ماشین مقدار بهینه پارامترها را تعیین می‌کنند | دادهها به یک ابر مرکزی منتقل می‌شوند | حسگرهای اینترنت اشیاء و انتقال خودکار اطلاعات لحظه‌ای | بهینه‌سازی برنامه‌ریزی ناوگان اجرایی معدن |
| بازیافت | نقاط تنظیم فرایندها به‌صورت خودکار تعیین می‌شوند | تعیین پارامترهای فرایند | |||
| هزینه انرژی | مقدار بهینه‌ای برای چاشنی و مواد انفجاری تعیین می‌شود | بهینه‌سازی میزان انفجارها برای بهینه‌سازی فعالیت‌های دریل‌کاری، خرد کردن، ذوب و … | |||
| نگهداری | سفارش‌های کاری به‌صورت خودکار برنامه‌ریزی می‌شوند | مدل‌ها خرابی دستگاه‌ها را پیش‌بینی می‌کنند | بهینه‌سازی سطح اطمینان به کارایی تجهیزات با در نظر گرفتن هزینه‌ها به‌عنوان قید | ||
| مدیریت | خودکارسازی فرایند رباتیک فعالیت‌های دستی را به حداقل می‌رسانند | به‌منظور تحلیل کلمات کلیدی، دادهها پردازش می‌شوند | جمع‌آوری داده‌های گذشته مانند ایمیل‌ها | کاهش زمان بروکراسی‌های اداری | |
| نیروی کار | اطلاعات امنیتی و وضعیت کنونی تجهیزات و محیط معدن در اختیار کارکنان قرار می‌گیرند | الگوریتم یادگیری ماشین تحلیل امنیت و فعالیت توأم ماشین‌ها را بر عهده دارد | با استفاده از نمایشگرهای همراه، اطلاعات درباره وضعیت معدن در اختیار کارکنان قرار می‌گیرد | فناوری‌های پوشیدنی دادهها را جمع‌آوری می‌کنند | اجرای قابل‌اطمینان و سازگارِ فعالیت‌های معدن |
| مواد مصرفی | فرایندها به‌گونه‌ای انجام می‌گیرند که کمترین مقدار ساییدگی ایجاد شود | میزان ساییدگی توسط الگوریتم یادگیری ماشین سنجیده می‌شود | حسگرها وضعیت ساییدگی مته‌های دریل را زیر نظر می‌گیرند | بهینه‌سازی مصرف با در نظر گرفتن فاکتورهای اصلی | |
| انبارداری | به‌محض رسیدن به سطح خاصی، کالا در انبار جایگزین می‌شود | میزان کالاها با میزان تقاضا درگذشته و آینده ممکن سنجیده می‌شود | کالاهای انبار در یک سیستم انبارداری یکپارچه و در دسترس قرار می‌گیرند | حسگرهای اینترنت اشیاء مستقر در انبارها وضعیت کالاها را رصد می‌کنند | ممانعت از کمبود کالا و تأخیر در تأمین آن |
جدول ۱: چهارچوبی برای اندازه‌گیری میزان بهره‌وری بخش‌های اصلی متناظر با دیجیتالی‌شدن
مفاهیم بنیادی در دیجیتالی‌شدن صنعت معدن
معادن سال‌ها است که از فناوری‌های دیجیتال در عملیات استخراج مواد معدنی استفاده می‌کنند. باوجوداین، نرخ تغییر رویکردهای معمول در صنعت معدن به‌مراتب کندتر از تحولات دنیای فناوری بوده است. در ادامه به مفاهیمی می‌پردازیم که اصلی‌ترین عناصر دیجیتالی‌شدن در صنعت معدن هستند.
واقعیت‌های مجازی و افزوده
واقعیت مجازی یک مدل کامپیوتری است که یک فرایند خاص از دنیای واقعی را برای تجربه‌های مجازی شبیه‌سازی می‌کند. در واقعیت افزوده، نمایش‌های سه‌بعدی مجازی بر روی محیط واقعی قرار می‌گیرند و تجربه کاربری و ویژگی‌های محیط تجربی او را دگرگون می‌کنند.
با استفاده از واقعیت مجازی، کارکنان معدن، اپراتورهای ماشین‌آلات و مدیران می‌توانند تمام فرایندهای استخراج را در محیطی ایمن و شبیه به دنیای واقعی تجربه کنند. از این طریق، افراد می‌توانند توانایی‌های خود را قبل از اعمال بر محیط واقعی محک بزنند، آسیب‌ها را شناسایی کنند و نیاز به آموزش را دریابند.
واقعیت افزوده می‌تواند آگاهی افراد از محیط را افزایش دهد، آموزش کارکنان را بهبود بخشد و به کارکنان کمک کند که تغییرات آتی را تجسم کنند. در هنگام آموزش فرایندهای حفاری، واقعیت افزوده می‌تواند نمایشی بصری از این فرایند را ارائه دهد. این فناوری به‌ویژه در ردیابی مکانی در زمان واقعی و جهت‌دهی تجهیزات معدن بر روی سطوح مختلف معدنی، مفید است.
مربیان نیز می‌توانند آموزش‌های خود را از نقاط دور و بدون نیاز به حضور فیزیکی در معادن ارائه دهند. تصاویر هولوگرامی این امکان را فراهم می‌کنند که آموزش‌ها جامع‌تر، با جزئیات بیشتر و با هزینه‌های کمتری انجام گیرند.
به‌عنوان‌مثال، اپلیکیشن PerfectDig یک برنامه واقعیت افزوده است که می‌تواند هم‌زمان با فعالیت‌های مجازی و در زمان واقعی، تغییراتی را بر محیط و فرایندهای در جریان معدن بیفزاید. این اپلیکیشن از داده‌های تاریخی و واقعیت کنونی برای بررسی امکان وجود منابع بیشتر در سطوح و اعماق مختلف معدن استفاده می‌کند و تغییر بهینه فرایندها و نحوه قرار گرفتن تجهیزات و نیروی انسانی را در دستور کار دارد.
اینترنت اشیاء
تمام تلاش‌های باهدف دیجیتالی‌کردن صنایع وابسته به اینترنت اشیاء هستند. شبکه تجهیزات و محیط‌های معدنی با استفاده از اینترنت اشیاء به یکدیگر وصل می‌شوند و دسترسی به اطلاعات و کنترل آن‌ها از هر فاصله از محیط معدن امکان‌پذیر خواهد بود. شبکه‌ای که با ارتباطات سیمی و بی‌سیم ایجادشده است، داده‌های موردنیاز پردازش در سرورهای اختصاصی یا ابرها را فراهم می‌کند.
اینترنت اشیاء این امکان را فراهم می‌کند که دستورالعمل‌ها بلادرنگ به افراد و تجهیزات در هر نقطه از سایت معدن انتقال یابند. این توانایی در امکان فرماندهی و کنترل آنی رویکردهای بهینه‌تر، کم‌هزینه‌تر و ایمن‌تر را به ارمغان می‌آورد.
مهندس متخصص در امور آب و انرژی می‌تواند از دفتر خود به چندین سایت معدنی در نقاط مختلف مشاوره بدهد و از این طریق در زمان صرفه‌جویی قابل‌توجهی شود و نظارت لحظه‌ای ممکن گردد. به‌عنوان چشم‌های ریزبینِ ماهیت‌های دیجیتال صنایع، انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۴ بازار تجهیزات اینترنت اشیاء به بیش از ۱۰۰۰ میلیارد دلار برسد.
خودکارسازی و رباتیک
خودکارسازی و رباتیک از یکدیگر متمایزند اما یک نتیجه مشابه را حاصل می‌کنند و آن کاهش اتکا به اقدامات مستقیم انسان برای کار با تجهیزات و انجام فعالیت‌ها است. فناوری و امکان تولید در مقیاس‌های نجومی باعث‌شده‌اند که ماشین‌های خودکار و سیستم‌های رباتیک مقرون به‌صرفه‌تر شوند و معادن بیشتری فرایندهای استخراج خود را با این قابلیت‌ها تعریف کنند.
خودروها و تجهیزات باقابلیت کنترل از راه دور به مؤلفه‌هایی عادی در معادن تبدیل‌شده‌اند؛ این تجهیزات همان تعریفی از بهره‌وری هستند که دیجیتالی‌کردنِ صنعت معدن به دنبال آن است. از یک دریل معدنی که سنگ معدن را از بدنه معدن جدا می‌کند تا کامیون‌های خودکار برای انتقال آن‌ها، فرایندهای کنترل از راه دور امن و بهینه را به معادن تزریق کرده‌اند.
امروزه ربات‌های هوشمند عملیات خطرناک معدنی مانند جاسازی مواد انفجاری و مانیتور کردن آن‌ها را انجام می‌دهند. ربات‌ها به‌ویژه در کاوش نقاط جدید و صعب‌العبور معدنی کاربرد دارند؛ نقاطی که سطح ایمنی پایینی دارند و کاوش در آن‌ها همیشه با خطرات جانی همراه بوده است.
فاکتورهای کلیدی در دیجیتالی‌کردن فعالیت‌های معدنی
دیجیتالی‌کردن صنعت معدن دیگر یک انتخاب استراتژیک و رقابتی نیست، بلکه یک ضرورت است که معادن مجبور به اتخاذ و تطابق با تکامل‌های روزافزون آن هستند. ما عواملی کلیدی را شناسایی کرده‌ایم که برای موفقیت در هر تلاش بنیادی برای دیجیتالی‌کردن فعالیت‌های معدنی حیاتی هستند.
تمرکز بر ارزش‌های و محرکه‌های ریسک
دیجیتالی‌شدن باید به یک مسئله تجاری محرز و مرتبط با صنعت معدن رسیدگی کند. بنابراین، اتخاذ یک دیدگاه یکپارچه و جامع از محرکه‌های کلیدی ارزش و ریسک‌های موجود در زنجیره تأمین، برای به حداکثر رساندن تأثیر دیجیتالی‌شدن بر فعالیت‌های معدنی، ضروری است.
استفاده از قابلیت‌های دیجیتال در فرایندهای تصمیم‌گیری و مدیریت عملکرد
ادغام قابلیت‌های دیجیتال در سیستم مدیریت، در تمام سطوح سازمانی، و مدل‌های عملیاتی کسب‌وکار حیاتی است. چنین ادغامی بر تصمیم‌گیری‌ها، عملکرد فعال و مدیریت ریسک تأثیری پردامنه و البته مثبت دارد. از سطوح استراتژیک و تفکری گرفته تا سطوح عملیاتی و فیزیکی استخراج، دیجیتالی‌شدن باید در تاروپود صنعت معدن تنیده شود و این درهم‌تنیدگی باید یک پیش‌روی هم‌زمان در تصمیم‌گیری‌ها و اجرا را همراهی کند.
باید به رهبری و تغییر فرهنگی موردنیاز برای پذیرش و انعطاف درباره موضوع دیجیتالی‌شدن توجه حداکثری داشت
دیجیتالی‌شدن مطمئناً با چالش‌هایی همراه خواهد بود، چالش‌هایی که در کانون آن‌ها پذیرش این انتقال همه‌جانبه وجود دارد. معدن همیشه یک صنعت سخت‌گیر در رهایی از سنت و پذیرش فناوری بوده است. نیاز به آموزش‌های اولیه و تعریف و تثبیت فرهنگ دیجیتالی‌شدن، اولین گام در پیاده‌سازی موفق آن است.
به‌عنوان‌مثال، فناوری‌ها، بخصوص حسگرهای محیطی، پوشیدنی و دریافت داده‌های مکانی و خصوصی همیشه با مقاومت همراه است. کارکنان در خط مقدم بهره‌برداری معدن قرار دارند؛ بااین‌حال، ترس از “تماشا شدن” همیشه با مقاومت و کارشکنی همراه بوده است.
خلاصه‌ای از شیوه پیاده‌سازی رویکردهای دیجیتال در صنایع معدنی
جدول زیر یک مدل کلی از نحوه تعریف و پیاده‌سازی راهکارهای دیجیتال در صنعت است. همانند یک بوم کسب‌وکار که خلاصه‌ای از استراتژی‌ها و نحوه پیاده‌سازی آن‌ها است، جدول زیر یک چهارچوب کلی برای تعریف دیجیتالی‌شدن در صنعت معدن ارائه می‌دهد.
| مراحل | فاز اول: تشخیص و درک فرصت‌های دیجیتال | فاز دوم: آزمایش راه‌حل‌های دیجیتال در محیط‌های آزمایشگاهی | فاز سوم: اجرای فرایند دیجیتالی در سایت معدن |
| فعالیت‌ها | درک محرکه‌های ارزش برای تشخیص نقاط و فعالیت‌هایی که بیشترین تأثیر را بر کلیت معدن دارندارزیابی دادهها و چالش‌های تصمیم‌گیری موجودیافتن فناوری‌های دیجیتال کلیدی تعریف و اولویت‌بندی فرصت‌های کلیدی | تشخیص و مذاکره با مدیران کلیدی برای یافتن پشتیبان سازمانیتعریف نیازهای اصلی ( دولتی، مردمی، فرایندی و سیستمی)تولید یک نقشه راه برای انتقال دیجیتال | انطباق و یکی کردن برنامه انتقال دیجیتال با برنامه‌های بهره‌وری کنونیاجرای راه‌حل‌های دیجیتال انتخاب‌شده |
| نتایج | ارزیابی بلوغ دیجیتالیِ در سازمانتهیه لیست بلندی از فرصت‌های دیجیتالیتهیه لیست کوتاهی از فرصت‌های دیجیتال | تثبیت مفهوم برای فعال‌سازی روندمعماری مرجعنقشه راه کوتاه و بلندمدتهمسوسازی دیدگاه‌ها | راه‌حل‌های دیجیتالِ تعبیه‌شده در سازماندرس‌های آموخته‌شده برای تعریف و اجرای راه‌حل‌های بیشتر |
جدول ۲: یک مدل کلی از نحوه تعریف و پیاده‌سازی راهکارهای دیجیتال در صنعت معدن
جمع‌بندی
انتقال به وضعیت و فرایندهای دیجیتال یک واقعیت اجتناب‌ناپذیر برای معادن است. بدون یک انتقال پیوسته، همه‌جانبه و مدیریت‌شده، این صنعت از روند جهشی و متناظر با رشد فناوری عقب خواهد ماند. رسیدن به سایر بازیگران بازارهای جهانی در دوره انقلاب صنعتی ۴ مستلزم تغییراتی عمده اما فوری در نحوه بهره‌برداری از دادهها، مدیریت منابع و آموزش سیستم استخراج معدن است.
نوآوری‌های دیجیتالی به‌سرعت در صنایع معدنی گسترش می‌یابند و معدن کاران در سراسر جهان دیجیتالی‌شدن را پذیرفته‌اند. بهبود هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری ارمغان‌هایی هستند که دیجیتالی‌شدن صنعت معدن فراهم کرده است. ایران جزء کشورهایی است که بالاترین حجم‌ها از منابع طبیعی مختلف را در خود دارد. دیجیتالی‌شدن و بهره‌وری از فناوری و دانش روز باعث می‌شود که میزان بهره‌برداری از این منابع به سطح و چهارچوب بهینه خود نزدیک شود و پتانسیل علمی کشور را در استفاده از فناوری در صنعت شکوفا کند.
کلمات کلیدی:
دیجیتالی‌شدن – فناوری – صنعت معدن – صنایع معدنی – اینترنت اشیاء – خودکارسازی – واقعیت مجازی
