خلاصه
بهبود در امنیت، پایداری و کارایی عملیات معدنی سه هدف اساسی برای شرکتهای معدنیاند که پس از سالها امید میرود با دیجیتالی سازی عملیات آن و استفاده از فناوریهایی چون اینترنت اشیاء و هوش مصنوعی محقق گردند. به ویژه، حل چالشهای اساسی معدن با تقاضای بیسابقه برای فلزات اساسی مورد استفاده در عملیات صنعتی دیگر و مدرنسازی جوامع انسانی همزمان شده است. بنابراین، سوال اینجاست که آیا انقلابی در بهره برداری هوشمند و ایجاد معادن خودران میتواند توسعه پایدار این صنعت را تضمین کند و انتقادها از آن را به تحسین بدل کند؟
بر اساس گزارشی که در سال ۲۰۱۵ توسط بنیاد مکنزی منتشر شد، میزان بهرهوری معادن در نقاط مختلف جهان به طور میانگین ۲۸ درصد نسبت به سال ۲۰۰۵ کاهش یافته بود. یک دهه بعد از آن گزارش، امروز شاهد کمبود قابل توجه در صنایع معدنی و فلزات محصول این صنعت هستیم؛ موادی که عناصر اصلی برای موفقیت در تحولاتی چون انرژی و دیجیتال هستند. برای مثال، انتظار میرود در سال ۲۰۳۵ شکاف بین تقاضا و تولید فلز مس به بیشتر از ۹.۹ میلیون تن برسد.
علاوه بر این، بخش معدن به شدت از کمبود نیروی انسانی ماهر رنج میبرد، چنانکه ۸۶ درصد از مدیران معدنی بر این باورند که جذب و حفظ استعدادهای لازم برای فعالیتهای معدنی سختتر از هر فعالیت مدیریتی دیگری در این صنعت است. در حضور این چالشها و نیاز مبرم به عبور از آنها، شرکتهای معدنی در تلاش هستند تا با استفاده از پلتفرمهای مبتنی بر اینترنت اشیاء، واقعیت مجازی، فضای ابری و هوش مصنوعی به بهرهوری و پایداری لازم برسند.
برای مثال، پیشبینی میشود که هوش مصنوعی مولد به تنهایی ۱۰ تریلیون دلار به تولید ناخالص داخلی جهان اضافه کند. در صنعت معدن، افزایش بهرهوری متأثر از این فناوری ۲۹۰ تا ۳۹۰ میلیارد دلار (سالانه) است. در نظرسنجی که Accenture از مدیران ۵۰ شرکت برتر معدنی انجام داد، ۹۲ درصد از آنها تحولات فناوری را به عنوان اصلیترین استراتژی رشد معادن معرفی کرده بودند. بنابر این تحقیق، بیشترین سرمایهگذاریها در ابزارهای داده و تحلیل نتایج وسایل نقلیه خودران و اتوماسیون و فرایندهای رباتیک انجام میشوند.
اما آنچه این تحقیقات و انواع مشابه آنها در بررسی تحرکات دیجیتال در شرکتهای معدنی بروز میدهند، حرکت این شرکتها با سمت هوشمندسازی بیشتر و رسیدن به چهارچوبی است که آن را معدنکاری هوشمند یا Smart Mining میخوانند. در معادن هوشمند داراییهای اساسی معدن با حسگرهای اینترنت اشیاء تجهیز شدهاند تا دادهها از سراسر عملیات معدنی به پلتفرمهای تحلیلی برسند و در ادامه به منبعی برای هوشمندسازی فرایندها و خودکارسازی عملیات تبدیل شوند.
دیجیتالیسازی معادن
بنا بر نظرسنجی که Axora Innovation Forecast از ۱۶۰ کارشناس حوزه معدنکاری انجام داده است، ۸۶ درصد معادن در حال اتخاذ فناوریهای دیجیتال برای ارتقاء کیفیت عملیات و کاهش تأثیر آنها بر محیطزیستاند. ۸۸ درصد این شرکتها از هوش مصنوعی، ۸۴ درصد از پلتفرمهای فضای ابری و ۸۳.۸ درصد از شبکههای اینترنت اشیاء صنعتی بهره میگیرند. علاوه بر این، رشد استفاده از هوش مصنوعی در یک سال گذشته ۲۳ درصد، رباتیک ۱۴ درصد و همزادهای دیجیتال ۱۴ درصد بوده است.
تصویر زیر خلاصهای از میزان بهبود وضعیت شرکتهای معدنی در پارامترهای مختلف است.
استفاده از فناوری و هوش مصنوعی بخصوص در زمینه بهینهسازی فرایندهای استخراج از معادن باب شده است. برای مثال، برای استخراج سنگ معدن بیشتر از معادن قدیمی، شرکتهای معدنی از الگوریتمهای هوش مصنوعی برای تعریف استراتژیهای جدید در اکتشاف، استخراج و فرآوری سنگ معدن بهره میگیرند.
نمونهای از آن، طرح شرکت آمریکایی Freeport – McMoRan برای بهره گرفتن از AI در بهینهسازی فرایندهای مختلف آسیاب سنگ معدن مس در معدن Bagdad آریزوناست. آنها دادههای مربوط به ۳ سال اخیر استخراج و فرآوری سنگ معدن مس را برای آموزشهای اولیه به الگوریتم هوش مصنوعی دادند تا روندها و وضعیت واقعی معدن را بیاموزد و گزینههایی برای بهبود پیشنهاد دهد. تنها ۳ ماه پس از استفاده از این الگوریتم، میزان بهرهوری معدن ۱۰ درصد افزایش و نرخ بازیافت مس ۱ درصد بهبود یافت.
در سال ۲۰۲۳ و با همکاری مایکروسافت، BHP پروژهای را برای افزایش نرخ بازیافت مس از بزرگترین معدن مس جهان در شیلی کلید زد. با استفاده از دادههای زمان واقعی و پیشنهادهای برداشت شده از الگوریتمهای هوش مصنوعی حاصل از پلتفرم Azure مایکروسافت، BHP متغیرهای عملیاتی خود را با شرایط سازگار کرد و توانست در بازهای کمتر از ۱ سال تولید خود را ۵ درصد افزایش دهد.
اتوماسیون در معادن برای بهبود عملیات
اتوماسیون یکی از مراحل نهایی در بهرهگیری از تجهیزات الکترونیک و راهحلهای دیجیتال و مبتنی بر داده است. در اتوماسیون معدنی هدف ایجاد استقلال در عملکرد تجهیزات سنگینی چون کامیونهای حمل سنگ معدن، دریلهای حفاری، لودرهای بارگیری و تجهیزات مرتبط با انفجارهای معدنی است.
برای مثال، معدن Bagdad اولین شرکت معدنی آمریکایی است که تمام سیستم حملونقل سنگین خود را خودران کرده است. بر اساس گزارش سال ۲۰۲۳ از Global Data، تعداد تمام کامیونهای بدون سرنشیان فعال در معادن جهان به ۱۰۳۲ کامیون رسیده که استرالیا با ۴۱ درصد، کانادا با ۱۷ درصد و آمریکا با ۷ درصد در صدر رتبهبندی اتوماسیون سیستم لجستیک معدنیاند.
اتصال از طریق شبکههای اینترنت اشیاء
هوشمندسازی و اتوماسیون عملیات معدن و فعالیتهای کوچک و بزرگ آن تنها در سایه وجود شبکههای متصل از دوربینها و حسگرهای اینترنت اشیاء صنعتی ممکن هستند. برای مثال، کامیونهای بدون سرنشین معدنی از سیستم ارتباطی ۵G بهره میبرند، زیرا نرمافزارهای کنترلی آنها به دریافت بدون درنگ داده وابستهاند، همچنین است دسترسی به GPS برای تشخیص موقعیت این ماشینها در جادهها و تونلهای معدنی.
درواقع اینترنت اشیاء و شبکه متصل حاصل از آن زیرساخت لازم برای اجرای طرحهای دیجیتال بعدی مانند هوشمندسازی، اتوماسیون سیستم حملونقل و یا استفاده از همزادهای دیجیتال است. به همین دلیل، Ariston (شرکت فعال در حوزه هوش بازار) تقریب زده که تنها در مورد فناوری ۵G انتظار میرود ارزش بازار از ۲.۱۵ دلار در ۲۰۲۳ به ۱۲.۷۵ میلیارد دلار در ۲۰۲۹ برسد.
نقش هوش مصنوعی در تحول صنعت معدنکاری
فناوریهای مبتنی بر هوش مصنوعی که از الگوریتمهای یادگیری عمیق و تحلیل داده تأثیر میگیرند، میتوانند حجم بالایی از دادههای جمعآوری شده از عملیات را استخراج و در زمان واقعی تجزیه و تحلیل کنند. این تحلیلها در ادامه به سناریوهایی برای پیشبینی میزان نیاز به تجهیزات، کاهش زمان خرابی و تعمیرات پر هزینه آنها، بهینهسازی عملیات استخراج، هوشمندسازی تجهیزات معدنی و … تبدیل میشوند.
بهبود کارایی سایتهای معدنی با استفاده از هوش مصنوعی
فناوریهای مبتنی بر هوش مصنوعی در حال حاضر بیشتر در عملیات استخراج و برای بهبود دقت برآورد منابع استفاده میشوند. این سیستمها از دادههای زمینشناسی و دادههای مرتبط با استخراجهای قبلی استفاده میکنند تا امکان بهتری برای تخصیص بودجه و منابع و برنامهریزی تولید محصولات معدنی فراهم شود. بخصوص، هوش مصنوعی میتواند سادهسازی را برای فرایندهای معدنکاری به ارمغان آورد، مدیریت داراییها را بهینه و با درنظر گرفتن پارامترهای حفظ محیطزیست اقدام به سناریوسازی برای انجام عملیات کند.
غلبه بر چالش مرتبط با کاهش دسترسی به نیروی انسانی با استعداد
نسل جدید بیشتر از هر پارامتری به میزان نوآور بودن و فناوری-محور بودن عملیات شرکتها اهمیت میدهند. بخصوص، استعدادهای درخشان جذب فضاهایی میشوند که با ترندهای فناوری همراهاند و آنها شرایط لازم برای رشد دیجیتال و بهروز خود را در این شرکتها میبینند. هوش مصنوعی میتواند عملیات را سادهتر کند، کارایی را افزایش دهد و بستر را برای ورود دیگر فناوریها آماده سازد.
شرکتهایی که هوش مصنوعی و دسترسیهای مبتنی بر آن را با عملیات خود سازگار کردهاند، کم کم به مزیت رقابتی منتج از آن پی میبرند. به ویژه، هوش مصنوعی پشتوانه خوبی برای خودکارسازی عملیات و آسیب کمتر دیدن از کمبود نیروی انسانی در عملیات حیاتی معدن است.
معدنکاری هوشمند
معدنکاری هوشمند اصطلاحی است که در چند سال اخیر باب شده و به راهحلهایی اشاره میکند که در آنها برنامههای توسعهای در ادغام فناوریهای پیشرفته و فعالیتهای نوآورانه به دنبال بهبود کارایی، اثربخشی، امنیت و پایداری در معادناند. در معدنکاری هوشمند مدلهای عملیاتی منعطفی حول محورهای دیجیتال مانند هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، رباتیک، اینترنت اشیاء، کلان داده و محاسبات ابری شکل میگیرند.
با پیادهسازی این راهحلهای استخراج هوشمند، شرکتهای معدنی میتوانند فرایندهای تولید را با شناسایی مشکلات قبل از وقوع آنها بهینه کنند. چنین بهبودی از طریق نظارت و تجزیه و تحلیل زمان واقعی دادهها از منابع مختلف در معادن، مانند حسگرهای متصل به ماشینهای حفاری یا کامیونهای حمل سنگ معدن، ممکن میشود.
در معادن هوشمند، عملیات و تجهیزات فعال در آن یک اتصال مجازی، مستمر و قابل کنترل باهم دارند. حتی نیروی انسانی نیز از طریق تجهیزات پوشیدنی دیجیتال در این انسجام مشارکت دارد. در نتیجه، رخدادها به صورت زنجیری و با دلایل قابل ردیابی ثبت میشوند و نیاز به مداخله در کمترین زمان تشخیص و رفع میگردد.
معدنکاری هوشمند سرشار از اتوماسیون تجهیزات و ماشینآلات برای افزایش بهرهوری در عملیات با کاهش خطای ماشین و انسان است. مهمتر اینکه، معادن هوشمند به گونهای طراحی میشوند که همیشه بستر لازم برای جذب سریعتر، کمهزینهتر و موثرتر فناوری و راهحلهای جدید در آنها فراهم باشد.
بخصوص، معادن هوشمند عملیات مختلف خود را متأثر از راهحلهای جدیدی میبینند که از طریق مدلهای کسبوکاری جدید و دسترسیهای بیشتر حاصل از اتخاذ فناوری به وجود میآیند. این راهحلهای نوآورانه برای عبور از معدنکاری سنتی، حل چالشهای زیستمحیطی آن و برداشت بیشتر از میلیاردها تن ذخیره معدنی با گرید پایین حیاتی هستند.
تصویر زیر نرخ پذیرش تجهیزات هوشمند مختلف از جانب شرکتهای معدنی برای خلق معادن هوشمند را نشان میدهد (دادهها مرتبط با پیشبینی Accenture برای سال ۲۰۲۵ هستند)
بهبودهای حاصل از معدنکاری هوشمند
راهحلهای استخراج هوشمند مزایای متعددی ارائه میدهند و نقطه ثقلی در تحول دیجیتال و مستمر معدناند. یکی از مهمترین مزیتهای معدنکاری هوشمند افزایش ایمنی نیروی انسانی در سراسر عملیات معدنی است. با اتوماسیون و نظارت از راهدور، معدنکاران در معرض موقعیتهای خطرناک کمتری قرار میگیرند و آسیبهای جانی کاهش مییابد.
راهحلهای استخراج هوشمند میتوانند با بهینهسازی فرایندها و روند استفاده از تجهیزات دیجیتال، کارایی و بهرهوری را در معادن افزایش دهند. در نتیجه، صرفهجویی بیشتری در هزینهها، انرژی و زمان مورد نیاز برای استخراج نتیجه میشود.
به طور ویژه، اتصال یکپارچه عملیات معدن به عملیات ارزشمند برداشت اطلاعات از فعالیتهای مختلف و مرتبط میانجامد، عملیاتی که باارزشترین دارایی دنیای مدرن یعنی دادههای معدن را برای شرکتها به ارمغان میآورد. این دادهها و تحلیل آنها مبنای تمام مدلهای عملیاتی جدید، ساخت الگوریتمهای هوش مصنوعی و همزادهای دیجیتال هستند.
درنهایت، معدنکاری هوشمند امیدوارکنندهترین راهحل برای بهبود وضعیت زیستمحیطی عملیات معدنی است. با افزایش حجم اعتراضات درباره عملیات معدنی، نظارت هوشمند و رویکردهای مبتنی هوش مصنوعی پتانسیل بسیار خوبی در کاهش ردهپای معدن در تخریب محیطزیست ایجاد کردهاند. با استفاده از کامیونهای خودران مصرف سوخت را میتوان تا ۱۵ درصد کاهش داد، تجهیزات اینترنت اشیاء و نظارت هوشمند باعث کاهش ۱۲ درصدی در مصرف انرژی تجهیزات سنگین معدنی شدهاند، یا فناوریهای واقعیت مجازی که بهبودهای فوقالعادهای در آموزش نیروی انسانی و کاهش خطرات جانی برای آنها فراهم آوردهاند.
چالشهای مرتبط با ایجاد معادن هوشمند
اولین چالش بر سر راه ایجاد یک معدن هوشمند، نیاز به سرمایهگذاری کلان بر روی تجهیزات یکپارچهای است که باید در عملیات و نقاط مختلف معدن نصب شوند. سوئیچ کردن عملیات به انواع کاملا هوشمند به سرمایهگذاری قابل توجه بر روی سیستمهای سختافزاری و نرمافزاری، و آموزش نیروی انسانی برای استفاده موثر از آنها نیاز دارد.
مشکل اساسی بعدی در ایجاد یک معدن هوشمند، مقاومت نیروی انسانی و بخصوص در سطوح مدیریتی برای اتخاذ این راهحلهای دیجیتال است. از دید بسیاری از کارکنان معدن اتوماسیون به معنی حذف آنها از جامعه کارکنان معدنی است؛ به همین دلیل، سازگاری و همکاری نیروی انسانی با تجهیزات هوشمندسازی پایین است. در نتیجه، آموزش و ارتقاء دانش دیجیتال نیروی انسانی باید اولویت عملیات هوشمندسازی باشد.
چالش بعدی مرتبط با سازگاری عملیات و سیستمهای سنتی با انواع مبتنی بر فناوری و باهدف هوشمندسازی است؛ انتقال این سیستمها و مدلهای عملیاتی آنها بسیار چالشبرانگیز و معمولا به شرکتهای مشاور در حوزه دیجیتال نیاز دارد.
همچنین، نگرانیها در مورد هک سیستمهای دیجیتال و نشت اطلاعات در دوران پس از هوشمندسازی بالا میرود و معدن برای مراقبت از داراییهای مجازی خود باید به دنبال اتخاذ رویکردهای قابل اتکا در مقابل ریسکهای سایبری باشد.
معدنکاری هوشمند و استخراج از فضا
در حضور روند کنونی از تکامل فناوری و سیستمهای خودکار در معدنکاری هوشمند، اکنون شرکتهای معدنی به پتانسیلهایی برای ایدههای جاهطلبانهای مانند استخراج فضایی بدل شدهاند. اگرچه هنوز انسان فاصله زیادی برای اجرایی کردن چنین فعالیتهایی دارد، اما اتوماسیون و قابلیتهای معادن هوشمند در ادامه به مرحلهای از استقلال و بهینگی میرسند که امکان چنین استخراجهایی نیز به وجود میآید.
جالب است که سرمایهگذاری و برنامهریزی برای پروژههای استخراج از فضا نیز آغاز شدهاند. برای مثال، دانشگاه کلرادو آمریکا یک شاخه جدید در موضوع معادن فضایی ایجاد کرده و ناسا در تحقیقات خود یک سیارک با ذخایر طلا به ارزش ۷۰۰ کوینتیلیون دلار کشف کرده است. عملیات معدنکاری فضایی ممکن است پتانسیل پیش رو و شاید حیاتی برای استخراج پایدار فلزات کمیاب و مواد معدنی ضروری برای صنایع و جوامع باشند.
شرکت معدنی Asteroid به صورت اختصاصی پروژههایی برای طراحی تجهیزات و مدلهای استخراج از ذخایر فضایی تعریف کرده، مدلهایی که پایه همه آنها داده، هوش مصنوعی و استخراج تمام خودکار است. حتی اگر چنین امکانی هیچ وقت حاصل نشود، این تحقیقات و پرژوههای جاهطلبانه به منبعی با ارزش برای توسعه معادن هوشمند در زمین و افزایش حداکثر بهرهوری بدل خواهند شد. شاید انقلاب صنعتی بعدی انقلابی برای توسعه عملیات صنعتی در محیطی خارج از جو زمین باشد.
جمعبندی
اگرچه معدن همیشه به عنوان یک صنعت سنتی، کند و با عملکردی غیربهینه، بخصوص در مسائل مرتبط با محیطزیست، شناخته میشده، با این حال ۱۰ سال اخیر معدنکاری با ورود همهجانبه تجهیزات دیجیتال و بهبود در بهرهوری و وضعیت ESG همراه بوده است و امیدهای زیادی به بهبود همهجانبه خلق شدهاند.
فناوریهای جدید امکان بیشتری در بازیافت مواد معدنی از باطلههای معدنی فراهم کردهاند، انعطاف بیشتری به معادن در مواجه با روندهای تقاضا و قیمتگذاری در بازار دادهاند و چهره جذابتر و فناور-محوری به معادن دادهاند تا جذب نیروی کار مستعد برای آن راحتتر باشد.
بنابراین، انقلاب صنعتی ۴ برای معدن انقلابی در استراتژی، عبور از سنتیگرایی در عملیات صنعتی و بلوغ دیجیتال در سازماندهی آن بوده است. بازوهای دیجیتالی شده معدن اکنون امکان بیشتری در تأمین نیاز روزافزون به فلزات، افزایش امنیت نیروی انسانی و بهبود وضعیت زیستمحیطی سایتهای معدن دارند.
سوالات متداول
معدنکاری هوشمند چیست؟
منظور از معدنکاری هوشمند استفاده همهجانبه از تجهیزات دیجیتال مانند حسگرهای اینترنت اشیاء، الگوریتمهای هوش مصنوعی، فضای ابری و شبکههای ۵G به منظور افزایش سطح اتوماسیون در فعالیتهای معدن و خودکارسازی عملیات اکتشاف، استخراج و فرآوری است.
اینترنت اشیاء چیست؟
تقریبا هر ماشین و تجهیزاتی که حسگری با قابلیت انتقال اطلاعات داشته باشد جزئی از یک شبکه اینترنت اشیاء به حساب میآید. به ویژه، انتقال داده از حسگر توسط اینترنت انجام میشود و همین دلیل اصلی در نامگذاری این فعالیتهای برداشت و انتقال داده با اصطلاح اینترنت اشیاء است.
هوش مصنوعی چیست؟
هوش مصنوعی علم تبدیل تجهیزات به ماشینهایی با قابلیت تفکر، کم و بیش شبیه انسان، است. به ویژه، هوش مصنوعی به مجموعه گسترده از الگوریتمهای کامپیوتری اشاره دارد که دادههای ورودی را به سناریو و رویکردهایی در فعالیت خودکار ماشین بدل میکنند. دلیل نامگذاری آن با هوش مصنوعی نیز تقلید یک جسم تصنعی از سیستم استدلال و تفکر انسان است.
هوشمندترین معدن جهان کجاست؟
معدن طلای Syama در مالی که توسط شرکت معدنی Resolute Mining اداره میشود از تجهیزات هوشمند زیادی بهره میگیرد و در آیندهای نزدیک به معدنی کاملا هوشمند و با کمترین میزان دخالت عامل انسانی بدل خواهد شد.
