قبل از اینکه هر ماده معدنی استخراج شود، یک شرکت معدنی از انواع مختلف تکنولوژی و تحلیل کلاندادهها درروند عملیاتی خود استفاده میکند. اینترنت اشیاء پلی بین دستگاهها، حسگرهای محیطی و اطلاعات درون و بیرون از معدن برای کنترل و تعریف استراتژیهای مدیریت، کاوش و استخراج بهینه مواد معدنی است. اما اینترنت اشیاء چیست، چگونه بر فرایندهای معدنی تأثیر میگذارد و مزایا و معایب آن شامل چه مواردی هستند؟
اینترنت اشیاء یا اینترنت اشیاء صنعتی چیست؟
اینترنت اشیاء (IOT) نمونهای از فناوری است که در قالب یک شبکه سراسری متشکل از دستگاهها یا ماشینها، تعاملی بین اجزای فناوری یک سیستم عملیاتی ایجاد میکند. اینترنت اشیاء انقلابی در فناوری محسوب میشود که بر همه حوزههای کاربردی ازجمله شهر هوشمند، خانه هوشمند، کشاورزی، خودرو، مراقبتها بهداشتی، تولید صنعتی و حملونقل تأثیر میگذارد. تخمین زده میشود که تا پایان سال ۲۰۲۵ بالغبر ۳۰ میلیارد شیء هوشمند به اینترنت وصل خواهند شد.
متناظر با پیشرفتهای صورت گرفته در فناوری اینترنت اشیاء، صنایع مختلف در حال به چالش کشیدن فرآیندهای تولید خود و ایجاد پتانسیل خلق نوآوری در سیستمهای عملیاتی در مقیاسهایی بیسابقه هستند. اینترنت اشیاء، موجودیتهای فیزیکی را با استفاده از حسگرها، توان پردازشی، نرمافزارها و سایر فناوریها به یکدیگر متصل میکنند. بنابراین، در کانون تعریف اینترنت اشیاء برای هر صنعت، دو مؤلفه اینترنت قابلاطمینان و امن، و حسگرهای دریافت کننده و منتقلکننده داده قرار دارند.
اینترنت اشیاء صنعتی
اینترنت اشیاء صنعتی (IIOT)، بهعنوان کاربرد اینترنت اشیاء در صنعت، بخشی از مفهوم و جریان انقلاب صنعتی ۴ است که بر ایده دیجیتالیشدن و اتصال همه واحدهای تولیدی، با ترکیب نقاط قوت رویکردهای سنتی، تأکید دارد. بهبیاندیگر، اینترنت اشیاء صنعتی ترکیبی از فناوری اطلاعات (IT) و فناوریهای عملیاتی (OT) است (فلوچارت زیر را ملاحظه کنید).
با تأکیدی فزاینده بر ارتباط ماشین با ماشین، کلانداده و یادگیری ماشین، اینترنت اشیاء صنعتی به صنایع مختلف چون معدن این امکان را میدهد که فعالیتهای استراتژیک و عملیاتی خود را بهشکلی کاراتر و با اطمینان بیشتری درروند اجرایی، انجام دهند. همگرایی IT و OT به یکپارچهسازی سیستم، به مفهوم خودکارسازی و بهینهسازی فعالیتها، و ارائه دیدی بهتر از زنجیره تأمین و لجستیک، کمک شایانی میکند.
آنچه مشخص است، قابلیتهای فوقالعاده فناوری اینترنت اشیاء صنعتی در صنایع مختلف و نیاز صنایع به ادغام آن با استراتژیهای کوتاه و بلندمدت خود است. بااینحال، صنایعی چون استخراج معدن، بخصوص در کشورهای در حال پیشرفت، چنانکه باید از پتانسیلهای این فناوری بهره نمیبرند. در ادامه دیدی روشنتر از فواید استفاده از فناوری اینترنت اشیاء صنعتی در معادن را ارائه میدهیم و به چالشهای موجود در مسیر پیادهسازی آن میپردازیم.
اینترنت اشیاء در استخراج معدن
با رشد روزافزون جمعیت زمین، فشارها بر صنایع معدنی نیز افرایش یافته است. از جهتهای اصلی این فشارها میتوان به کاهش شدید نیروی انسانی ماهر برای فعالیتهای معدنی، کاهش ارزش کالاها و نوسانهای شدید در بازارهای جهانی، و سرعت کند اقتصاد جهانی نام برد. صنعت معدن، یکی از پرریسکترین و چالشبرانگیزترین شغلهای جهان را تعریف میکند. تمام این موارد، نیاز شدید برای استفاده از فناوری و برونرفت از وضعیتهای کنونی را توجیه میکنند. در قلب این فناوریهای نجات، مفهوم اینترنت اشیاء قرار دارد.
اینترنت اشیاء پیشنهادهای زیادی برای اعمال تغییرات مثبت ایجاد کرده و پتانسیلهای نفوذ فناوری به صنعت معدن را تا سرحد امکان بارور میکند. حسگرهای پیشرفته و فناوریهای پوشیدنی حجم عظیمی از دادههای محیطی را تولید میکنند که با پردازش و تحلیل آنها، سیستمهای مدیریتی هوشمند پیشنهادهای راهگشایی را برای خروج معادن از فشارهای موجود ارائه میدهند.
اینترنت اشیاء آینده شرکتهای معدنی است
فناوری اینترنت اشیاء بسیار همهگیر شده است، چراکه در مقابل قیمتهای پایین پیادهسازی آن، کارایی و بازگشت سرمایه فوقالعادهای دارد. اجزای موردنیاز برای پیادهسازی شبکه اینترنت اشیاء در معادن عبارتاند از:
- حسگرهای پیشرفته
- محاسبات لبه
- شبکههای اتصالی مختلف درون سازمان معدن
- پلتفرمهای فناوری اخیر و تحلیل کلاندادهها
- نرمافزارهای شبیهسازی و تجسم فیزیکی
- علم داده
اینترنت اشیاء میتواند کمک فراوانی به کاهش حجم باطلههای معدنی کند، دقت فعالیتهای استخراج معدن را بهشدت بالا ببرد، سیستم اطلاعرسانی لحظهای ایجاد کند، سناریوهای تصمیمگیری خرد و کلان تولید کند و بهطور ویژه، خودکارسازی دستگاهها و خودروهای معدنی را ممکن کند.
علاوهبراین، این فناوری میتواند پاسخی باشد به یکی از چالشبرانگیزترین واقعیتهای معدن، خطرهای جانی که معدن کاران با آنها دستوپنجه نرم میکنند. با استفاده از فناوریهای پوشیدنی و سیستمهای ردیابی آنی، امنیتی حداکثری برای باارزشترین منابع صنعت معدن تأمین میشود.
بازار استفاده از فناوری اینترنت اشیاء در معادن
تا سال ۲۰۱۸ تعداد تجهیزات مورداستفاده در معادن که به یک سیستم اینترنت اشیاء وصل بودند کمتر از ۰.۶ میلیون شیء بود. پیشبینی میشود این تعداد تا سال ۲۰۲۳ به بیش از ۱.۲ میلیون شیء برسد. بر اساس این تحقیق، معادنی که از این فناوری استفاده کرده بودند، به میزان ۱.۷۶ درصد در هزینههای خود صرفهجویی داشتند. انتظار میرود این مقدار صرفهجویی تا سال ۲۰۲۳ به ۱۶.۰۲ درصد برسد.
فواید استفاده از اینترنت اشیاء در معادن
استفاده از فناوری اینترنت اشیاء باعث تسریع در فعالیتهای معدنی و ارتقاء سطح کیفی و دقت آنها میشود. با استفاده از دادههایی که بهصورت لحظهای واقعیتهای موجود در عملیات و محیط معدن را جمعآوری میکنند، تجزیهوتحلیل شرایط بهصورت لحظهای انجام میشود و تصمیمات در نقاط بهینهای از زمان اتخاذ میگردند. در ادامه، مزیتهای اصلی استفاده از اینترنت اشیاء در صنعت معدن را توضیح میدهیم.
بهبود ایمنی در طول عملیات معدنی
حسگرهای نصبشده نقصها و ناپایداریهای موجود در اجزای ماشینی، محیطی و انسانی را سریعاً تشخیص و به مراکز پردازش گزارش میدهند. درنتیجه، سیستمهای عیبیاب قبل از بروز حوادث فاجعهبار امکان وقوع آنها را پیشبینی میکنند و تصمیمهای لازم را پیشنهاد میدهند. سیستمهای عیبیاب سنتی هرگز چنین توانایی تحلیل و چابکی را ندارند.
علاوهبراین، ماشینهای خودکار و مجهز به اینترنت اشیاء مانند خودروهای معدنی، دستگاههای حفاری و رباتهای انفجار، دادههای مهمی را در مورد سایتهای استخراج ارائه میدهند که قابلیت انجام عملیات معدنی بهینه و امن را برای شرکتها ممکن میسازند.
فرایندهای خودکار در استخراج معدن
هنگامیکه وسایل نقلیه و تجهیزات، و البته انسانها، بهشکل یک شبکه منسجم فعالیت میکنند، دادههای معنادار بیشتر جمعآوری میشوند و در زمان تحلیل، نرخ دقت در تصمیمگیری نهایی را بالا میبرند. این فناوری به شرکتهای معدنی این امکان را میدهد که دادهها را فیلتر کنند و بخشهای مهم را با دقت بیشتری بررسی کنند. بنابراین، اینترنت اشیاء بستر موردنیاز برای برنامهریزی هوشمند را تأمین میکند.
الگوریتمهای هوشمند دادههای حاصل از شبکه اینترنت اشیاء را برای تعریف فعالیتهای خودکار معدنی به کار میگیرند. بهطور دقیقتر، خودکارسازی به یک انسجام و ارتباط کلی بین اجزای عملیات نیاز دارد، قابلیتهایی که بدون وجود و استفاده از اینترنت اشیاء در سایتهای معدنی، امکانپذیر نخواهد بود.
تجزیهوتحلیل دقیق برای رویکردهای پیشگیرانه
به لطف پیشبینیهای مبتنی بر دادههای حاصل از شبکه اینترنت اشیاء، شرکتهای معدنی تصمیمات متعادل و آگاهانهای اتخاذ میکنند. حسگرها بر همهچیز نظارت دارند، سیستمهای یکپارچه مبتنی بر اینترنت اشیاء ارتباطات باز را در محیط معدنی تضمین میکنند و درنهایت، سناریوهای سازنده و بهینه ایجاد میشوند.
داشتن یک سیستم هوشیار و یکپارچه این امکان را فراهم میکند که در هرلحظه بر دستگاههای حیاتی معدن نظارت کافی وجود داشته باشد. ازاینطریق، نیاز به تعمیر و بازبینی دستگاههای معدن سریعاً تشخیص داده میشود و از ساییدگی و پارگیهای مکرر جلوگیری میشود. چنین عملیات هوشمندی، امکان بروز خطر را کاهش میدهد، خرابیها را به حداقل میرساند و در هزینهها صرفهجویی میکند.
بازدهی بالاتر و صرفهجویی در انرژی
یک سیستم مبتنی بر اینترنت اشیاء با اقدامات ایمن و بهینه در استخراج، کارایی بهتری را تضمین میکند. چنین سیستمی رشدی کلی را در علمیات یکپارچه معدن تأمین میکند، رشدی که در آن کارکنان و ماشینها با هارمونی مطلوبی، هر بخش از عملیات را به پایان میرسانند. چنین انطباق و سازگاری لحظهای با شرایط، انعطافپذیری موردنیاز برای این صنعت چالشبرانگیز، استفاده بهینه از انرژی و بودجه را ممکن خواهد کرد.
به لطف فناوری اینترنت اشیاء، شرکتهای معدنی در سراسر جهان با کاهش صدمات جانی و مالی، شکایات کارکنان، کاهش خطاهای انسانی و ماشینی و …، همراه شدهاند. وقتی هزینهها کاهش مییابند، انرژی کمتری هدر میرود و استخراجی حداکثری صورت میگیرد، درنتیجه بازدهی شرکت افزایش یافته و کلیت اقتصاد آن کشور با رشد همراه خواهد شد.
معادن یکی از پرمصرفترین بخشهای صنعت هستند که فشارهای زیادی از جانب سازمانهای محیطزیستی و بشری آنها را هدف قرار دادهاند. استفاده از فناوری اینترنت اشیاء و دستاوردهای متناظر با آن، میتواند نقشی حیاتی در کاهش این فشارها و مشارکت معادن در کاهش مصرف سوخت و کاهش آلایندههایی چون دیاکسید کربن داشته باشد.
صرفهجویی در زمان
در مسئله ایجاد و نگهداری سایتهای معدنی، اینترنت اشیاء نقشی حیاتی را بازی میکند. دادههایی که در مرحله امکانسنجی جمعآوری میشوند، کارآمدی عملیات و میزان ذخایر موجود را پیشبینی میکنند. چنین پیشپردازشی، از خسارات حاصل از حفاریهای بیثمر و با درصد بازدهی پایین پیشگیری میکند.
در حال حاضر شرکتهای معدنی بزرگی در دنیا از خودروهای خودکار در سیستم زنجیره تأمین خود استفاده میکنند که صرفهجویی کلانی را در زمان ایجاد کردهاند. همچنین، دستگاههای حفاری خودکار میتوانند ساعتها و روزها بدون دخالت انسان فعالیت کنند. چنین قابلیتهایی این امکان را فراهم میآورند که سایتهای معدنی در زمانهای بسیار کمتری کشف، ایجاد و استخراج شوند.
قابلیتهایی که با اینترنت اشیاء فراهم میشوند
فناوریهای مجهز به اینترنت اشیاء بهسرعت در حال پیشرفت هستند و آینده معادن و صنایع دیگر هرگز شبیه گذشته و اکنون خود نخواهد بود. ماهیت اصلی اینترنت اشیاء در دریافت دادهها، تجزیهوتحلیل دادهها و شبکه اینترنت اشیاء بین اجزای معدن نهفته است. در این بخش به قابلیتهایی میپردازیم که اینترنت اشیاء در اختیار معادن قرار دادهاند.
تجهیزات خودکار معدنی
ماشینهای خودکار و کامیونهای خودران، از کیلومترها دورتر از منطقه عملیاتی خودکنترل میشوند و تنها ارتباط انسانی آنها در بستر اینترنت است. این تجهیزات خودکار میتوانند مسیرهای معدنی را تشخیص دهند و از تمام موانع موجود بر سر راه خود بدون ایجاد هرگونه ریسکی عبور کنند. ازجمله تجهیزات خودکار موارد زیر قابلتوجهاند:
- قطارهای خودران برای حمل سنگ معدن
- بولدوزرهای کنترل از راه دور
- بیلهای مکانیکی خودکار
- دریلهای خودکار
- رباتهای انفجار
تجهیزات پوشیدنی نیز نقطه عطفی در تعریف استانداردهای جدید در ایمنی محیط کار بودهاند که در قالب شبکه اینترنت اشیاء مورداستفاده قرار میگیرند. با استفاده از این تجهیزات، امکان ایجاد ارتباط، آگاهی از محیط فعالیت معدنکار، واکنش سریع در زمان بروز حادثه، بررسی وضعیت سلامت کارکنان بهصورت لحظهای و …، فراهمشده است.
حسگرهای مکانی
حسگرهای اینترنت اشیاء باقابلیت استفاده از GPS، رادار و فناوریهای مکانیابی RF، امکان برخورد خودروهای خودکار را به حداقل رساندهاند و تعیین مکانهایی عملیاتی را با بالاترین دقت ممکن فراهم کردهاند.
سیستمهای تهویه هوشمند
این سیستمها از کلیدیترین اجزای شبکه اینترنت اشیاء هستند که بالاترین سطح هوشیاری و دقت محاسباتی را نیازمندند. با استفاده از این سیستمهای تشخیص وضعیت تهویه سایت معدنی، نیاز به انتقال اکسیژن و جایگزینی هوای نامطبوع با حجم تازه، تشخیص و فرایندهای موردنیاز انجام میپذیرد. بهطور ویژه، معادن زیرزمینی احتیاجی حیاتی به این تجهیزات دارند و شرکتهای بزرگ سرمایهگذاریهای کلانی بر روی این بایست معدنی داشتهاند.
حسگرهای تجهیزات برای پیشبینی زمان تعمیر
از کلیدیترین فعالیتهای معدن، تعمیر تجهیزات معدنی است. کوچکترین اختلال در دستگاههای تهویه هوا، حملونقل مواد معدنی، دریلهای حفاری یا تجهیزات پوشیدنی میتواند فاجعهبار باشد. اینترنت اشیاء این امکان را فراهم کرده است که تجهیزات معدن در هرلحظه بررسی شوند و نیاز به تعمیر یا از رده خارج کردن دستگاه تشخیص و گزارش داده شود.
قابلیتهای مدیریت و ردیابی ناوگان
فناوریهای اینترنت اشیاء و اتصال ۵G این امکان را فراهم کردهاند که ناوگانهای زنجیره تأمین معادن از راه دور و با دقت هرچهتمامتر کنترل شوند. چنین ردیابی و نظارتهای هوشمند، میزان سرقت از معادن و ورودهای غیرقانونی را به حداقل رساندهاند. بهعنوانمثال، شرکت Essar، یک شرکت استخراج سنگآهن، با ردیابی ۳۷۰۰ خودروی خود در قالب یک شبکه اینترنت اشیاء، هرساله ۵ درصد از نیازش به تعمیر و نگهداری کاسته و میزان مصرف سوخت را ۱۰ درصد کاهش داده است.
نرمافزارهای تجسمی
استخراج معدن یک فعالیت هزینهبر است و اشتباهات کوچک در آن جریمههای سنگینی برای معدن داران به همراه دارند. با استفاده از دادههای همهجانبهای که شبکه اینترنت اشیاء فراهم میکند، همزادهای دیجیتال این امکان را به صنایع معدنی میدهند که قبل از انجام هرگونه عملیات پرهزینه معدنی، امکانسنجی و شبیهسازیهای ممکن را انجام دهند و متناظر با مطلوبیت ممکن اقدام به سرمایهگذاری و ایجاد سایت معدن کنند.
چالشهای موجود در استفاده از اینترنت اشیاء در معادن
شکی نیست که اینترنت اشیاء در مرحله تکاملی خود است و صنعت معدن آمادگی پذیرش این فناوری نوآورانه در جهت بهبود کیفیت عملیات معدنی را دارد. اما در کنار مزایا و فرصتهای متعدد، چالشهایی متناظر با بهکارگیری اینترنت اشیاء وجود دارد که شرکتهای معدنی باید ابتدا از پس آنها برآیند.
چالش اتصال در یک شبکه ارتباطی بیسیم
ایجاد یک شبکه بیسیم پایدار، اصلیترین چالش در ایجاد شبکهای هوشمند بین اجزای تشکیلدهنده سایت معدنی است. بهعنوان نمونه، ممکن است اجزای خاصی از شبکه دچار اختلال شوند و در انسجام شبکه مشکل ایجاد کنند. همچنین، بعضی از حسگرها، قبل از ارسال داده، نیاز به پردازشهای اولیه داده دارند که خود سبب ایجاد اختلال زمانی در شبکه اینترنت اشیاء میشود. چنین اختلالهایی گاهی به اختلال سراسری و ازکارافتادن کلیت سیستم میانجامند.
امنیت سایبری
بااتصال هرچه بیشتر تجهیزات به شبکه اینترنت اشیاء، سیستم در مقابل هک و تخریب عامدانه آسیبپذیرتر میشود. چنین چالشی هزینههای ایجاد امنیت را تا سطوح قابلتوجهی افزایش میدهد. پس از حمله سایبری سال ۲۰۱۶ در گلدکورپ، ذهنیت پیشین درباره عدم وجود حملات سایبری باهدف معادن، کاملاً تغییر کرد. درنتیجه این حمله، ۱۰ شرکت بزرگ معدنی در سال ۲۰۱۷ بنیادی را تحت عنوان MM-ISAC تأسیس کردند که وظیفه تحلیل امنیتی و پشتیبانی از اطلاعات معادن را بر عهده دارد.
مشکل اینترنت در نقاط دوردست
چنانکه عنوان شد، ایجاد اینترنت اشیاء باقابلیت بالا نیازمند بهرهگیری از اتصال ۵G است. بااینوجود، نقاطی که معادن در آنها ایجاد میشوند معمولاً آنتندهیهای بسیار ضعیفی دارند و تأمین اینترنت موردنیاز بسیار دشوار است.
علاوهبراین، وجود مواد معدنی در اعماق پایینتر زمین، نیاز به حفاریها چندصدمتری و حتی بیشتر را ایجاب میکند. متأسفانه، ایجاد شبکه اینترنت اشیاء در چنین عمقهایی تقریباً غیرممکن است.
مثالهایی از استفاده از اینترنت اشیاء توسط شرکتهای معدنی
فواید | توضیحات | بازه زمانی | همکار فناوری | شرکت معدنی |
با استفاده از دادههای آنی، سناریوها بهصورت لحظهای و در زمان واقعی تولید، آزمایش و اجرا میشوند. | این پروژه اولین معدن تمامخودکار جهان است که در غرب استرالیا واقعشده است. در این معدن، تمام فرایندها و ماشینآلات با استفاده از ماشینهای خودکار و هوش مصنوعی کنترل میشوند. معدن در سال ۲۰۲۱ اولین استخراج خود را انجام داده است. | شروع: سال ۲۰۱۹ | چندین شرکت ازجمله Caterpillar AutoHaul | Rio Tinto, Koodaideri پروژه سنگآهن در غرب استرالیا |
از زمان عملیاتی شدن، زمانهای تعمیر و ازکارافتادگی تجهیزات بهشدت کاهشیافته است. | این معدن از فناوری تجهیزات سیار برای مدیریت زمان نگهداری و تعمیر تجهیزات و ماشینهای معدن استفاده میکند. با استفاده از این سیستم هوشمند، خطاها و نیاز به تعمیر در لحظه تشخیص داده میشود و برای رفع آن تصمیم گرفته میشود. | سال ۲۰۱۸ | Newtrax | شرکت Hecla پروژه براردی در کانادا |
از این پروژه برای ارتقاء کلی بهرهوری شرکت استفاده شد. | با همکاری شرکتهای Newtrax و Sandvik دادههای حاصل از فعالیتهایی چون حفاری، حمل سنگ معدن، خودروهای معدنی و سایر تجهیزات ردگیری و در تصمیمگیریها به کار گرفته شد. | اجرا: سال ۲۰۱۸ | Newtrax | معدن روی در Sindesar Khurd هند |
با استفاده از این دادهها، Glencore اشراف بیشتری به فرایندهای خود پیدا کرد. علاوهبراین، شرکت افزایشی ۹ درصدی در میزان برداشتهای خود گزارش کرده است. | شرکت Newtrax با استفاده از فناوری اینترنت اشیاء، اطلاعات همهجانبهای درباره فعالیتهای این معدن استخراج کرد. | اجرا: سال ۲۰۱۶ | Newtrax | معدن روی Glencore کانادا |
جمعبندی:
صنایع معدنی مجموعهای از پراسترسترین فعالیتهای موجود در دنیا را مدیریت میکنند. برای فائق آمدن بر چالشهای روز و ایجاد استراتژیهای بهینه در آینده غنیشده با فناوری، صنایع معدنی راهی بهجز استفاده از فناوریهای روز چون اینترنت اشیاء در رویکردهای خود ندارند.
اینترنت اشیاء فناوری نوظهوری است که بهسرعت در حال گسترش در صنایع مختلف است. چنان به نظر میرسد که صنعت معدن هنوز به آن آستانه شتابگیری در استفاده همهجانبه از این فناوری نرسیده است. بهطور ویژه، ایران ازجمله کشورهایی است که در مراحل اولیه انطباق با این فناوری است. بهطور ویژه، صنعت معدن کشور شدیداً از این واقعیت لازم عقبمانده است و نیاز به استفاده از اینترنت اشیاء در معادن کشور بیشتر از هرزمانی احساس میشود.
کلمات کلیدی:
اینترنت اشیاء – اینترنت اشیاء صنعتی – فناوری – شرکتهای معدنی – معادن – صنعت معدن –