تجربه جهاني معدن‌‌‌کاري ديجيتال
تاریخ انتشار : 1401/04/05
دنياي‌اقتصاد : داده و فضاي ديجيتال با سرعت بالايي در حال تغيير شيوه‌‌‌هاي توليد صنعتي است. افزايش ابعاد و مقياس فعاليت‌‌‌هاي صنعتي، کاهش ضريب خطا و افزايش دقت ساخت، افزايش ايمني و تنزل دادن هزينه مهم‌ترين نتايجي است که با انقلاب ديجيتال در بخش صنعت و معدن ظاهر خواهد شد. در بخش معدن نيز مهم‌ترين نتايج اين رويه بهبود کارآيي است. در دو تجربه موفق معدن‌‌‌کاري هوشمند در چين و استراليا، پس از تغيير روال فعاليت معدني از شيوه مکانيزه به شيوه هوشمند، ابعاد عمليات، دقت آنها، حجم توليد و هزينه توليد با تغييراتي جدي روبه‌‌‌رو شد.
در ايران اما معدن‌‌‌کاري هوشمند عنوان پرطمطراقي است که کمتر کسي درباره ابعاد دقيق آن حرف مي‌‌‌زند. ايمني بيشتر، کاهش هزينه استخراج و نوآوري سه‌فايده بزرگ پيوستن به روند معدن‌‌‌کاري هوشمند است. مطالعه تجربيات کشورهايي نظير چين، استراليا، ايالات‌متحده آمريکا و کانادا در مسير هوشمندسازي معادن و معدن‌‌‌کاري هوشمند نشان مي‌دهد که گذار از مدل قديمي مديريت معدن به شيوه هوشمند، محتاج تحول در بخش استخراج و توسعه زيرساخت‌‌‌هاي آي‌‌‌تي و آي‌‌‌سي‌‌‌تي است. در واقع کانون هوشمندسازي بخش معدن، حوزه استخراج است. در فرآيندهاي جديد استخراج نسبت به فرآيندهاي قديمي، نخستين مساله‌اي که تغيير مي‌کند، نگاه به اطلاعات و داده است. مساله دوم مفهوم خودران و هدايت «مستقل از انسان» است که طي سال‌هاي اخير خود را در ادوات و تجهيزات و فرآيندهاي جديد نشان داده است. سومين مساله نيز فناوري است که در همه زمينه‌ها، شيوه و ابعاد استخراج را تغيير داده است. با وجود اين، خريد فناوري جديد به معني موفقيت قطعي در هوشمندسازي استخراج نيست. در موارد بسياري در چهار گوشه جهان، شرکت‌هاي بزرگ با خريد قطعات، ادوات و دستگاه‌‌‌هايي که انعطاف‌‌‌پذيري پاييني دارند، زيان بالايي را از محل هوشمندسازي معدن‌‌‌کاري متحمل مي‌‌‌شوند. يادآوري اين نکته ضروري است که هوشمندسازي معادن و معدن‌‌‌کاري هوشمند بايد در نهايت خطرات استخراج را کاهش داده و تسلط معدن‌‌‌کاران بر محيط معدن را با حداقل هزينه افزايش دهد.
بررسي‌‌‌هاي بيشتر نشان مي‌دهد که گذار ايران از حالت کنوني معدن‌‌‌کاري به فرآيندهاي هوشمند محتاج تغيير يک‌چيز است و آن تحول روش‌هاي مکانيزه به چارچوب اتوماسيون است که اين مقوله محتاج بسط فناوري‌‌‌هاي نسل چهار در همه انواع دوربين، سنسور، نرم‌‌‌افزارها و سخت‌‌‌افزارهاي آن است. در اين چارچوب جديد اساسا ايمني بالاتر، دقت بيشتر و حضور انسان کمرنگ‌‌‌تر است و در عوض ايده‌‌‌هاي افراد خلاق و ادوات طراحي‌شده براي اقدامات مختلف درون معدن، محور کار قرار مي‌گيرد. اين رويه که فرصت‌‌‌هاي بزرگي براي توسعه پيش‌روي کشور قرار مي‌گيرد، سال‌هاست معادن زغالسنگ چين و نيز برخي از معادن آهن، طلا، مس و آلومينيوم را در استراليا، ايالات‌متحده آمريکا، کانادا و بخش‌‌‌هايي از آفريقا دگرگون کرده است. استخراج بدون سرنشين از مهم‌ترين رويه‌‌‌هايي است که در معادن اين کشورها محور کار بوده است. در عين حال، ابرداده‌‌‌هاي زمين‌‌‌شناسي با بالا بردن دقت در استخراج و اکتشاف، توانسته زمينه را براي استفاده از فناوري حفاري سريع هوشمند، روبات‌‌‌هاي گشت‌‌‌زن، روبات‌‌‌هاي معدن‌‌‌کار، سيستم‌هاي مديريت معدن مبتني بر ناوبري و توسعه بازوهاي استخراج ايجاد کند.
قلب تپنده اين تغييرات، اينترنت نسل چهار و پنج است که امکان مي‌دهد در سطح وسيعي از فضاي معدن، امکان استفاده از فناوري‌‌‌هاي مبتني بر ابرداده، هوش مصنوعي، فضاي ابري، اينترنت‌اشيا، يادگيري ماشيني و واقعيت افزوده فراهم شود. اوج کار نيز جايي است که برخي از معادن به مدلي با عنوان «برآورد، پيش‌بيني و کنترل» رسيده‌‌‌اند که طي آن با به‌‌‌روزرساني پيوسته داده‌‌‌هاي واقعي و ارزيابي هوشمند محيط، شرايط براي پايش و توسعه هوشمند محيط فراهم مي‌شود. دقت اين سيستم‌ها حين کاوش و استخراج در حدي است که به‌دقت لايه‌‌‌هاي مختلف مواد معدني را شناسايي و استخراج مي‌کنند. در کنار دقت بالا، بهبود کيفيت حفاظت از محيط‌زيست در معادن نيز حاصل مي‌‌‌شد. در فقره تحول معادل زغالسنگ استان شانژي چين، استفاده از مدل هوش مصنوعي مغز معادن (Mine Brain) کمک کرد تا سطح آلودگي محيط‌زيست حين استخراج کاهش يابد. در يکي از بزرگ‌ترين معادن اين استان که معدن‌‌‌کاران در نتيجه برخورد مستقيم با مقوله استخراج در معرض انواع اثرات استخراج قرار گرفته و مشکلات بسياري براي کارگران پيش آمده بود، استفاده از مدل پنج‌عمقي معدن‌‌‌کاري هوشمند کمک کرد تا بخش زيادي از مشکلات رفع شود. اين پنج‌مرحله شامل اثر ديجيتالي‌شدن و هوشمندسازي معادن در بخش‌‌‌هاي تونل‌زني، استخراج، حمل‌ونقل، امنيت و نجات است که محيط معدن را به‌شدت راحت‌‌‌تر و ايمن‌‌‌تر از قبل ساخته و کارآيي را نيز به‌شدت افزايش داده است.
در مناطق مورد اشاره در چين، هرچند حتي براي نقل و انتقال مواد استخراجي راه‌‌‌هايي در نظر گرفته شده تا مواد معدن روي زمين نريزد و به محيط‌زيست ضربه نزند، اما حذف کل اثرات منفي معدن‌‌‌کاري بر طبيعت فعلا ناممکن است. از آن سو اما برنامه حذف کامل مرگ‌ومير در بخش معدن در دستور کار چيني‌‌‌ها قرار دارد و شرکت‌هاي بزرگ و فناوري نظير هوآوي هم در اين قبيل پروژه‌‌‌ها دخالت دارند تا در دو افق زماني ۲۰۲۵ و ۲۰۳۰ مسير تحول معدن‌‌‌کاري در چين به عصر ديجيتال و هوشمند را فراهم سازند.
مرور برنامه‌‌‌هاي کشورهاي مختلف در بخش معدن‌‌‌کاري هوشمند گوياي اين نکته است که اين فرآيند بايد در نهايت به تحقق دو هدف بينجامد؛ نخست تبديل محيط کار معدن به محيطي امن و مناسب و ديگري، اثربخشي بيشتر اقدامات به طوري که توليد با سودآوري پايدار همراه باشد.
سودآوري پايدار يعني در کنار کاهش هزينه و رشد درآمد، محيط، نيروي انساني و فعاليت با تحولات همسو باشند و به شکلي معقول، رشد کنند.
با هدف ايجاد ايمني در محيط کار معدن، فناوري روي سه‌بعد ناامني معدن‌‌‌کار متمرکز شده‌‌‌اند. اشيا، ادوات و تجهيزات ناايمن، رفتارهاي ناايمن و مديريت ناامن سه‌رکن ناامن کردن معادن در جهان هستند. براي نمونه نداشتن حفاظ‌‌‌هاي مناسب صورت در بين معدن‌‌‌کاران يا وابستگي پايش و هدايت ادوات و تجهيزات به چشم انسان ايمني افراد حاضر در محيط معدن را به‌شدت کم کرده است. در عين حال، نظم و انضباط اندک کارگران و فقدان نظارت درست بر رفتار آنها يا نحوه کار ماشين‌‌‌آلات تجهيزات، خطا را به جزء جدانشدني معدن‌‌‌کاري مکانيزه تبديل کرده است. در واقع ديگر مساله مهم، تنگناهاي ناشي از فقدان اتوماسيون در درون معادن است که باعث ايجاد نقاط کور نظارتي مي‌شود. در عين حال، فقدان هوش مصنوعي ادراکي و هوشمند، تعيين ايمن يا ناايمن بودن فضاي کار، شناسايي تخلفات کارگران يا تجزيه و تحليل وضعيت ماشين‌‌‌آلات را به پديده‌‌‌اي دشوار تبديل مي‌کند. همه اينها در کنار روحيات خاص جوانان امروزي که تمايلي به کار در معادن ندارند، موجب شده تا به‌ويژه به دليل مسائل ايمني، کمبود نيروي کار در اين بخش رو به افزايش باشد.
از آنجا که انسان در زمينه انجام امور تکراري با خطاهاي فاحشي روبه‌روست و هوش مصنوعي در کارهاي تکراري برتري دارد، در معادن پيوستن به فرآيندهاي هوشمند، افراد را از کار سنتي رها مي‌کند. از اين رو براي توليد ايمن در معادن، هوش مصنوعي اهرمي است که با گسترش دامنه اتوماسيون و عميق کردن قابليت‌‌‌هاي هوشمند معدن‌‌‌کاري به‌شدت به تحول بخش معدن ياري مي‌‌‌رساند. به‌رغم برخي خلأهاي جدي در مسير هوشمندسازي معادن در ايران، اين کار حتي در مغولستان هم اجرايي شده و فضا را براي استفاده از تکنولوژي، کاهش هزينه و بهبود توليد معدني فراهم کرده است. حذف هزينه‌‌‌هاي زائد توليد مکانيزه و ايجاد امکاني براي گسترش مقياس توليد از جمله نتايج معدن‌‌‌کاري ديجيتال است. در اين مسير، تکنولوژي هدايت خودکار يا حمل‌ونقل خودران يکي از کانون‌‌‌هاي تحول است.
امروزه عموم گزارش‌‌‌هاي راهبردي تاييد مي‌کنند که رانندگي خودران با سطح بالاي ايمني و کارآيي، پيش از هر بخش ديگر ارزش تجاري خود را در حوزه معدن نشان مي‌دهد. استدلال نيز اين است که در حين اجراي خودکار عمليات توسط ماشين‌‌‌ها، بسياري از وسايل نقليه مکانيکي مانند کاميون‌‌‌هاي معدني و دامپ‌‌‌تراک‌‌‌ها، بيل‌‌‌هاي مکانيکي يا بولدوزرها مي‌‌‌توانند با هم کار کنند. در گذشته، يک راننده از کاميون خود در معدن مراقبت مي‌‌‌کرد، اما اکنون يک فرمانده واحد مي‌‌‌تواند از کل گروه کاميون‌‌‌ها و ادوات مراقبت کند. در صورت بروز خطا يا خطر نيز فرمانده مي‌‌‌تواند وسيله نقليه را از مرکز کنترل و به صورت از راه دور به منطقه امن هدايت کند و هشدارهايي را براي خودروهاي مجاور ارسال کند.
در همين راستا نيز چين در بخش معدن، دستيابي به تصميم‌گيري هوشمند و عمليات مشترک خودکار را تا سال ۲۰۲۵ در معادن بزرگ زغالسنگ و معادني که در آن بلاياي شديد در گذشته رخ داده، به‌عنوان هدف کليدي خود تعيين کرده است. به موجب اين چارچوب قرار است در دنياي جديد نقش‌‌‌هاي کليدي در معادن را روبات‌‌‌ها بر عهده بگيرند و تعداد کمي از کارگران واقعي مجبور به کار زيرزميني باشند. البته هدف بلندمدت چين، ساختن سيستم هوشمند معدني با قابليت سنجش هوشمند، تصميم‌گيري هوشمند و اجراي خودکار تا سال ۲۰۳۵ است.امروز نمونه‌‌‌هاي عملياتي اين اهداف به شکل ابتدايي در چين در حال اجرا هستند. براي نمونه، قابليت‌‌‌هاي بينايي سيستم‌هاي هوشمند مبتني بر رايانه در برخي از معادن توانست رفتار ناامن را به سيستم نظارت در محل گزارش دهد و هشدارهايي را صادر کرد. اين راه‌حل با شناسايي تغييرات در وضعيت اشيا و محيط کار از افراد محافظت و خطرات را از آنها دور مي‌کند. بينايي کامپيوتري (Computer vision) موفق شده است سناريوهاي ناايمن را براي افراد شناسايي و از طريق سيستم بي‌‌‌سيم هشدارهاي لازم را صادر کند. همچنين اين سيستم مي‌‌‌تواند سوابق نرم‌افزاري توليد کند و در صورت وقوع حوادث، آنها را به بخشي از سيستم تخمين و ارزيابي ايمني معدن در عملياتي‌‌‌هاي بعدي تبديل کند.
در مجموع، چارچوبي با عنوان بينايي کامپيوتري به اين معني است که مديريت ايمني در معدن نيازي به تکيه بر انسان ندارد. در معادن مختلف، سيستم‌هاي هوشمند با شناسايي شرايطي مانند بي‌‌‌باري، ايرادات تسمه نقاله يا انباشته‌شدن مواد معدني روي تسمه و انحراف آن، مي‌‌‌توانند هشدارها يا پيام‌‌‌هايي از راه دور به سيستم کنترل کمربند براي خاموش‌شدن هماهنگ خط و ادوات استخراج ارسال کنند. در واقع سيستم هوشمند بازرسي و نظارت بر معدن به معدن‌‌‌کاران کمک مي‌کند تا تشخيص دهند که آيا بازرسي به‌موقع انجام مي‌شود؟ آيا مديريت مناسبي از افراد در حال فعاليت صورت مي‌گيرد؟ سيستم به طور هوشمند با دريافت اطلاعات از محيط از طريق دوربين‌‌‌ها، سنسورها، پردازش اطلاعات محيطي و... درخواست‌هاي در محل ارائه داده و گزارش‌‌‌هاي بازرسي را توليد مي‌کند. در عين حال، يک سامانه هوشمند در معدن مي‌‌‌تواند نبود مديريت در اتاق ارسال پيام (dispatch room) را شناسايي و به‌منظور رفع معضل، از سوابق موجود گزارش‌‌‌هاي نرم‌افزاري براي ارزيابي‌‌‌هاي روزانه توليد کند. به طور کلي، داده‌‌‌هاي ادراکي هوشمند مي‌‌‌توانند سه‌حلقه خودکار ايجاد کنند و ايمني سايت استخراج و توليد را ارتقا دهند. اين سه‌حلقه به ترتيب شامل فرآيند تشخيص تخلفات کارگران، فرآيند رفع خطاها و راه‌‌‌اندازي هشدارهاي صوتي و تصويري هستند.
پژوهش‌‌‌هاي بسياري هم‌‌‌اينک در دست انجام است که قوه ادراکي هوش مصنوعي براي پايش معدن را به وراي هشدارهاي صوتي و تصويري ببرد. در برخي معادن زغالسنگ هوشمندشده در چين يا مغولستان با استفاده از داده‌‌‌ها و هوش مصنوعي تلاش‌‌‌هايي در راستاي گسترش قابليت‌‌‌هاي حسي و ادراکي فراتر از ديدن و شنيدن دوربين‌‌‌ها و سنسورها در جريان است که شامل تلاش براي استفاده از ساير قواي حسي نظير لمس، طعم و بو براساس فناوري‌‌‌هاي موجود اينترنت‌اشيا و روبات‌‌‌هاي واقعا هوشمند براي مديريت بهتر معدن هستند؛ موضوعي که در صورت عملياتي‌شدن، سطح کنترل و ايمني در پروژه‌‌‌هاي معدني را وارد عصر جديدي کند. ورود به اين عصر نيازمند سرمايه‌گذاري بيشتر صنايع معدني در حوزه تحقيق و توسعه است.
در استراليا به‌عنوان قطب فعاليت معدني جهان، کار روي ساخت شهرهاي معدني ديجيتال در دستور کار انجمن‌‌‌هاي حرفه‌‌‌اي و سياستگذاران دولتي قرار دارد و برخي از بزرگ‌ترين شرکت‌هاي حوزه آي‌‌‌تي و فناوري جهان نيز در راستاي تحقق اهداف به مشارکت گرفته شده‌‌‌اند. در يکي از پروژه‌‌‌هاي گروه سي‌‌‌پي‌‌‌ام (CITIC Pacific Mining) که در ايالت پرث در دست اجراست، ايجاد زيرساخت‌‌‌هاي معدن‌‌‌کاري ديجيتال و توسعه معادن هوشمند در محدوده‌‌‌هاي سنگ‌آهن در دستور کار قرار دارد. از منظر توسعه صنعتي، ديجيتالي کردن عمليات مکانيزه فشرده معدني مانند فرآيند استخراج هنوز در مراحل اوليه خود قرار دارد، اما در حال حاضر پتانسيل افزايش سود از طريق کارآيي بيشتر کاملا وجود دارد و اقداماتي در اين زمينه صورت گرفته است. براي نمونه در پروژه معادن پرستون در ايالت پرث استراليا، جايگزيني مرکز داده با مدل‌‌‌هاي ابري و استفاده از تراشه‌‌‌ها، سخت‌‌‌افزار و نرم‌‌‌افزارهاي نوآوري کمک کرد تا با فرآيند معماري‌هاي منبع باز، يک بزرگراه براي جاسازي طيف وسيعي از قابليت‌‌‌هاي هوشمند از خودروهاي خودران تا سيستم‌هاي پايش و نظارت مبتني بر صوت و تصوير همزمان در اين منطقه داير شود. اين مهم براي برنامه‌‌‌ريزي توليد به شيوه ديجيتال ضروري است؛ چراکه به‌جز دستگاه‌‌‌هاي هوشمند استخراج‌‌‌کننده در اعماق زمين، ماشين‌‌‌آلات دخيل در فرآيند بارگيري و باربري و حمل‌ونقل نيز بايد به‌جد متحول شوند. وقتي قابليت‌‌‌هاي مديريت معدن به سمت هوشمندسازي حرکت کند، از خدمات ويدئويي تا داده‌‌‌کاوي و ارتباطات صوتي به شيوه‌‌‌اي يکپارچه انجام شده و با به‌اشتراک‌‌‌گذاري اطلاعات به شکل تجسمي از محل استخراج و مسير انتقال، ترکيبي از فعاليت ايجاد مي‌شود که کارآيي واحد معدني را به‌شدت بهبود مي‌‌‌بخشد.
مديريت معدن با شبکه هوشمند خدمات متعددي مانند نظارت تصويري، اعزام کاميون و زمان‌بندي توليد را به شکلي ارائه مي‌کند که در گام‌‌‌هاي اوليه دست‌کم تا ۳۰درصد در هزينه‌‌‌هاي عملياتي صرفه‌‌‌جويي مي‌شود. در عين حال، با تغييرات عمده ديگري که در راه است و در محيط استخراج انجام مي‌شود، انتظار مي‌رود به لطف بهبود در قدرت سيگنال eLTE و محدوده پوشش براي اطمينان از تداوم عمليات، مقياس بهره‌‌‌وري بيش از اين ارقام رشد کند.
در طول سال‌هاي اخير اين راهحلها به گروه CPM کمک کرده است تا زيرساخت مرکز داده خود را ساده و قابل برنامه‌‌‌ريزي کند تا براي پشتيباني از توسعه معادن اين ناحيه در طول ۱۰سال آينده مسير باز باشد. معماري پيشرفته، توان بالا و عملکردهاي غني راهحلها، قابليت اطمينان مرکز داده را تضمين کرده و کارآيي حل مساله را افزايش مي‌دهد. در مجموع نيز اين راه‌حل خطرات پروژه را کاهش داده و بازده سرمايه‌گذاري (ROI) را افزايش مي‌دهد. بررسي‌‌‌هاي «دنياي‌اقتصاد» نشان مي‌دهد در اين پروژه گرچه چيزي معادل ۱۲ميليارد دلار آمريکا (۱۶ميليارد دلار استراليا) هزينه شده، اما توليد سنگ‌آهن با خلوص ۶۵درصد موردنياز بازارهاي جهاني به‌شدت افزايش يافته و ثروتي معادل ۱۰۰ميليارد دلار و خدماتي معادل ۵۱ميليارد دلار به اقتصاد استراليا و شرکت‌هاي همکار در بخش معدن اين کشور اضافه شده است.
