بعد از خیزش کند و جا ماندن از فناوری‌های روز، امروز صنعت معدن آماده ایجاد تحولی بنیادی در تمام ارکان خود است.
در این مسیر تحول، هوشمندسازی و آنچه ” استخراج هوشمند ” خوانده می‌شود و اصول توسعه پایدار در سایت های معدنی و هسته تحول و آینده صنعت معدن را تعریف می‌کنند.
پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۲۵، مدرنیزاسیون صنعت معدن، امکان مانور و بازار محصولات این صنعت را قدرتی سه برابری بخشد. در کانون این هوشمندسازی اهدافی چون دیجیتالی کردن فرایندها، افزایش کارایی و حرکت در مسیر توسعه پایدار قرار دارند.
استخراج هوشمند فراتر از دیجیتالی کردن اجزای معدن است؛ منظور از استخراج هوشمند تحولی همه‌جانبه از اجزاء و تجهیزات معدنی گرفته تا تفکر سازمانی و برنامه‌ریزی در سایت‌های معدن است. در چنین تحولی، نیروی کار ماهر، منابع و سرمایه‌گذاری هدفمند و کافی و همراهی ذی‌نفعان صنعت، نقشی کلیدی در تحقق اهداف این تحول هوشمند دارند.
تقریباً تمام نوآوری‌ها و فناوری‌های جدید در صنایع مختلف با یک هدف طراحی و عملیاتی می‌شوند؛ توسعه پایدار در کانون تمام انگیزه‌های خلق ابزارها و بهینه‌سازی فرایندها قرار دارد.
مفهوم توسعه پایدار
ایده اصلی در توسعه پایدار این است که نیازهای نسل کنونی به‌گونه‌ای تأمین شوند که نسل آینده نیز فرصت تأمین نیازهای خود را داشته باشد. برای ایجاد چنین فرصتی در آینده، برآورده کردن نیازهای کنونی باید هم‌ارز با عبور از چالش‌های اجتماعی، اقتصادی و زیست‌محیطی به بهترین نحو ممکن باشد.
منشأ سیاست‌های توسعه پایدار اجلاس سال ۲۰۱۲ سران کشورهای عضو سازمان ملل در برزیل بود؛ جایی که اهداف توسعه پایدار (SDG) برای اولین بار تعریف و بازه‌های زمانی مختلفی برای دستیابی به آن‌ها تعیین شدند. در میان این اهداف، پایان دادن به فقر مضاعف، کاهش مرگ‌ومیر کودکان، کاهش گازهای گلخانه‌ای ازطرف صنایع مختلف و محافظت از محیط‌زیست اهمیت بالایی داشتند.
در سال‌ها بعد هدف‌گذاری‌های دقیق‌تر و بلندمدت‌تری شکل گرفتند. درنهایت، ۱۷ هدف اصلی به‌عنوان بایست‌های توسعه پایدار تعریف شدند.
| پایان دادن به فقر | بدون گرسنگی | تحصیلات باکیفیت | برابری جنسیتی | آب آشامیدنی سالم | سلامت جسمانی |
| انرژی ارزان و پاک | شغل مناسب و رشد اقتصادی | بهبود وضعیت صنایع، نوآوری و زیرساخت‌ها | کاهش نابرابری‌های | شهرها و جوامع پایدار | مصرف و تولید مسئولانه |
| اقدامات اقلیمی | محافظت از زندگی در زیر آب | زندگی و زمین | صلح، عدالت و نهاد قدرتمند | همکاری برای رسیدن به اهداف |
در بخش‌های بعد به نقش صنایع معدنی در تحقق برخی از این اهداف اشاره می‌کنیم.
انرژی ارزان و پاک
یکی از اصلی‌ترین شاخص‌های تعیین‌کننده سلامت اجتماعی، دسترسی آن‌ها به انرژی پاک، قابل‌اتکا و ارزان است. اگرچه دسترسی به انرژی برق در سال‌های اخیر بهبودیافته، اما همچنان ۷۸۹ میلیون انسان به آن دسترسی ندارند. هم‌زمان با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی، نیاز به تولید بیشتر و کشف منابع جدید نیز بیشتر احساس می‌شود.
بنا بر گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، سهم منابع انرژی تجدیدپذیر از کل انرژی مصرفی جهان در سال ۲۰۱۸، در حدود ۱۳.۵ درصد بوده است. بنابراین، نیاز به ساخت نیروگاه‌ها و زیرساخت‌های موردنیاز این بخش از تولید انرژی، بیشتر از هرزمانی احساس می‌شود.
صنایع معدنی اولین و شاخص‌ترین منابع تولید مواد اولیه موردنیاز برای نیروگاه‌های تولید انرژی تجدیدپذیر هستند. انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۵، میزان تقاضا برای مواد معدنی موردنیاز برای تحقق اهداف توسعه پایدار در بخش انرژی، ۵۰۰ درصد افزایش یابد.
از طرفی، شرکت‌های معدنی باید نیم‌نگاهی هم به شیو‌ه‌های استخراج و کاهش مصرف انرژی خود داشته باشند تا اهداف دیگر در توسعه پایدار را با اختلال مواجه نکنند. ارتقاء بهره‌وری و استفاده از فناوری‌های جدید در این راه، اصلی‌ترین نیازها و ابزارهای صنایع معدنی هستند.
شغل مناسب و رشد اقتصادی
یکی از مهم‌ترین اهداف در توسعه پایدار، کشف و تولید شغل‌های بیشتر با حقوق مناسب در آینده است. رابطه بسیار نزدیکی بین افزایش منابع انرژی پاک و تولید شغل‌های جدید وجود دارد. در کانون این رشد شغلی و اقتصادی، فعالیت‌های معدنی و افزایش تولید در سایت‌های معدنی قرار دارند.
استخراج هوشمند می‌تواند نقشی کلیدی در تحقق این هدف داشته باشد. افزایش فعالیت‌های دیجیتالی کردن و استفاده از روش‌های خودکار و نیمه‌خودکار در معادن منجر به کشف و استخراج منابع بیشتر می‌شود و هم‌زمان اهداف دیگری چون محافظت از محیط‌زیست را نیز تحقق می‌بخشد.
از طرفی، افزایش تقاضا باعث توسعه معادن کنونی و ظهور سایت‌ها و شرکت‌های معدنی جدید می‌شود. به‌ویژه، ایجاد معادن کوچک در مناطق مختلف جهان، دسترسی افراد بومی را به شغل‌های مناسب ممکن می‌کند و رشد اقتصادی آن مناطق را محقق خواهد کرد.
بااین‌حال، فعالیت شرکت‌های کوچک معدنی همیشه چالشی در بهینه‌سازی تولید و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای بوده است. یکی از اصلی‌ترین چالش‌ها و البته اهداف در صنعت معدن، هوشمندسازی شرکت‌های کوچک و تعریف پروتکل‌های بین‌المللی با محوریت استفاده حداکثری از فناوری‌های جدید در این‌گونه معادن است.
بهبود وضعیت صنایع، نوآوری و زیرساخت‌ها
یکی از کلیدی‌ترین محورها در رشد اقتصادی پایدار استفاده از فرایندها و فناوری‌های جدید و نوآورانه است. چنین استفاده‌ای تنها به‌منظور افزایش در تولید نیست بلکه هدف اصلی ارتقاء سطح بهره‌وری ابزارها، نیروی انسانی و سرمایه نیز هست.
استخراج هوشمند یک هم‌افزایی بین دیجیتالی کردن و خودکارسازی فعالیت‌هاست. درواقع، مهم‌ترین محصول نوآوری و فناوری‌های جدید در صنعت معدن، سایت‌های هوشمند هستند. سایت‌هایی که در آن‌ها، از مرحله اکتشاف تا تولید و انتقال، اجزای فناوری و رویکردهای نوین در تولید، مثل تولید ناب، مشارکت دارند.
تولید و مصرف مسئولانه
این هدف ارتباط بسیار تنگاتنگی با فعالیت‌های معدنی دارد. بخصوص، اصلی‌ترین چالش زیست‌محیطی در فعالیت‌های معدنی، تولید باطله‌ها و رهاسازی آن‌ها در محیط است. هدف‌گذاری جهانی برای کاهش میزان باطله‌های مختلف برای سال ۲۰۳۰، ۱۲.۴ درصد است.
اگر معادن بخواهند تقاضای روبه افزایش را پاسخ دهند، و برنامه‌ای برای مدیریت باطله‌های خود نداشته باشند، با سیلی از باطله‌های معدنی مواجه می‌شوند که می‌تواند هر آنچه صنعت معدن به‌عنوان ارزش‌های ESG به آن‌ها دست‌یافته را تخریب کنند.
یکی از اصلی‌ترین فعالیت‌ها در سال‌های اخیر، انتشار گزارش‌های متناظر با میزان انتشار و نحوه مدیریت زباله‌ها در سایت‌های معدنی است. اعلان عمومی این گزارش‌ها از جانب شرکت‌های معدنی، نیاز به پاسخگویی و یافتن راه‌های نوین در مدیریت چالش‌ها را مبرم ساخته‌اند. در این هدف نیز، استخراج هوشمند می‌تواند با به‌کارگیری ابزارهایی چون همزادهای دیجیتال، کمک شایانی به شرکت‌های معدنی در کاهش و مدیریت باطله‌های معدنی کند.
اقدامات اقلیمی
بر طبق گزارش انجمن جهانی هواشناسی (WMS)، پنج سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۹، گرم‌ترین سال‌های ثبت‌شده در تاریخ فعالیت این نهاد بوده‌اند. از سال ۱۹۹۰، میزان انتشار CO2 تقریباً ۵۰ درصد افزایش‌یافته است. با توجه به اینکه پیامدهای تغییرات اقلیمی روز‌به‌روز نمایان‌تر شدن هستند، نیاز به اقدامات فوری در تمام بخش‌های صنعت انکارناپذیر است.
در این شاخص نیز، معدن نقشی کلیدی را ایفا می‌کند. از طرفی، شرکت‌های معدن در کانون انتقاد قرار دارند چراکه تأثیرات فعالیت‌های آن‌ها بر اقلیم کشورها غیرقابل‌انکار است. از طرف دیگر، برای بهبود وضعیت کنونی، نیاز به مواد معدنی و فعالیت بیشتر شرکت‌های معدنی انکارناپذیر است. بنابراین، شرکت‌های معدنی نیاز به مدیریت توازن در تحقق شاخص‌های اقلیمی و برآورده کردن حجم بالای تقاضای آتی دارند.
منظور از استخراج هوشمند چیست؟
استخراج هوشمند مجموعه‌ای از فرایندها و فناوری‌هایی است که مسیر شرکت‌های معدنی را برای افزایش بهره‌وری و امنیت در سایت‌های معدنی هموار می‌کنند. فناوری‌هایی چون حسگرهای هوا، رادارهای نفوذ به اعماق، نظارت هوشمند، اینترنت اشیاء صنعتی و تحلیل‌های پیشگیرانه پایه‌های این تحرک تاریخی در صنعت معدن را تشکیل می‌دهند.
برای مثال، فناوری ۵G اتصال بی‌سیم قدرتمند و ایمن را در دستگاه‌های مورداستفاده در سایت معدن امکان‌پذیر می‌کند. داده‌های استخراج‌شده از رصدهای مختلف از وضعیت دستگاه‌ها، عملکرد نیروی کار، میزان و سطح استخراج، وضعیت زمین معدن و …، همه اجزای شبکه‌ای هستند که عملیات معدنی را وارد دنیای صنعت ۴.۰ می‌کنند. این داده‌ها، کلان داده‌های معدنی، بعدها و با استفاده از روش‌های مدل‌سازی ریاضی برای پیش‌بینی حالت‌های آتی از عملیات مختلف استفاده می‌شوند.
تفاوت اصلی استخراج هوشمند با استخراج سنتی چیست؟
استخراج هوشمند از اتصال سلولی خصوصی، محاسبات لبه و حسگرهای اینترنت اشیاء برای تبدیل داده‌های سایت به مدل‌ها، سناریوها و بهره‌وری استفاده می‌کند. برای مثال، حسگرهای هوشمند در سراسر اجزای معدن زیرزمینی مستقر می‌شوند تا انتشار گازهای سمی را در لحظه شناسایی و گزارش دهند و امنیت را به ارمغان آورند.
در یک معدن هوشمند، داده‌ها در لحظه جمع‌آوری می‌شوند، در لحظه تحلیل می‌شوند و درنهایت، تصمیم‌گیری ترکیبی از انتخاب هوشمند و تصمیم انسانی است. در معدن سنتی داده‌ها به‌کندی جمع‌آوری می‌شوند، خطای انسانی یک معضل اصلی بوده و تصمیم‌گیری نهایی یک انتخاب تجربی است.
مزایای استخراج هوشمند
در معادن هوشمند پلی بسیار کوتاه بین استخراج داده‌های معدنی و شبکه کنترل و تصمیم‌گیری وجود دارد. محاسبات لبه‌ای همان پل کوتاه است که رشد را با سرعت ادغام می‌کند. در ادامه برخی از مزایای معادن هوشمند را در مقابل انواع سنتی توضیح می‌دهیم.
ارتقاء سطح امنیت کارکنان
استخراج از معدن همیشه فعالیت خطرناکی بوده است؛ در استخراج هوشمند ماشین‌ها یک‌قدم پیش روی می‌کنند تا موقعیت نیروی کار انسانی امن‌تر باشد. در چنین سناریویی، معادن زیرزمینی و سطحی به یک‌میزان ایمن می‌شوند.
برای مثال، حسگرهای لرزه‌نگاری امکان تقریب تهدیدات زمین‌لرزه‌ای را به قسمت حفاظت معدن می‌دهند. بنابراین، زمان بیشتری برای تخلیه سایت‌های معدن، بخصوص انواع زیرزمینی، وجود خواهد داشت. علاوه بر این، ارتباطات بین نیروی انسانی بسیار تقویت‌شده و کارکنان نقاط کور کمتری را ازنظر ارتباطات تجربه می‌کنند.
کاهش هزینه‌ها
با استفاده از سیستم ارتباطی سریع، عملیات خودکار در سراسر فعالیت‌های معدنی ممکن می‌شود. از طریق خودکارسازی، هزاران ساعت کار صرفه‌جویی شده و میزان هزینه شرکت در امور تعمیر و نگهداری نیز به‌شدت کاهش خواهد یافت. برای مثال، خودکارسازی یک دستگاه حفر زیرزمینی می‌تواند سالانه تا ۲۰۰۰ ساعت کار صرفه‌جویی را نتیجه دهد.
محاسبه متریک‌هایی چون دمای محیط، میزان روغن موردنیاز هرکدام از عملیات، حدود استخراج و نیاز به نگهداری دستگاه‌ها را می‌توان با نظارت هوشمند و ۲۴ ساعته ممکن ساخت. درنهایت، آنچه تصمیم‌گیری نامیده می‌شود، برآورد سیستم‌های هوشمند از وضعیت کنونی، با تحلیل داده‌های کلان معدنی، و پیش‌بینی آینده هر فعالیت معدنی است.
تشخیص توده‌های سنگ معدن
دنیای ۵ سال آینده معدن، دنیای دسترسی به آخرین ذخایر معدنی در نقاط اکتشاف نشده است. روند کنونی در کاهش نگران‌کننده گرید سنگ‌های معدنی اولین دلیل در نگرانی برای کشف ذخایر جدید است. استفاده از داده‌های راداری گامی مهم در دانش معدنی برای امکان‌سنجی سایت‌های جدید با کمترین اعداد سرمایه‌گذاری اولیه و تحقیقاتی است.
امنیت اطلاعات
امنیت اطلاعات همچنان که بهبودی محصول فناوری است، معضلی متأثر از آن نیز هست. اطلاعات معدن ازجمله مهم‌ترین دارایی‌های معدنی هستند که در معرض تهدیدات سایبری قرار دارند. تست‌های نفوذ، پلتفرم‌های ابری و بلاک‌چین محصولاتی از دنیای فناوری هستند که نگهداری ایمن از داده‌ها در معادن هوشمند را تضمین می‌کنند.
۴ استراتژی هوشمند در مسیر تحقق سیاست‌های استخراج هوشمند
بخش تولید سال‌ها است که هوشمندسازی اجزای خود را شروع کرده است. در این مسیر، آزمون‌وخطاهای زیادی توسط شرکت‌ها انجام‌شده، آزمون‌هایی که نتایج آن می‌توانند نقشه راهی برای شرکت‌های معدنی باشند. به‌ویژه، ۴ استراتژی هوشمندی که در ادامه معرفی می‌شوند، ۴ ستون اصلی در هوشمند سازی صنایع پیشرو بوده‌اند.
۱- تولید ناب
تولید ناب به مجموعه‌ای از ابزارها، فرایندها و سناریوهای حرفه‌ای اطلاق می‌شود که باهدف کاهش اتلاف در چرخه تولید، و به‌طور هم‌زمان افزایش بهره‌وری، به کار گرفته می‌شوند. منظور از اتلاف به تولید عناصر در تمام مراحل اجرایی از تولید گفته می‌شود که باعث ارزش‌آفرینی و رضایت مشتری نمی‌شوند.
برای استفاده از ساختار تولید ناب در معدن، تمام زنجیره ارزش آن، از مرحله اکتشاف و برنامه‌ریزی تا حفاری، فرآوری و انتقال، باید موردتوجه قرار گیرند. یکی از اصلی‌ترین محورها در تولید ناب، دسترسی اجزای معدن به اطلاعات به‌روز و قابل‌اتکا است.
۲- فناوری همزاد دیجیتال
فناوری همزاد دیجیتال مدل‌های مجازی پویا و دقیقی از سایت‌های معدنی، منابع و فرایندها (شامل سرمایه‌های انسانی و ماشین‌ها) تولید می‌کند. این مدل‌ها، امکان تحلیل، آزمودن شرایط و فرایندها و ایجاد تغییرات به‌موقع را فراهم می‌کنند. چنین رویکردی در تصمیم‌گیری، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و ریسک‌های دیگری چون آسیب دیدن کارکنان، هدر رفت سرمایه و ESG را مدیریت می‌کند.
علاوه بر این، همزاد دیجیتال را می‌توان به‌عنوان یک پلتفرم پویا در جریان فعالیت‌های معدنی به کار گرفت. بخصوص، بااتصال آن به شبکه داده‌های حاصل از حسگرهای اینترنت اشیاء، مدیریت بهینه‌تر و پاسخگویی سریع‌تری به چالش‌ها نتیجه می‌شود.
۳- داده‌های یکپارچه و متمرکز
شرکت‌های معدنی باید فرایندهای فعال خود از سایت معدنی تا نقطه بارگیری را ردگیری کنند. جمع‌آوری اطلاعات این زنجیره ارزش، باعث اتخاذ تصمیم‌های معتبر و افزایش بهره‌وری کلی می‌شود. برای انجام این یکپارچگی در اجزای زنجیره ارزش، معادن باید تمام داده‌ها را در قالبی یکپارچه و در نقطه‌ای متمرکز گرد هم آورند. با تمرکز داده‌ها، امکان کنترل، محافظت و انتقال سریع‌تر اطلاعات به تیم‌های مختلف ممکن می‌شود.
مزایای یکپارچه‌سازی داده‌ها در معدن
- مدیریت داده‌های بخش تولید: داده‌های متمرکز و معتبر از تولید، تمام شاخص‌های سنجش عملکرد شرکت در استخراج، فرآوری و حمل‌ونقل را فراهم می‌کنند.
- تجزیه‌وتحلیل واریانس: شناسایی سریع انحراف‌ها در تولید را می‌توان با استفاده از تجزیه‌وتحلیل واریانس ممکن ساخت. با این دانش تحلیلی، معادن می‌توانند کمبودهای کمی و کیفی در محصولات خود را از زاویه دقیق‌تر و علمی‌تری بررسی کنند.
- کنترل عملیاتی: تعریف سفارش‌های کاری تا سطوح پایینی چون شیفت‌های کاری، باعث ایجاد کارایی بیشتر و کاهش نقص در اجرای عملیات مختلف در معدن می‌شود.
- عملکرد و نگهداری تجهیزات: با فراهم کردن داده‌های جزئی و کلان از عملکرد و وضعیت فیزیکی تجهیزات معدنی، امکان نگهداری و تعمیر به‌موقع حاصل می‌شود تا سطح کارایی آن‌ها در بالاترین نقطه حفظ شود.
۴- استفاده از فناوری ابری
هر نوع برنامه‌ریزی برای انتقال دیجیتال سایت‌های معدنی باید شامل استفاده شرکت از فناوری ابری باشد. ابرها خدمات اینترنتی هستند که امکان ذخیره و پردازش داده‌های معدنی، بدون نیاز به وجود تجهیزات فیزیکی در سایت، را فراهم می‌کنند.
با استفاده از فناوری ابری، هزینه نگهداری شبکه‌ها و سرورهای شرکت به‌شدت پایین می‌آید، امکان استفاده از نرم‌افزارهای روز با هزینه کمتری ممکن می‌شود و امنیت سایبری شرکت به شکل مطلوب‌تری تأمین می‌گردد.
جمع‌بندی :
فعالیت معدنی همیشه با تداخل و تخریب محیط‌زیست همراه است. در مناطق مختلف ایران، روندی تصاعدی در استفاده از معادن و ادعای مالکیت از سوی اشخاص حقیقی و حقوقی زیادی در حال شکل‌گیری است. در چنین شرایطی، اصلی‌ترین چالش پیش روی سازمان‌های نظارتی و شرکت‌های معدنی، ارتقاء بهره‌وری، کاهش صدمات به محیط‌زیست و جوامع اطراف معادن است. فناوری، به‌عنوان ابزاری که عملکرد بهینه آن در صنایع مختلف آزموده شده است، اصلی‌ترین اهرم برای صنعت معدن در برخورد با چالش‌های جدید است.
استخراج هوشمند اصطلاحی است که در سال‌های اخیر در همه فعالیت‌های فناوری محور معدنی به گوش می‌خورد. چهارچوبی که این رویکرد برای فعالیت‌های معدنی تعریف می‌کند مجموعه‌ای از مهارت‌ها، ابزارهای فناوری و مدیریت نوین برای هدایت در تراکم چالش‌های یک دهه آینده در صنعت معدن است.
درنهایت، تولید ناب، همزادهای دیجیتال، یکپارچه‌سازی داده‌ها و استفاده از خدمات ابری، عناصری کلیدی در تحول دیجیتال سایت‌های معدنی هستند؛ عناصری که در فرایند دیجیتالی شدن و حرکت صنعت معدن به سمت تولیدی بهینه و تحقق اصول توسعه پایدار، اهرم‌های انکارناپذیرند.
کلمات کلیدی:
توسعه پایدار – فناوری – نوآوری – استخراج هوشمند – دیجیتالی کردن – فناوری‌های معدنی – سایت‌های معدنی – صنعت معدن – بهره‌وری
منابع :
