هوشمندسازی در صنعت معدن باعث کاهش هزینه‌ها، صرفه‌جویی در زمان، منابع و ارتقاء بهره‌وری نیروی انسانی فعال در معادن می‌شود. روند هوشمندسازی معادن در جهان رو به افزایش است، با وجود این همچنان درصد بسیار بیشتری از معادن، بخصوص در ایران، از پتانسیل‌های هوشمندسازی بهره چندانی نمی‌برند. اصلی‌ترین چالش‌ در این راه، دستیابی به دانش مورد نیاز برای تشخیص نیازها، تثبیت کارآمدی و اخذ مجوزها و منابع مالی اولیه در امر هوشمندسازی است.

استخراج معدن همیشه یک تجارت سنتی و آنالوگ بوده است؛ به هر حال نماد این صنعت در دنیا، یک چکش است. با وجود این، شرکت‌های عظیم معدنی دنیا موضع‌های ترقی دیجیتالی اتخاذ کرده‌اند و ثابت کرده‌اند که دیجیتالی‌کردن و هوشمندسازی می‌توانند نتایج عملیاتیِ بسیار مطلوب‌تری را ایجاد کنند.

تحت عنوان معدن ۴.۰، برگرفته از انقلاب صنعتی ۴.۰، دیجیتالی‌سازی صنعت معدن در حال گسترش به همه‌ی جنبه‌های استخراج  معدن است. از به‌کارگیری ماشین‌های غول‌پیکر خودکار مخصوص حمل مواد معدنی گرفته تا دریل‌ها، واگن‌های زنجیره تأمین و ربات‌های ناظر، جزو مراحل مختلف هوشمندسازی معادن محسوب می‌شوند.

مقاومت معادن در مقابل تکنولوژی‌های جدید

سیاست داخلی، دانش ناکافی در زمینه‌های مختلف عملیات هوشمندسازی و عدم همکاری بین شرکت‌های معدنی، یکی از موانع اصلی اجرای فعالیت‌های هوشمندسازی و استفاده از تکنولوژی‌های روز در سایت‌های معدنی است. از آنجایی که معادن به‌صورت مستقل و رقابتی فعالیت می‌کنند، هر معدن باید به‌صورت جداگانه نسبت به نیاز به فناوری‌های جدید متقاعد شود.

علاوه بر این، معدن‌داران اعتماد کمی به خدمات رایانش ابری و راه‌حل‌هایی چون استفاده از اینترنت اشیاء در کنترل تجهیزات دارند. دلیل اصلی این امر، نگرانی‌های امنیتی آنها نسبت به داده‌های معدنی است. هک‌شدن سیستم‌های عملیاتی و امنیتی در سال‌های اخیر باعث شده که شرکت‌های بزرگتر اعتماد شکننده‌ای به دنیای دیجیتال داشته باشند؛ از طرفی، شرکت‌های کوچک‌تر هم، بدون در نظر گرفتن فواید دیجیتالی‌شدن، پیرو تصمیمات ابرمعدن‌ها هستند. این موانع باعث شده که بیشتر معادن از رقابت‌های جهانی در این صنعت جا بمانند و با هزینه‌های بیشتری در امور معدن‌کاوی مواجه شوند.

در ادامه به فواید هوشمندسازی و نیاز به پیاده‌سازی آن در صنعت معدن می‌پردازیم. در نهایت نمونه‌هایی موفق از ارتقاء بهره‌وری با استفاده از هوشمندسازی و استفاده از ابزارهای تکنولوژی ارائه می‌گردند.

افزایش کارایی با هوشمندسازی

معدن‌داران کنترل بسیار کمی بر درآمد حاصل از فعالیت‌های معدنی خود دارند. به عنوان مثال، در سال‌های ۲۰۱۴ و ۲۰۱۵، کاهش ۳۰ درصدی قیمت مواد معدنی مختلف، و البته همه‌گیری کرونا و سقوط فاجعه‌بار سهام شرکت‌های معدنی و ارزش مواد معدنی، گویای این امر بوده‌اند. بنابراین، کاهش هزینه‌ها و بهبود بهره‌وری در بخش‌های اصلی هزینه مثل دستمزد، انرژی، مواد و منابع، اهمیت بالایی در پایداری و بهینه‌سازی سازوکار شرکت‌های معدنی دارد.

یکی از بزرگترین دستاوردهای هوشمندسازی معادن، ارتقاء بهره‌وری بوده است. به گزارش Global News Wire، ارزش بازار تکنولوژی‌های هوشمند حوزه معدن به عدد فوق‌العاده ۳۳.۵ میلیارد دلار رسیده است. این رشد شامل، تجهیزات خودکار و شبکه‌های هوشمندی چون اینترنت اشیاء و همزادهای دیجیتال می‌شود.

از دیگر تجهیزات دیجیتالی مورد استفاده در معادن پیشرفته، سیستم‌های ردیابی نیروی کار معدن است. با استفاده از این تجهیزات، سلامت و کارایی افراد به صورت تمام وقت سنجیده می‌شود و نیاز به تغییر یا تعریف فرایندهای جدید بسیار ساده‌تر شده است.

کاهش هزینه‌های عملیاتی

از نظارت بی‌سیم به عنوانی یکی از اصلی‌ترین اهرم‌های تکنولوژی در ارتقاء بهره‌وری صنایع مختلف یاد می‌شود. با استفاده از تولید شبکه‌های اینترنت اشیاء، متشکل از سیستم‌های کنترلی، دستگاه‌ها و ماشین‌های استخراج معدن، می‌توان معدن‌هایی با هزینه‌های عملیاتی بسیار کمتر تأسیس کرد.

معدن‌های هوشمند، معدن‌هایی هستند که تجهیزات آنها از طریق مجموعه‌ای از سنسورها و با استفاده از سیستم پردازش داده‌ای، در قالب یک شبکه بی‌سیم به یکدیگر متصل شده‌اند. چنین سازوکاری باعث کاهش هزینه‌هایی چون هزینه استخدام، آموزش کارکنان و هزینه‌های گزاف برقراری و نگهداری سیستم کابل‌کشی، می‌شود.

علاوه بر کاهش هزینه‌ها، در معدن‌های هوشمند کارکنان احاطه بیشتر و با کیفیت‌تری بر شبکه علمیاتیِ استخراج معدن داشته و قادر خواهند بود پیش‌بینی‌های درستی از وضعیت آتی داشته باشند، بنابراین نیاز به تغییر در سریع‌ترین زمان ممکن شناسایی می‌شود. چنین دسترسی‌ جامعی، باعث کاهش هرچه بیشتر هزینه‌های متناظر با وقایع غیرمنتظره شده و متناظراً نرخ ROI بهتری را برای معدن به ارمغان می‌آورد.

سازگاری سریعتر با تکنولوژی‌های روز

معدن‌های هوشمند، با توجه به سازوکار پیش‌گرفته قبلی، سریعتر و با هزینه کمتری می‌توانند تکنولوژی‌های جدید را وارد فرایندهای مختلف کنند و از دستاوردهای لبه تکنولوژی بیشترین بهره را ببرند. اپراتورهای معدن می‌توانند با نصب سنسورهای بیشتر بر روی تجهیزات و دارایی‌های فیزیکی معدن، سیستم‌های کنترل از راه دوری با جزئیات هرچه تمام‌تر ایجاد کنند.

به‌طور ویژه، هوشمندسازی معادن این امکان را به شرکت‌های فعال در این حوزه می‌دهد که همزادهای دیجیتال را با کمترین هزینه‌ نصب و برنامه‌ریزی کنند. این محصول تکنولوژی به مدیران معدن بهترین تصویر از فرایند پیش‌رو را داده و هدف‌گزاری‌های استراتژیک را برای آنها ساده می‌سازد. یک همزاد دیجیتال، یک شبیه‌ساز از معدن و فعالیت‌های در حال انجام در آن است که با استفاده از شبکه‌های بی‌سیمی از سنسورها و ‌داده‌ها ایجاد می‌شود.

نمونه دیگر از کاربرد این شبکه‌های بی‌سیم، ایجاد شبکه‌ای از ماشین‌های عظیم‌الجثه معدنی خودکار است که فرایندی مشخص را بدون نیاز به مداخله ۱۰۰درصدی اپراتور انسانی و با کنترل از راه دور انجام می‌دهند. به عبارتی، دیجیتالی‌کردنِ یک فعالیت‌ مشخص در معدن، راه را برای دیجیتالی‌کردن بخش‌ها و فعالیت‌های دیگر هموارتر می‌کند.

حفظ امنیت نیروی کار

معادن غالباً در مناطق صعب‌العبور و حادثه‌خیز بنا می‌شوند، زیرا مواد معدنی در این مناطق کشف می‌شوند. حفظ امنیت جانی کارکنان معدن و اشخاصی که در مناطق حاشیه معدن زندگی می‌کنند، همیشه یک دغدغه اساسی در مدیریت و اجرای فرایندهای معدنی بوده است. به‌طور ویژه، کارگرانی که در فعالیت‌های کاوش و انفجار در مناطقی با دسترسی پایین شرکت می‌کنند، بیشتر در معرض رویدادهای ناگهانی و تهدیدات جانی هستند.

هوشمندسازی دارایی‌های سیار مانند کامیون‌ها و استفاده از سیستم‌های هوشمند در بخش کاوش از راه دور، نیاز به حضور انسان‌ها در مناطق حادثه‌خیز را به حداقل ممکن می‌رساند. علاوه بر این، استفاده از هوش مصنوعی و ابزارهایی چون پهبادهای هوشمند، این امکان را به اپراتورهای معدن می‌دهد که حوادثی چون شکستن سد یا تخریب کوه‌ها را پیش‌بینی و از وقوع فجایع متناظر با آنها جلوگیری کنند.

همچنین، ردیاب‌های پوشیدنی و بی‌سیم این امکان را فراهم کرده که در هر لحظه از وضعیت مکانی و حتی سلامت عمومی معدن‌کاران آگاه بوده و در مواقع حادثه با صرف کمترین زمان به کمک آنها شتافت. این تجهیزات قابلیت پیش‌بینی و خبررسانی درباره امکان حادثه در سایت‌های معدن را فراهم کرده‌اند.

نظارت بر دارایی‌های معدن

چنانچه اشاره شد، نظارت بی‌سیم و پیش‌بینی‌های هوشمند، این امکان را فراهم کرده که اپراتورهای معدن از راه‌دور و به‌صورت ۲۴ ساعته بر وضعیت فعالیت‌ها و دارایی‌های معدن اشراف داشته باشند و هرگونه حادثه یا امکان آن را در کمترین زمان ممکن گزارش دهند.

امروزه، جمع‌آوری و پردازش آنی اطلاعات دیجیتالی جایگزین خوانش‌های دستی و پرهزینه در عملیات حیاتی، مانند کنترل فشار و میزان آب ورودی به سایت‌های معدن، شده‌اند. اگر فشار آب منفذی به‌طور ناگهانی افزایش یابد، ممکن است سد در زمان کوتاهی مقاومت خود را از دست بدهد و بشکند. با خوانش‌های دستی، چنین وضعیت‌هایی را تنها می‌توان هر چند وقت یکبار گزارش داد. به این‌ معنی که، وجود مشکلی با این سطح از اهمیت می‌تواند در بازه زمانی حیاتی ناشناخته بماند و منجر به وقوع حادثه شود.

با استفاده از گزارش‌های دیجیتال و آنی، اپراتورها می‌توانند به‌طور مداوم سطوح فشار آب ورودی و خروجی را نظارت کنند و ظرفیت‌های کنترلی جدید را برای سیستم‌های منفذی سد تعریف کنند. از این طریق، حوادث قریب‌الوقوع به سرعت شناسایی می‌شوند و اقدامات پیش‌گیرانه برای آنها اتخاذ می‌گردد.

اطمینان از ماندگاری طولانی مدت دارایی‌های حیاتی

نصب و نگهداری بیشتر تجهیزات مرتبط با هوشمندسازی معادن مثل حسگر‌های بی‌سیم و ردیاب‌های GPS، بسیار آسان و کم‌هزینه است. به عنوان مثال، واحدهای ضبط داده‌های سیستم نظارت بی‌سیم، از نظر میزان مصرف انرژی، در طبقه‌بندی ” فوق‌العاده کم مصرف” قرار می‌گیرند؛ باتری‌های این تجهیزات معادل یک باتری ماشین هستند، با این حال قابلیت بهره‌وری مداوم ۵۰ روزه را دارند.

عمر طولانی این سیستم‌ها به معنی عدم نیاز به تعمیر و تعویض آنها در فاصله‌های زمانی کوتاه است. این تجهیزات چنان طراحی شده‌اند که در فضاهای خشن محیطی با همان سطح بهره‌وری فعالیت کنند. در نتیجه، تجهیزات هوشمندسازی، هم ماندگاری طولانی دارند و هم صرفه‌جویی خوبی در زمان و هزینه را به ارمغان می‌آورند.

ارتقاء سطح امنیتی داده‌های معدن

محافظت از داده‌های معدنی یکی از مهمترین اهداف شرکت‌های معدنی است؛ بخصوص در هنگام بروز حادثه، باید در زمان کوتاهی حجم زیادی از اطلاعات را نجات داد. دیجیتالی‌کردن فرایندهای استخراج معدن، خطراتی چون ورود هکرها به سیستم و کنترل عملیات را به همراه دارد. با وجود این، شرکت‌هایی که زیرساخت‌های دیجیتالی‌شدن را فراهم می‌کنند، تضمین‌های قابل‌قبولی در قبال حفظ امنیت سیستم ارائه می‌دهند.

حسگرهای معدن به صورت هوشمند و با کمک اپراتورهای معدن نظارت می‌شوند و دسترسی به آنها بسیار سخت است، بخصوص در محیط‌های معدنی که امکان دسترسی بسیار محدود است. علاوه بر این، شرکت‌های فعال در حوزه هوشمندسازی، به معادن این امکان را می‌دهند که سرورهای مستقل و داخلی برای جمع‌آوری و ذخیره داده‌ها ایجاد کنند که فقط به شبکه داخلی معدن وصل هستند.

آمارهای متناظر با هوشمندسازی معادن

اهمیت صنایع معدنی غیرقابل انکار بوده و تقریباً ۴۵ درصد فعالیت‌های اقتصادی دنیا در حوزه‌های مرتبط با صنایع معدنی است. در واقع، اگر نگاهی به اطرافمان بیاندازیم، تقریباً هرآنچه می‌یابیم به گونه‌ای نیازمند فعالیت‌های معدنی است. تنها در سال ۲۰۱۹، ۷۰ میلیارد دلار در بخش توسعه معادن سرمایه‌گذاری شده و در نتیجه، نیاز به ارتقاء کارایی و بهره‌وری این صنعت غیرقابل چشم‌پوشی است.

انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۷ اندازه بازار صنایع متناظر با هوشمندسازی معادن به رقم ۲۴ میلیارد دلار برسد، رقمی که در سال ۲۰۱۹ برابر با ۹ میلیارد دلار بود و در سال ۲۰۲۰، ۱۶ درصد رشد داشت. در حال حاضر، بیشتر از ۴۴ درصد شرکت‌های معدنی در این حوزه، به دنبال افزایش سرمایه‌گذاری در بخش هوشمندسازی مجموعه‌های معدنی خود هستند.

از سال ۲۰۱۰، ۲۵ درصد شرکت‌های معدنی سرمایه‌گذاری در بخش تکنولوژی مورد استفاده خود را دوبرابر کرده‌اند، از این میان ۹۳ درصد از نتیجه حاصل رضایت کامل داشته‌اند. همچنین ۹۰ درصد شرکت‌های معدنی بر این باورند که ترکیب تکنولوژی با فعالیت‌های معدنی باعث ارتقاء چشم‌گیر بهره‌وری و کارایی راندمان شرکت‌های آنها می‌شود.

دیجیتالی‌کردن باعث شده است که نرخ وقوع حوادث جدی در سایت‌های معدن ۲۴ درصد کاهش یابد. در بخش انرژی، شاهد کاهش ۵ تا ۱۵ درصدی در مصرف انرژی بوده‌ایم. همچنین، هزینه‌های حمل و نقل تا سقف ۱۵ درصد پتانسیل کاهش دارند. انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۵، تکنولوژی باعث صرفه‌جویی ۳۷۳ میلیارد دلاری در صنعت معدن شود.

نمونه‌های موفق هوشمندسازی در صنعت معدن

اثبات کارایی تکنولوژی هرگز کار آسانی نبوده است، بخصوص در صنایع سنتی‌ مثل صنعت معدن.  بر اساس گفته‌های مدیر بخش استخراج سنگ آهن شرکت Rio Tinto، هوشمندسازی این شرکت بیشتر از آنچه پیش‌بینی شده بود هزینه‌بر بود و زمان بیشتری صرف انجام آن شد. به گفته او، شرکت‌ها باید ابتدا فرایند‌ها و فعالیت‌های اجرایی خود را بهینه‌ کنند، سپس به امر هوشمندسازی آنها بپردازند.

استفاده از هوش‌ مصنوعی در کاهش هزینه‌ها در Rio Tinto

شرکت معدنی Rio Tinto یکی از بزرگترین شرکت‌های فعال در حوزه معدن و از پیشگامان فعالیت‌های دیجیتالی‌کردن و بهره‌گیری از علم رباتیک در صنعت معدن است. این شرکت یک دهه دگرگونی دیجیتالی را در عملیات معدن‌کاویPilbara  استرالیا تجربه کرده است و میلیاردها دلار را صرف خرید و تجهیز ماشین‌های خودران، استفاده از پهبادها، دریل‌های خودکار و قطارهای صنعتی بدون سرنشین کرده است.

علاوه بر این، Rio Tinto سرمایه‌گذاری‌های متناظری را در اتوماسیون فرایند رباتیک (RPA) انجام داده است تا فعالیت‌های پشتیبانی مانند پرکردن فرم‌ها و ورود داده‌ها را با کارایی بالاتری انجام دهد. با استفاده از نرم‌افزار RPA، در این شرکت درخواست‌های تعمیر و نگهداری، برنامه‌ریزی امور روزانه، سفارش، یادگیری و توسعه، امور مالی و سایر خدمات مورد نیاز یک شرکت معدنی به شکل کاراتی انجام می‌گیرد. با استفاده از چنین فناوری‌ای، Rio Tinto توانسته سالانه بیشتر از ۲۰۰ میلیون دلار در هزینه‌ها صرفه‌جویی کند.

شرکت Anglo American

شرکت Anglo American، با همکاری شرکت توسعه تکنولوژی Aspen، سیستم پیش‌بینی قابل اعتمادی را در معدن Orapa خود فعال کرده که کمک شایانی به بهینه‌سازی فعالیت خردکردن سنگ‌ها و اجتناب از صدمات جانی و مالی متناظر با این فعالیت معدنی کرده است.

با استفاده از این سامانه، تغییرات نامنظم و حادثه‌ساز در رفتار ماشین‌ها ماه‌ها قبل از بروز حادثه پیش‌بینی شدند. با گزارش به موقع این سامانه و اقدامات لازم شرکت، شرکت میلیون‌ها دلار در هزینه‌های ممکن صرفه‌جویی کرد.

ربات‌ها کمتر خطا می‌کنند، خسته نمی‌شوند و می‌توانند ۲۴ ساعته کار کنند. همچنین، سازگاری سریعتری با افزایش و کاهش مقیاس در فعالیت‌های معدنی دارند. به گفته مدیر شرکت Aspen، بیشتر از ۶۳ درصد از کل تعمیرات و فرایندهای نگهداری، قابل اجتناب هستند. زمانی که شرکت‌های معدنی به فناوری‌های هوشمند تعمیر و نگهداری و پیش‌بینی‌های آنها اعتماد کردند، می‌توانند بازه‌های تعمیر و نگهداری را بزرگتر کنند، زیرا نرم‌افزار دقیقا به آنها می‌گوید که چه زمانی نیاز به مداخله هست.

از دیگر فعالیت‌های هوشمندسازی شرکت Anglo American، بهره‌گیری از سیستم تحلیلیِ شرکت تکنولوژی محور Celonis  است. این سیستم، با دریافت الگوریتم‌های عملی و چارت‌های ساختاریِ فعالیت‌های استخراج معدن، نقاط قوت و ضعیف فرایندها را می‌یابد و برای بهبود بهره‌وری، پیشنهاداتی به کاربر می‌دهد.

BHP غول جهانی استخراج معدن

شرکت BHP قدرتمندترین شرکت فعال در حوزه استخراج معدن است. این شرکت پیشران مسیر هوشمندسازی فعالیت‌های معدنی است. تنها در دو سال گذشته، بالغ بر ۶۰ دریل خودکار در معادن مختلف شرکت نصب شده‌اند که بیشتر فعالیت‌های آنها توسط هوش مصنوعی کنترل و اجرا می‌شود.

 

 

جمع‌بندی

برای دوام در دنیای تکنولوژی محور امروز و همراهی با صنایع دیگر در مسیر انقلاب دیجیتال، شرکت‌های معدنی نیازمند اتخاذ تغییرات بنیادی در سیستم مدیریتی و اجرایی خود هستند. با وجود اینکه بیشتر شرکت‌ها معدنی بیشتر تلاش خود را بر روی راه‌حل‌های نقطه‌ای متمرکز کرده‌اند، دست‌کم گرفتن موانع داخل-سازمانی و بوروکراسی‌ها بیشترین آسیب را در مسیر ارتقاء بهره‌وری به شرکت‌های معدنی وارد کرده است. تحولی که دیجیتالی‌کردن و هوشمندسازی در صنایع معدنی ایجاد می‌کند عیان است؛ مانع اصلی در مسیر هوشمندسازی معادن درک محدود از تاثیرات تحول دیجیتال در این صنایع است.

 

 

کلمات کلیدی:

هوشمندسازی – صنعت معدن – بهره‌وری – ارتقاء بهره‌وری – صنعت معدن – دیجیتالی‌سازی – دیجیتالی‌کردن – همزاد دیجیتال – معادن – رباتیک – هوش مصنوعی – استخراج معدن