معدن‌کاری هوشمند، راهی که باید رفت
معدن‌کاری هوشمند سال‌هاست در دنیا رواج پیدا کرده، اما در ایران با وجود ذخایر غنی معدنی همچنان معدن‌کاری سنتی برقرار است و هنوز بسترهای دیجیتالی شدن در این بخش فراهم نشده است. هوشمندسازی معادن به سرمایه‌گذاری نیاز دارد به همین دلیل باید راهکاری درنظر گرفت که مسیر و اقدامات لازم برای تامین این سرمایه را ارایه دهد.
مزایای معدن‌کاری دیجیتال چیست؟
کاهش هزینههای عملیاتی
برای ایجاد «معادن هوشمند» می‌توان نظارت از راه‌دور یا بی‌سیم را با هزینههای عملیاتی بسیار کمتر به کار برد. در معادن هوشمند، حسگرهایی تعبیه شده که دادهها را از طریق شبکه بی‌سیم به سیستم مرکزی منتقل می‌کنند؛ به این ترتیب، اپراتورهای معدن نیروی انسانی کمتری نیاز دارند. همچنین اپراتورهایی که از راه‌حل «هوش عملیاتی» به‌عنوان بخشی از شبکه بی‌سیم خود استفاده می‌کنند، میتوانند به خوبی حوادث را پیش‌بینی کنند و با پیشگیری از آن‌ها، سایت‌های خود را حفظ و در هزینه‌ها صرفهجویی کنند؛ حوادثی که میتوانند به‌طور کامل عملیات را برای هفته‌ها یا ماه‌ها متوقف کنند.
قابلیت اجرای خودکار عملیات
با استفاده از فناوری‌هایی که قبلا ادغام شدهاند، معادن هوشمند میتوانند به راحتی عملیات خود را نسبت به معادن سنتی، خودکار کنند. اپراتورهای معدن میتوانند از طریق شبکه بی‌سیم موجود از حسگرهای تعبیه‌شده، به‌عنوان مثال، از طریق نصب نرم‌افزار اتوماسیون که به آن‌ها اجازه می‌دهد نه تنها تجهیزات متحرک و استاتیک خود را از راه دور کنترل کنند بلکه برنامه‌ریزی تعامل خودکار بین هر دو را انجام دهند. کامیونهای خودکار یکی از نمونه‌های بارز این امر هستند که با تکیه بر شبکه فیزیکی حسگرها و نرم‌افزار کنترل از راه دور برای انجام خودکار عملیات استفاده میشوند.
ایمنی نیروی کار
این موضوع، یک مساله مهم برای معادن است که اغلب مکان‌های بسیار خطرناکی برای کار برای انسان‌ها هستند. به عنوان مثال، هنگام شکستن سدها، هم کارگران و هم کسانی که در اطراف معادن زندگی می‌کنند ممکن است آسیب ببینند یا حتی جان خود را از دست بدهند. خودکارسازی تجهیزات سیار مانند کامیونها در معادن و امکان قرائت بی‌سیم، نیاز افراد به حضور در محل را برطرف می‌کند و ایمنی نیروی کار را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. تجزیه و تحلیل پیش‌بینی که از طریق راه‌حل‌های هوش عملیاتی (OI) فعال میشود، به اپراتورهای معدن اجازه می‌دهد تا از وقوع هرگونه حادثه خطرناک، مانند شکستن سد جلوگیری کنند. ردیابی نیروی کار از طریق دستگاه‌های متصل به بی‌سیم، به اپراتورها کمک می‌کند تا تسلط بهتری بر کارکنان خود داشته و یا در صورت بروز حوادث به آن‌ها هشدار دهند. بنابراین معادن هوشمند احتمال آسیب‌های انسانی در فرآیندهای معدنی را در دراز مدت بسیار کاهش می‌دهد.
از دیگر مزیت‌های دیجیتالی شدن صنعت معدن می‌توان به افزایش کارایی، کاهش ریسک، فراهم کردن محیط کار امن، افزایش تولید، کاهش هزینههای جاری و... اشاره کرد. چالش‌های حوزه معدن‌کاری دیجیتال را می‌توان در چهار مورد امنیت اطلاعات و حریم خصوصی، محیط‌های خشن و آلوده، تعامل‌پذیری شبکه و تجزیه و تحلیل مناسب با برنامههای معدنی خلاصه کرد.
تغییر فاز بخش معدن از شیوه مکانیزه به دیجیتال و هوشمند چگونه ممکن است؟
تجربه جهانی معدن‌کاری دیجیتال با سرعت بالایی در حال تغییر شیوه‌‌‌های تولید صنعتی است. افزایش ابعاد و مقیاس فعالیت‌‌‌های صنعتی، کاهش ضریب خطا و افزایش دقت ساخت، افزایش ایمنی و کاهش هزینه مهم‌ترین نتایجی است که با انقلاب دیجیتال در بخش صنعت و معدن ظاهر خواهد شد. در بخش معدن نیز مهم‌ترین نتایج این رویه بهبود کارآیی است. در دو تجربه موفق معدن‌کاری هوشمند در چین و استرالیا، پس از تغییر روال فعالیت معدنی از شیوه مکانیزه به شیوه هوشمند، ابعاد عملیات، دقت آن‌ها، حجم تولید و هزینه تولید با تغییرات چشم‌گیری همراه بود.
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 نیازمند تحول روش‌های مکانیزه به چارچوب اتوماسیون است که این مساله نیازمند 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 صنعت قرار می‌دهد، 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، ربات‌‌‌های گشت‌‌‌زن، ربات‌‌‌های معدن‌‌‌کار، سیستم‌های مدیریت معدن مبتنی بر ناوبری و توسعه بازوهای استخراج ایجاد کند.
قلب تپنده این تغییرات، اینترنت نسل چهار و پنج است که استفاده از فناوری‌‌‌های مبتنی بر ابرداده، هوش مصنوعی، فضای ابری، اینترنت اشیا، یادگیری ماشینی و واقعیت افزوده را ممکن می‌سازد. مهم‌ترین دستاورد این روش مدلی عنوان «برآورد، پیش‌بینی و کنترل» است که برخی از معادن به آن رسیده‌‌‌اند؛ روشی که در 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 میشود. در فقره تحول معادن 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.
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 بر 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 و تجهیزات، خطا را به بخش 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 و 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 مسایل 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 در تحول بخش معدن موثر است. علی‌‌رغم عقب‌ماندگی 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 زاید 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 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 ارایه 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 در دست انجام است که قوه ادراکی هوش مصنوعی برای پایش معدن را به سطحی بالاتر از 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 اینترنت اشیا و ربات‌‌‌های واقعا هوشمند برای مدیریت بهتر معدن هستند؛ موضوعی که در صورت عملیاتی‌شدن، سطح کنترل و ایمنی در پروژه‌‌‌های معدنی را وارد عصر جدیدی می‌کند. ورود به این عصر نیازمند سرمایه‌گذاری بیشتر صنایع معدنی در حوزه تحقیق و توسعه است.
مدیریت معدن با شبکه هوشمند خدمات متعددی مانند نظارت تصویری، اعزام کامیون و زمان‌بندی تولید را به شکلی ارایه می‌کند که در گام‌‌‌های اولیه دست‌کم تا ۳۰ درصد 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.
