تجربه جهانی معدن‌‌‌کاری دیجیتال

به گزارش دنیای معدن، در ایران اما معدن‌‌‌کاری هوشمند عنوان پرطمطراقی است که کمتر کسی درباره ابعاد دقیق آن حرف می‌‌‌زند.

ایمنی بیشتر، کاهش هزینه استخراج و نوآوری سه‌فایده بزرگ پیوستن به روند معدن‌‌‌کاری هوشمند است. مطالعه تجربیات کشورهایی نظیر چین، استرالیا، ایالات‌متحده آمریکا و کانادا در مسیر هوشمندسازی معادن و معدن‌‌‌کاری هوشمند نشان می‌دهد که ‌گذار از مدل قدیمی مدیریت معدن به شیوه هوشمند، محتاج تحول در بخش استخراج و توسعه زیرساخت‌‌‌های آی‌‌‌تی و آی‌‌‌سی‌‌‌تی است. در واقع کانون‌‌‌ هوشمندسازی بخش معدن، حوزه استخراج است. در فرآیندهای جدید استخراج نسبت به فرآیندهای قدیمی، نخستین مساله‌ای که تغییر می‌کند، نگاه به اطلاعات و داده است. مساله دوم مفهوم خودران و هدایت «مستقل از انسان» است که طی سال‌های اخیر خود را در ادوات و تجهیزات و فرآیندهای جدید نشان داده است. سومین مساله نیز فناوری است که در همه زمینه‌ها، شیوه و ابعاد استخراج را تغییر داده است. با وجود این، خرید فناوری جدید به معنی موفقیت قطعی در هوشمندسازی استخراج نیست. در موارد بسیاری در چهار گوشه جهان، شرکت‌های بزرگ با خرید قطعات، ادوات و دستگاه‌‌‌هایی که انعطاف‌‌‌پذیری پایینی دارند، زیان بالایی را از محل هوشمندسازی معدن‌‌‌کاری متحمل می‌‌‌شوند. یادآوری این نکته ضروری است که هوشمندسازی معادن و معدن‌‌‌کاری هوشمند باید در نهایت خطرات استخراج را کاهش داده و تسلط معدن‌‌‌کاران بر محیط معدن را با حداقل هزینه افزایش دهد.

بررسی‌‌‌های بیشتر نشان می‌دهد که ‌گذار ایران از حالت کنونی معدن‌‌‌کاری به فرآیندهای هوشمند محتاج تغییر یک‌چیز است و آن تحول روش‌های مکانیزه به چارچوب اتوماسیون است که این مقوله محتاج بسط فناوری‌‌‌های نسل چهار در همه انواع دوربین، سنسور، نرم‌‌‌افزارها و سخت‌‌‌افزارهای آن است. در این چارچوب جدید اساسا ایمنی بالاتر، دقت بیشتر و حضور انسان کمرنگ‌‌‌تر است و در عوض ایده‌‌‌های افراد خلاق و ادوات طراحی‌شده برای اقدامات مختلف درون معدن، محور کار قرار می‌گیرد. این رویه که فرصت‌‌‌های بزرگی برای توسعه پیش‌روی کشور قرار می‌گیرد، سال‌هاست معادن زغال‌سنگ چین و نیز برخی از معادن آهن، طلا، مس و آلومینیوم را در استرالیا، ایالات‌متحده آمریکا، کانادا و بخش‌‌‌هایی از آفریقا دگرگون کرده است. استخراج بدون سرنشین از مهم‌ترین رویه‌‌‌هایی است که در معادن این کشورها محور کار بوده است. در عین حال، ابرداده‌‌‌های زمین‌‌‌شناسی با بالا بردن دقت در استخراج و اکتشاف، توانسته زمینه را برای استفاده از فناوری حفاری سریع هوشمند، روبات‌‌‌های گشت‌‌‌زن، روبات‌‌‌های معدن‌‌‌کار، سیستم‌های مدیریت معدن مبتنی بر ناوبری و توسعه بازوهای استخراج ایجاد کند.

قلب تپنده این تغییرات، اینترنت نسل چهار و پنج است که امکان می‌دهد در سطح وسیعی از فضای معدن، امکان استفاده از فناوری‌‌‌های مبتنی بر ابرداده، هوش مصنوعی، فضای ابری، اینترنت‌اشیا، یادگیری ماشینی و واقعیت افزوده فراهم شود. اوج کار نیز جایی است که برخی از معادن به مدلی با عنوان «برآورد، پیش‌بینی و کنترل» رسیده‌‌‌اند که طی آن با به‌‌‌روزرسانی پیوسته داده‌‌‌های واقعی و ارزیابی هوشمند محیط، شرایط برای پایش و توسعه هوشمند محیط فراهم می‌شود. دقت این سیستم‌ها حین کاوش و استخراج در حدی است که به‌دقت لایه‌‌‌های مختلف مواد معدنی را شناسایی و استخراج می‌کنند. در کنار دقت بالا، بهبود کیفیت حفاظت از محیط‌زیست در معادن نیز حاصل می‌‌‌شد. در فقره تحول معادل زغال‌سنگ استان شانژی چین، استفاده از مدل هوش مصنوعی مغز معادن (Mine Brain) کمک کرد تا سطح آلودگی محیط‌زیست حین استخراج کاهش یابد. در یکی از بزرگ‌ترین معادن این استان که معدن‌‌‌کاران در نتیجه برخورد مستقیم با مقوله استخراج در معرض انواع اثرات استخراج قرار گرفته و مشکلات بسیاری برای کارگران پیش آمده بود، استفاده از مدل پنج‌عمقی معدن‌‌‌کاری هوشمند کمک کرد تا بخش زیادی از مشکلات رفع شود. این پنج‌مرحله شامل اثر دیجیتالی‌شدن و هوشمندسازی معادن در بخش‌‌‌های تونل‌زنی، استخراج، حمل‌ونقل، امنیت و نجات است که محیط معدن را به‌شدت راحت‌‌‌تر و ایمن‌‌‌تر از قبل ساخته و کارآیی را نیز به‌شدت افزایش داده است.

در مناطق مورد اشاره در چین، هرچند حتی برای نقل و انتقال مواد استخراجی راه‌‌‌هایی در نظر گرفته شده تا مواد معدن روی زمین نریزد و به محیط‌زیست ضربه نزند، اما حذف کل اثرات منفی معدن‌‌‌کاری بر طبیعت فعلا ناممکن است. از آن سو اما برنامه حذف کامل مرگ‌ومیر در بخش معدن در دستور کار چینی‌‌‌ها قرار دارد و شرکت‌های بزرگ و فناوری نظیر هوآوی هم در این قبیل پروژه‌‌‌ها دخالت دارند تا در دو افق زمانی ۲۰۲۵ و ۲۰۳۰ مسیر تحول معدن‌‌‌کاری در چین به عصر دیجیتال و هوشمند را فراهم سازند.

مرور برنامه‌‌‌های کشورهای مختلف در بخش معدن‌‌‌کاری هوشمند گویای این نکته است که این فرآیند باید در نهایت به تحقق دو هدف بینجامد؛ نخست تبدیل محیط کار معدن به محیطی امن و مناسب و دیگری، اثربخشی بیشتر اقدامات به طوری که تولید با سودآوری پایدار همراه باشد.

سودآوری پایدار یعنی در کنار کاهش هزینه و رشد درآمد، محیط، نیروی انسانی و فعالیت با تحولات همسو باشند و به شکلی معقول، رشد کنند.

با هدف ایجاد ایمنی در محیط کار معدن، فناوری روی سه‌بعد ناامنی معدن‌‌‌کار متمرکز شده‌‌‌اند. اشیا، ادوات و تجهیزات ناایمن، رفتارهای ناایمن و مدیریت ناامن سه‌رکن ناامن کردن معادن در جهان هستند. برای نمونه نداشتن حفاظ‌‌‌های مناسب صورت در بین معدن‌‌‌کاران یا وابستگی پایش و هدایت ادوات و تجهیزات به چشم انسان ایمنی افراد حاضر در محیط معدن را به‌شدت کم کرده است. در عین حال، نظم و انضباط اندک کارگران و فقدان نظارت درست بر رفتار آنها یا نحوه کار ماشین‌‌‌آلات تجهیزات، خطا را به جزء جدانشدنی معدن‌‌‌کاری مکانیزه تبدیل کرده است. در واقع دیگر مساله مهم، تنگناهای ناشی از فقدان اتوماسیون در درون معادن است که باعث ایجاد نقاط کور نظارتی می‌شود. در عین حال، فقدان هوش مصنوعی ادراکی و هوشمند، تعیین ایمن یا ناایمن بودن فضای کار، شناسایی تخلفات کارگران یا تجزیه و تحلیل وضعیت ماشین‌‌‌آلات را به پدیده‌‌‌ای دشوار تبدیل می‌کند. همه اینها در کنار روحیات خاص جوانان امروزی که تمایلی به کار در معادن ندارند، موجب شده تا به‌ویژه به دلیل مسائل ایمنی، کمبود نیروی کار در این بخش رو به افزایش باشد.

از آنجا که انسان در زمینه انجام امور تکراری با خطاهای فاحشی روبه‌روست و هوش مصنوعی در کارهای تکراری برتری دارد، در معادن پیوستن به فرآیندهای هوشمند، افراد را از کار سنتی رها می‌کند. از این رو برای تولید ایمن در معادن، هوش مصنوعی اهرمی است که با گسترش دامنه اتوماسیون و عمیق کردن قابلیت‌‌‌های هوشمند معدن‌‌‌کاری به‌شدت به تحول بخش معدن یاری می‌‌‌رساند. به‌رغم برخی خلأهای جدی در مسیر هوشمندسازی معادن در ایران، این کار حتی در مغولستان هم اجرایی شده و فضا را برای استفاده از تکنولوژی، کاهش هزینه و بهبود تولید معدنی فراهم کرده است. حذف هزینه‌‌‌های زائد تولید مکانیزه و ایجاد امکانی برای گسترش مقیاس تولید از جمله نتایج معدن‌‌‌کاری دیجیتال است. در این مسیر، تکنولوژی هدایت خودکار یا حمل‌ونقل خودران یکی از کانون‌‌‌های تحول است.

امروزه عموم گزارش‌‌‌های راهبردی تایید می‌کنند که رانندگی خودران با سطح بالای ایمنی و کارآیی، پیش از هر بخش دیگر ارزش تجاری خود را در حوزه معدن نشان می‌دهد. استدلال نیز این است که در حین اجرای خودکار عملیات توسط ماشین‌‌‌ها، بسیاری از وسایل نقلیه مکانیکی مانند کامیون‌‌‌های معدنی و دامپ‌‌‌تراک‌‌‌ها، بیل‌‌‌های مکانیکی یا بولدوزرها می‌‌‌توانند با هم کار کنند. در گذشته، یک راننده از کامیون خود در معدن مراقبت می‌‌‌کرد، اما اکنون یک فرمانده واحد می‌‌‌تواند از کل گروه کامیون‌‌‌ها و ادوات مراقبت کند. در صورت بروز خطا یا خطر نیز فرمانده می‌‌‌تواند وسیله نقلیه را از مرکز کنترل و به صورت از راه دور به منطقه امن هدایت کند و هشدارهایی را برای خودروهای مجاور ارسال کند.

در همین راستا نیز چین در بخش معدن، دستیابی به تصمیم‌گیری هوشمند و عملیات مشترک خودکار را تا سال ۲۰۲۵ در معادن بزرگ زغال‌سنگ و معادنی که در آن بلایای شدید در گذشته رخ داده، به‌عنوان هدف کلیدی خود تعیین کرده است. به موجب این چارچوب قرار است در دنیای جدید نقش‌‌‌های کلیدی در معادن را روبات‌‌‌ها بر عهده بگیرند و تعداد کمی از کارگران واقعی مجبور به کار زیرزمینی باشند. البته هدف بلندمدت چین، ساختن سیستم هوشمند معدنی با قابلیت سنجش هوشمند، تصمیم‌گیری هوشمند و اجرای خودکار تا سال ۲۰۳۵ است.امروز نمونه‌‌‌های عملیاتی این اهداف به شکل ابتدایی در چین در حال اجرا هستند. برای نمونه، قابلیت‌‌‌های بینایی سیستم‌های هوشمند مبتنی بر رایانه در برخی از معادن توانست رفتار ناامن را به سیستم نظارت در محل گزارش دهد و هشدارهایی را صادر کرد. این راه‌حل با شناسایی تغییرات در وضعیت اشیا و محیط کار از افراد محافظت و خطرات را از آنها دور می‌کند. بینایی کامپیوتری (Computer vision)  موفق شده است سناریوهای ناایمن را برای افراد شناسایی و از طریق سیستم بی‌‌‌سیم هشدارهای لازم را صادر کند. همچنین این سیستم می‌‌‌تواند سوابق نرم‌افزاری تولید کند و در صورت وقوع حوادث، آنها را به بخشی از سیستم تخمین و ارزیابی‌‌‌ ایمنی معدن در عملیاتی‌‌‌های بعدی تبدیل کند.

در مجموع، چارچوبی با عنوان بینایی کامپیوتری به این معنی است که مدیریت ایمنی در معدن نیازی به تکیه بر انسان ندارد. در معادن مختلف، سیستم‌های هوشمند با شناسایی شرایطی مانند بی‌‌‌باری، ایرادات تسمه نقاله یا انباشته‌شدن مواد معدنی روی تسمه و انحراف آن، می‌‌‌توانند هشدارها یا پیام‌‌‌هایی از راه دور به سیستم کنترل کمربند برای خاموش‌شدن هماهنگ خط و ادوات استخراج ارسال کنند. در واقع سیستم هوشمند بازرسی و نظارت بر معدن به معدن‌‌‌کاران کمک می‌کند تا تشخیص دهند که آیا بازرسی به‌موقع انجام می‌شود؟ آیا مدیریت مناسبی از افراد در حال فعالیت صورت می‌گیرد؟ سیستم به طور هوشمند با دریافت اطلاعات از محیط از طریق دوربین‌‌‌ها، سنسورها، پردازش اطلاعات محیطی و... درخواست‌های در محل ارائه داده و گزارش‌‌‌های بازرسی را تولید می‌کند. در عین حال، یک سامانه هوشمند در معدن می‌‌‌تواند نبود مدیریت در اتاق ارسال پیام (dispatch room)  را شناسایی و به‌منظور رفع معضل، از سوابق موجود گزارش‌‌‌های نرم‌افزاری برای ارزیابی‌‌‌های روزانه تولید کند. به طور کلی، داده‌‌‌های ادراکی هوشمند می‌‌‌توانند سه‌حلقه خودکار ایجاد کنند و ایمنی سایت استخراج و تولید را ارتقا دهند. این سه‌حلقه به ترتیب شامل فرآیند تشخیص تخلفات کارگران، فرآیند رفع خطاها و راه‌‌‌اندازی هشدارهای صوتی و تصویری هستند.

پژوهش‌‌‌های بسیاری هم‌‌‌اینک در دست انجام است که قوه ادراکی هوش مصنوعی برای پایش معدن را به ورای هشدارهای صوتی و تصویری ببرد. در برخی معادن زغال‌‌‌سنگ هوشمندشده در چین یا مغولستان با استفاده از داده‌‌‌ها و هوش مصنوعی تلاش‌‌‌هایی در راستای گسترش قابلیت‌‌‌های حسی و ادراکی فراتر از دیدن و شنیدن دوربین‌‌‌ها و سنسورها در جریان است که شامل تلاش برای استفاده از سایر قوای حسی نظیر لمس، طعم و بو براساس فناوری‌‌‌های موجود اینترنت‌اشیا و روبات‌‌‌های واقعا هوشمند برای مدیریت بهتر معدن هستند؛ موضوعی که در صورت عملیاتی‌شدن، سطح کنترل و ایمنی در پروژه‌‌‌های معدنی را وارد عصر جدیدی کند. ورود به این عصر نیازمند سرمایه‌گذاری بیشتر صنایع معدنی در حوزه تحقیق و توسعه است.

در استرالیا به‌عنوان قطب فعالیت معدنی جهان، کار روی ساخت شهرهای معدنی دیجیتال در دستور کار انجمن‌‌‌های حرفه‌‌‌ای و سیاستگذاران دولتی قرار دارد و برخی از بزرگ‌ترین شرکت‌های حوزه آی‌‌‌تی و فناوری جهان نیز در راستای تحقق اهداف به مشارکت گرفته شده‌‌‌اند. در یکی از پروژه‌‌‌های گروه سی‌‌‌پی‌‌‌ام (CITIC Pacific Mining) که در ایالت پرث در دست اجراست، ایجاد زیرساخت‌‌‌های معدن‌‌‌کاری دیجیتال و توسعه معادن هوشمند در محدوده‌‌‌های سنگ‌آهن در دستور کار قرار دارد. از منظر توسعه صنعتی، دیجیتالی کردن عملیات مکانیزه فشرده معدنی مانند فرآیند استخراج هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد، اما در حال حاضر پتانسیل افزایش سود از طریق کارآیی بیشتر کاملا وجود دارد و اقداماتی در این زمینه صورت گرفته است. برای نمونه در پروژه معادن پرستون در ایالت پرث استرالیا، جایگزینی مرکز داده با مدل‌‌‌های ابری و استفاده از تراشه‌‌‌ها، سخت‌‌‌افزار و نرم‌‌‌افزارهای نوآوری کمک کرد تا با فرآیند معماری‌های منبع باز، یک بزرگراه برای جاسازی طیف وسیعی از قابلیت‌‌‌های هوشمند از خودروهای خودران تا سیستم‌های پایش و نظارت مبتنی بر صوت و تصویر همزمان در این منطقه دایر شود. این مهم برای برنامه‌‌‌ریزی تولید به شیوه دیجیتال ضروری است؛ چراکه به‌جز دستگاه‌‌‌های هوشمند استخراج‌‌‌کننده در اعماق زمین، ماشین‌‌‌آلات دخیل در فرآیند بارگیری و باربری و حمل‌ونقل نیز باید به‌جد متحول شوند. وقتی قابلیت‌‌‌های مدیریت معدن به سمت هوشمندسازی حرکت کند، از خدمات ویدئویی تا داده‌‌‌کاوی و ارتباطات صوتی به شیوه‌‌‌ای یکپارچه انجام شده و با به‌اشتراک‌‌‌گذاری اطلاعات به شکل تجسمی از محل استخراج و مسیر انتقال، ترکیبی از فعالیت ایجاد می‌شود که کارآیی واحد معدنی را به‌شدت بهبود می‌‌‌بخشد.

مدیریت معدن با شبکه هوشمند خدمات متعددی مانند نظارت تصویری، اعزام کامیون و زمان‌بندی تولید را به شکلی ارائه می‌کند که در گام‌‌‌های اولیه دست‌کم تا ۳۰‌درصد در هزینه‌‌‌های عملیاتی صرفه‌‌‌جویی می‌شود. در عین حال، با تغییرات عمده دیگری که در راه است و در محیط استخراج انجام می‌شود، انتظار می‌رود به لطف بهبود در قدرت سیگنال eLTE و محدوده پوشش برای اطمینان از تداوم عملیات، مقیاس بهره‌‌‌وری بیش از این ارقام رشد کند.

در طول سال‌های اخیر این راه‌‌‌حل‌‌‌ها به گروه CPM کمک کرده است تا زیرساخت مرکز داده‌‌‌ خود را ساده و قابل برنامه‌‌‌ریزی کند تا برای پشتیبانی از توسعه معادن این ناحیه در طول ۱۰سال آینده مسیر باز باشد. معماری پیشرفته، توان بالا و عملکردهای غنی راه‌حل‌‌‌ها، قابلیت اطمینان مرکز داده را تضمین کرده و کارآیی حل مساله را افزایش می‌دهد. در مجموع نیز این راه‌حل خطرات پروژه را کاهش داده و بازده سرمایه‌گذاری (ROI) را افزایش می‌دهد. بررسی‌‌‌های «دنیای‌اقتصاد» نشان می‌دهد در این پروژه گرچه چیزی معادل ۱۲میلیارد دلار آمریکا (۱۶میلیارد دلار استرالیا) هزینه شده، اما تولید سنگ‌آهن با خلوص ۶۵درصد موردنیاز بازارهای جهانی به‌شدت افزایش یافته و ثروتی معادل ۱۰۰میلیارد دلار و خدماتی معادل ۵۱میلیارد دلار به اقتصاد استرالیا و شرکت‌های همکار در بخش معدن این کشور اضافه شده است.