روندهای برتر فناوری‌‌‌های‌‌‌ بهبوددهنده بهره‌‌‌وری در معدن

به گزارش دنیای معدن، به‌‌‌عنوان یک ویژگی خاص صنعت معدن، شرکت‌های معدنی، صرف‌‌‌نظر از اینکه در کجای جهان مشغول فعالیت هستند، همیشه ناچار بوده‌‌‌اند با درجه بالایی از عدم‌قطعیت و اطلاعات ناقص در عملیات سروکار داشته باشند. اطلاعات در دسترس در مورد ساختار و وضعیت واقعی کانسارها بسیار محدود است و با توجه ‌‌‌به تنوع بالای زمین‌‌‌شناسی کانسارها، شرایط برای شرکت‌های معدنی بسیار پیچیده و چالش‌‌‌برانگیز است.

کاهش منابع پرعیار و سطحی باعث شده است تا شرکت‌های معدنی به اکتشاف و بهره‌‌‌برداری از منابع کم‌‌‌عیار و عمیق رو بیاورند. این امر، موجب گسترش وسعت محدوده‌‌‌های معدنی، افزایش عمق پیت‌‌‌ها و کارگاه‌‌‌های استخراجی، افزایش باطله‌‌‌برداری و حجم باطله‌‌‌ها، افزایش مقدار مصرف انرژی و افزایش قیمت تمام‌شده محصولات معدنی شده است. در ادامه زنجیره تولید مواد معدنی نیز رشد میزان تقاضا، باعث افزایش تولید کارخانه‌‌‌های فرآوری مواد معدنی شده و کاهش عیار نیز موجب شده است تا علاوه‌‌‌بر پیچیده‌‌‌تر شدن فرآیندهای کانه‌‌‌آرایی، مقدار بیشتری آب و انرژی در این کارخانه‌‌‌ها مصرف شود و مقدار باطله خروجی از کارخانه‌‌‌های فرآوری مواد معدنی نیز افزایش یابد. در گذشته، چالش‌‌‌های پیش‌روی مدیریت و بهینه‌‌‌سازی عملیات معدن‌‌‌کاری بسیار پیچیده بود. حجم وسیع اطلاعات و عوامل موثر بر فرآیندهای بخش‌‌‌های مختلف عملیات معدن‌‌‌کاری، تجزیه‌‌‌وتحلیل اطلاعات و مدیریت عملیات با تکیه‌‌‌بر داده‌‌‌ها را دشوار می‌‌‌کرد؛ زیرا در اکثر موارد، فعالیت‌‌‌های معدن‌‌‌کاری متکی بر تجربیات اپراتورها بود.

همه این موارد طی سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۵ باعث ایجاد تحولات نگران‌‌‌کننده‌‌‌ای در بهره‌‌‌وری صنعت معدن در دنیا شد. از سال ۲۰۰۰، بهره‌‌‌وری فعالیت‌‌‌های معدن‌‌‌کاری در کل جهان به طور قابل‌توجهی کاهش یافت. بهره‌وری نیروی کار (LP) یک شاخص ارزیابی بهره‌‌‌وری برای مقدار تولید به‌ازای هر کارگر فعال در معدن است. شاخص بهره‌‌‌وری چندعاملی (MFP) شاخصی جامع‌‌‌تر برای ارزیابی بهره‌‌‌وری است که به دنبال اندازه‌‌‌گیری کارآیی سرمایه، نیروی کار و محصولات میانی به ازای خروجی است و از آن به عنوان بهره‌‌‌وری کل عوامل نیز یاد می‌شود. براساس آمارها، بهره‌‌‌وری جهانی صنعت معدن‌‌‌کاری طی سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۵ هر سال حدود ۵/ ۳‌درصد کاهش یافته است.

افزایش ریسک و هزینه‌‌‌های عملیات معدن‌‌‌کاری، انگیزه ایجاد تغییرات تکنولوژیکی در معادن را تغییر داد. پس از کاهش بهره‌‌‌وری صنعت معدن‌‌‌کاری طی سال‌های پی‌‌‌درپی، در سال ۲۰۱۵ و همزمان با انقلاب صنعتی چهارم، صنعت معدن در نقطه عطف خود قرار گرفت. در این سال بود که جامعه معدن‌‌‌کاری به این نتیجه رسید که نوآوری عامل مهمی است و بر بهره‌‌‌وری عملیات معدن تاثیر می‌‌‌گذارد و فناوری‌‌‌های دیجیتال که جزء جدایی‌‌‌ناپذیر انقلاب چهارم صنعتی است، پتانسیل ارائه راهکارهای جدید مدیریتی و افزایش بهره‌‌‌وری را دارد. سال ۲۰۱۷ سالی بود که در آن شاهد حرکت و ورود رویکرد دیجیتال به حوزه صنعت معدن‌‌‌کاری به صورت گسترده‌‌‌تر بودیم. پیشرفت‌‌‌های سریع در فناوری همراه با کاهش هزینه‌‌‌ها به طور کلی به این معنی است که استفاده از قدرت دیجیتال، عملی‌‌‌تر و دست‌یافتنی‌‌‌تر شده، تا جایی که اکنون به امری ضروری تبدیل شده است.

صنعت۴ که صنعت متحول‌‌‌شده با فناوری‌‌‌های دیجیتال است، در صنایع تولیدی انقلابی به راه انداخته که به بهبود فرآیندها و محصولات منجر شده است. انقلاب صنعتی چهارم با بهره‌‌‌مندی از فناوری‌‌‌هایی مانند اینترنت‌اشیا، رایانش ابری و هوش مصنوعی فضای کاری، ماهیت کسب‌وکارها و مهارت‌‌‌های موردنیاز مشاغل را علاوه بر تغییر در بیشتر مواقع بهبود هم داده است.

در سال‌های اخیر، فناوری‌‌‌های هوشمند، دیجیتال و اتوماسیون تاثیرات زیادی بر بخش‌‌‌های مختلف فرآیندهای زنجیره ارزش معدن‌‌‌کاری گذاشته‌‌‌ و راهکارهای موثری را برای رفع چالش‌‌‌های آن ارائه کرده‌‌‌اند. این فناوری‌‌‌ها روزبه‌‌‌روز درحال‌‌‌توسعه و تکامل هستند و نقش بیشتری در صنعت معدن ایفا می‌کنند و به توسعه روندهایی مانند ایجاد واحدهای مدیریت و کنترل فرآیند در ساختار مجموعه‌‌‌های معدنی، طراحی، تولید و نصب سنسورهای اندازه‌‌‌گیری پارامترهای موثر بر فرآیند در بخش‌‌‌ها و تجهیزات مختلف معدن، اتوماسیون و خودکارسازی بسیاری از فرآیندها، تجزیه‌‌‌وتحلیل داده‌‌‌ها، استفاده از سیستم‌های نگهداری و تعمیرات هوشمند و بهره‌‌‌گیری از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی به‌‌‌منظور بهبود بهره‌‌‌وری منجر می‌‌‌شوند. ابزارهای مورداستفاده برای جمع‌‌‌آوری داده‌‌‌ها و اطلاعات بسیار پیچیده‌‌‌تر و توانمندتر شده‌‌‌اند. اکنون می‌‌‌توان داده‌‌‌ها را از موقعیت‌‌‌های مختلف در سراسر عملیات معدن‌‌‌کاری با وضوح بالا جمع‌‌‌آوری کرد؛ در لحظه، مورد تجزیه‌‌‌وتحلیل قرار داد و تغییرات لازم را در کوتاه‌‌‌ترین زمان اعمال کرد تا موجب بهینه‌‌‌سازی عملیات شود.

در ادامه به روندهای برتر فناوری موثر بر بهبود بهره‌‌‌وری در صنعت معدن پرداخته شده است:

 داده‌‌‌های بلادرنگ، بهبود قدرت محاسباتی و پیوستگی:

تعبیه تعداد زیادی از حسگرها در اشیای مورد استفاده در بخش‌‌‌های مختلف عملیات معدن‌‌‌کاری توانست حجم زیادی از داده‌‌‌ها را برای تجزیه‌‌‌وتحلیل و برقراری ارتباط بین ماشین‌‌‌‌‌‌آلات، تجهیزات، اطلاعات اکتشافی، عملیات استخراج و فرآیندهای فرآوری مختلف تولید کند. فناوری‌‌‌های اینترنت اشیا به طور فزاینده‌‌‌ای مقرون‌‌‌به‌‌‌صرفه و در دسترس هستند و همین امر اشتیاق استفاده از این تکنولوژی را در معدن‌‌‌کاری افزایش داده است. با ایجاد شبکه‌‌‌های هوشمند می‌‌‌توان عملکرد تجهیزات مختلف و تاثیر آن بر سایر تجهیزات و فرآیند را رصد کرد. حسگرهای موجود در تجهیزات مختلف که گاه در نقاط دورافتاده و خشن مشغول کار هستند می‌‌‌توانند در صورت بروز مشکلات، علائم و هشدارهای لازم را به مرکز کنترل مرکزی صادر کنند. استفاده از حسگرها در بخش‌‌‌های مختلف عملیات اکتشاف از جمله عملیات حفاری، اطلاعات درلحظه را با هزینه اندک در اختیار مهندسان قرار می‌دهد. همچنین استفاده از حسگرها در کارخانه‌‌‌های فرآوری مواد معدنی موجب بهبود کنترل فرآیندها و کاهش نوسانات شده است. یک شبکه متصل از حسگرهای کم‌‌‌هزینه با استفاده از فناوری اینترنت اشیا، داده‌‌‌ها را به صورت آنلاین ضبط می‌کند تا برنامه‌‌‌ریزی، کنترل و پشتیبانی تصمیم‌گیری یکپارچه را امکان‌‌‌پذیر کند.

یکی از مزایای داده‌‌‌های بلادرنگ، اطلاع از وضعیت و مکان هر تجهیز در عملیات معدن‌‌‌کاری در هر لحظه و بررسی عملکرد آن است. این بینش بی‌‌‌درنگ معنای جدیدی به مدیریت عملکرد عملیات می‌دهد. علاوه‌‌‌براین، ارسال داده‌‌‌ها به صورت لحظه‌‌‌ای به یک مرکز عملیات مرکزی نه‌تنها پاسخ بلادرنگ را ممکن می‌‌‌سازد، بلکه کنترل را به قابلیت تصمیم‌گیری پیچیده‌‌‌تر در مرکز منتقل می‌کند که می‌‌‌تواند اقداماتی را برای بهینه‌‌‌سازی عملیات در کل زنجیره تامین انجام دهد.

از سال ۲۰۱۵ تاکنون در معادن هر روز داده‌‌‌های بیشتری نسبت به سال ۲۰۰۰ تولید می‌شود. معدن‌‌‌کاران در حال حاضر مقادیر عظیمی از داده‌‌‌های حسگر را در اختیار دارند که به‌طور بالقوه آنها را قادر می‌‌‌سازد تصویر دقیق‌‌‌تر و ثابت‌‌‌تری از واقعیت عملکرد تجهیزات و کانسار خود در اختیار داشته باشند.

حوزه‌‌‌های اصلی فرآیندهای عملیاتی در زنجیره ارزش معدن‌‌‌کاری آینده، بسیار خودکار و اتوماسیونی خواهند شد، به‌‌‌طوری‌‌‌که در آن طیف وسیعی از قابلیت‌‌‌های دیجیتال به کار گرفته می‌شوند. ماشین‌‌‌آلات خودران و اتوماسیون، ایمنی و بهره‌‌‌وری را در عملیات معدن‌‌‌کاری بهبود خواهند بخشید. هواپیماهای بدون‌سرنشین برای جمع‌‌‌آوری داده‌‌‌ها، بازرسی، کنترل انبار، بررسی بهبود وضعیت و نظارت بر ایمنی مورد استفاده قرار می‌‌‌گیرند. چاپگرهای سه‌‌‌بعدی، زمان تامین قطعات یدکی حیاتی و هزینه نگهداری موجودی را کاهش خواهند داد. فناوری‌‌‌های پوشیدنی برای تعمیر و نگهداری میدانی و دستورالعمل‌‌‌های بازرسی برخط ماشین‌‌‌آلات استفاده خواهند شد و مراقبت و ایمنی اپراتورها را افزایش خواهند داد.

مراکز عصبی و تجزیه‌‌‌وتحلیل داده: مرکز عصبی در یک‌معدن دیجیتال، داده‌‌‌های سراسر زنجیره ارزش معدن‌‌‌کاری را در افق‌‌‌های زمانی مختلف گرد‌هم می‌‌‌آورد تا برنامه‌‌‌ریزی، کنترل و تصمیم‌گیری را بهبود بخشد؛ حجم، هزینه و سرمایه‌گذاری را بهینه کند و همچنین ایمنی را افزایش دهد که خود به معنای برنامه‌‌‌ریزی، کنترل و تصمیم‌گیری مبتنی بر داده‌‌‌های مرکز عصبی در یک‌معدن دیجیتال است. مزایای مستقیم اتوماسیون و دیجیتالی شدن در اجرا قابل‌توجه خواهد بود و زمانی که داده‌‌‌ها برای برنامه‌‌‌ریزی، بهینه‌‌‌سازی و ادغام فعالیت‌‌‌های سراسر زنجیره ارزش استفاده شوند، ارزش بیشتری ایجاد می‌کنند. برای نفوذ کامل اتوماسیون در هسته اصلی عملیات معدن‌‌‌کاری، شرکت‌ها باید در شیوه تولید و پردازش اطلاعات خود تجدیدنظر کنند و از تکنیک‌‌‌های تجزیه‌‌‌ وتحلیل مبتنی بر داده، برای بهینه‌‌‌سازی سیستم پیچیده خود، در تمام طول فرآیند از پیت تا مشتری استفاده کنند. لایه اطلاعاتی یا مرکز عصبی یک معدن دیجیتال، داده‌‌‌ها را در سراسر زنجیره ارزش معدن‌‌‌کاری در افق‌‌‌های زمانی متعدد گرد‌هم می‌‌‌آورد تا برنامه‌‌‌ریزی، کنترل و تصمیم‌گیری را به وسیله بهینه‌‌‌سازی حجم، هزینه، مخارج سرمایه‌‌‌ای و ایمنی، بهبود بخشد. داده‌‌‌های آنلاین که با استفاده از تجهیزات پردازش و حسگرهای ماشین‌‌‌آلات در حین‌‌‌کار به دست آمده‌اند، امکان کنترل در فواصل کوتاه و شناسایی عوامل و پارامترهای کلیدی فرآیند و همچنین ایجاد بهبود سریع و متمرکز عملیات را فراهم می‌‌‌سازند. تجمیع داده‌‌‌های سراسر زنجیره معدن‌‌‌کاری در فواصل ‌‌‌‌‌‌زمانی کوتاه و مکرر، سبب می‌شود تا مدل‌‌‌های بلوکی، طرح‌‌‌های معدن و مدل‌‌‌های مالی به‌‌‌طور پیوسته به‌‌‌روزرسانی و چرخه‌‌‌های برنامه‌‌‌ریزی کوتاه‌‌‌تر شود. گزارش‌‌‌ها و تجزیه‌‌‌و‌‌‌تحلیل داده‌‌‌های پیشین، بینشی از روندها، الگوها و فرصت‌‌‌های بهبود را که از تجربه به دست‌‌‌آمده است، امکان‌‌‌پذیر می‌‌‌سازد. پیشرفت‌‌‌ها در تجزیه و تحلیل، از یادگیری ماشین گرفته تا تکنیک‌‌‌های آماری بهبودیافته برای یکپارچه‌‌‌سازی داده‌‌‌ها و تبدیل آنها به مجموعه‌‌‌های گسترده از داده‌‌‌ به بینش درباره احتمال رویدادهای آینده کمک می‌کند.

تعامل انسان و ماشین: تجهیزات ارتباطات هوشمند، نحوه تعامل افراد با یکدیگر و با ماشین‌‌‌ها را نیز تغییر داده‌‌‌ است. تجهیزات هوشمند از جمله تلفن‌‌‌های هوشمند، ساعت‌‌‌های هوشمند و عینک‌‌‌های هوشمند به طور گسترده بخش‌‌‌های مختلف زندگی بشر را متحول کرده و کاربرد این تجهیزات در زمینه صنعتی نیز به‌سرعت در حال گسترش است. به عنوان مثال، ساعت‌‌‌های هوشمند ابزارهای رایانه‌‌‌ای هستند که موجب بهبود ارتباطات و اطلاع‌‌‌رسانی اعلان‌‌‌ها و هشدارها می‌‌‌شوند. ردیابی سلامت، GPS  و ناوبری از دیگر ویژگی‌‌‌های محبوب این تجهیز به‌‌‌حساب می‌‌‌آیند. همچنین‌ فناوری عینک‌هوشمند می‌‌‌تواند برای کاهش زمان و هزینه بازرسی و تعمیر تجهیزات مفید باشد. استفاده از این تجهیز با استفاده از اتصال بی‌‌‌سیم ارتباط بین کارشناسان میدانی و متخصصان را از فاصله بسیار دورتر میسر می‌‌‌سازد و فرد حاضر در معدن می‌‌‌تواند راهنمایی‌‌‌های متخصص را به‌‌‌صورت بلادرنگ دریافت کند؛ در نتیجه نیاز به حضور متخصص در محل، کاهش می‌‌‌یابد.

اتوماسیون: هسته اصلی فرآیندهای معدن‌‌‌کاری، اتوماسیون عملیات فیزیکی و دیجیتالی کردن دارایی‌‌‌هاست. بررسی‌‌‌ها نشان داده است که چگونه تجهیزات اتوماسیون معدن‌‌‌کاری، شامل تجهیزات حفاری، کامیون‌‌‌ها و تجهیزات حمل‌‌‌ونقل و فرآیندهای معدن‌‌‌کاری سبب بهبود ایمنی، بهره‌‌‌وری و کاهش هزینه‌‌‌های عملیاتی در مقیاس بزرگ شده است. در حالی که ممکن است اتوماسیون برای عملیات فعلی معادن کوچک امکان‌‌‌پذیر نباشد، به همین دلیل بایسته است که به دیجیتالی‌‌‌سازی فرآیندهای معدن‌‌‌کاری به عنوان گزینه‌‌‌ای برای معادن جدید توجه شود و از توانایی و سرمایه‌گذاری بسیاری از تولیدکنندگان تجهیزات و ارائه‌‌‌دهندگان خدمات بهره برده شود.

پیشرفت در حوزه روباتیک باعث می‌شود تجهیزات کاملا مستقل، مقرون‌‌‌به‌‌‌صرفه‌‌‌ و موثر عمل کنند. در بخش تولید، از سال۱۹۹۰ هزینه روبات‌‌‌های صنعتی ۵۰‌درصد کاهش یافته، در حالی که هزینه‌‌‌های نیروی کار ایالات‌متحده ۸۰‌درصد در مدت مشابه افزایش یافته است. در عین حال، پیشرفت‌‌‌های تکنولوژیکی در زمینه‌‌‌هایی مانند هوش‌‌‌مصنوعی، پیچیدگی روباتیک را افزایش داده و کاربردهای تولیدی آن را گسترش می‌دهد. در معدن، استفاده از تجهیزات کنترل از راه دور رایج‌شده و استقرار تجهیزات کاملا خودکار در حمل‌‌‌ونقل، حفاری و سایر فرآیندها جا افتاده است.

اتوماسیون، پتانسیل کاهش هزینه‌‌‌های عملیاتی، بهبود نظم عملیاتی و دور کردن افراد از آسیب را دارد. برخی از فناوری‌‌‌ها از جمله حمل‌‌‌ونقل و حفاری از راه دور، وارد مرحله تجاری‌‌‌سازی کامل شده‌‌‌اند، در حالی که برخی دیگر از جمله انفجار و بارگیری خودکار، در مرحله آزمایشی هستند. تجزیه‌‌‌وتحلیل‌‌‌ها نشان می‌دهد که استفاده از حمل‌‌‌ونقل خودران در معادن هزینه کل مالکیت را بین ۱۵ تا ۴۰‌درصد کاهش می‌دهد. همچنین‌ توسعه عملیات استخراج خودکار موجب کاهش بیش از ۵۰‌درصد تعداد افرادی که در مناطق خطرناک مشغول به کار هستند، خواهد شد.