معدن‌کاری هوشمند؛ فرصتی برای تغییر

در دنیای امروز، فناوری (به‌ویژه فناوری‌‌‌های دیجیتال) به‌طور روزافزون در حال تاثیرگذاری و متحول‌‌‌سازی بازارها و بخش‌‌‌های مختلف از جمله بخش معدن و صنایع معدنی است. بخش معدن به دلیل تغییرات در فناوری که می‌‌‌تواند این صنعت را متحول کند، در لحظه‌‌‌ای مهم از تاریخ خود قرار دارد. با وجود اینکه پذیرش فناوری در چند دهه گذشته با کندی روبه‌‌‌رو بوده، فشارهای اخیر ناشی از همه‌گیری کووید-۱۹، چالش‌‌‌های زنجیره تامین و کاهش نرخ‌‌‌ کالاها، نیاز به بازنگری در نحوه انجام عملیات معدن‌کاری را تسریع کرده است. تحول دیجیتال این پتانسیل را دارد که به شرکت‌های معدنی کمک کند تا هزینه‌‌‌های خود را کاهش دهند و سود شرکت را با ساده‌‌‌سازی فرآیندهای کاری خود و ارائه بینش روشن‌‌‌تر حاصل از داده‌‌‌های بیشتر برای هدایت تصمیم‌‌‌های استراتژیک، بهبود بخشند. براساس شاخص شتاب دیجیتال، صنعت معدن‌کاری به میزان ۳۰ تا ۴۰‌درصد نسبت به سایر صنایع از نظر بلوغ تحول دیجیتال عقب‌‌‌تر است. این آمار فرصتی خواهد بود برای شرکت‌های معدن‌کاری پیشرو که بتوانند از سایر شرکت‌های بزرگ پیشی بگیرند. براساس مطالعات انجام‌شده، بهره‌‌‌وری عملیات معدن‌کاری با توجه به فناوری دیجیتالیزه‌شدن ۱۰ تا ۲۰‌درصد افزایش خواهد یافت.

در واقع بسیاری از دولت‌‌‌ها چارچوب‌‌‌های رسمی هوشمندسازی را برای کمک به رشد اقتصادی و فناوری توسعه داده‌‌‌اند. به‌‌‌عنوان‌‌‌مثال می‌‌‌توان به فرمان اجرایی ایالات‌متحده آمریکا در مورد رهبری هوش مصنوعی، برنامه توسعه هوش مصنوعی نسل بعدی چین و استراتژی هوش مصنوعی پان کانادایی اشاره کرد. این استراتژی‌‌‌ها بر استعداد و آموزش، سرمایه‌گذاری دولت، تحقیق و مشارکت‌‌‌های دانش‌‌‌بنیان تمرکز دارند.

براساس نظرسنجی شرکت PWC کانادا در سال ۲۰۲۲ که یکی از چهار شرکت بزرگ حسابرسی در دنیاست، ۴۹‌درصد مدیران ارشد شرکت‌های معدنی و فلزات جهانی می‌‌‌گویند که اهداف اتوماسیون و دیجیتالی‌‌‌سازی را در استراتژی بلندمدت شرکتی خود لحاظ می‌کنند. به‌عنوان مثال، استفاده از ابزارهای معدنکاری دیجیتال در شرکت ریوتینتو باعث شده است که این شرکت کم‌‌‌هزینه‌‌‌ترین تولیدکننده سنگ‌آهن در منطقه باشد و به همین دلیل هم نسبت به نوسانات بازار انعطاف بیشتری دارد.

راهکار پیشنهادی برای مقابله با چالش‌‌‌های صنعت معدن‌کاری، ایجاد جریان اطلاعاتی آنی بین بخش برنامه‌‌‌ریزی منابع سازمانی (ERP) با سطوح متعدد فنی و پایین‌‌‌دستی محیط‌‌‌های معدنی است. مساله اصلی نیاز به پیاده‌سازی و ایجاد سیستم یکپارچه است. تحول دیجیتال و فناوری‌‌‌های انقلاب صنعتی چهارم شامل اینترنت‌اشیا (IoT)، اینترنت‌اشیا صنعتی (IIoT)، سیستم‌های سایبر-فیزیکی (CPS)، کلان‌داده و…، بهترین راه‌‌‌حل برای انجام این مهم در صنایع است.

در واقع، تکنولوژی دیجیتال، کمک می‌کند تا عملکرد در معدن‌کاری، به سطح جدیدی در تمامی زنجیره ارزش معدن از معدن تا بازار برسد. عواملی همچون نوسانات بازار، تغییر در تقاضای جهانی، نقاط جدید برای یافتن ذخیره، اهمیت افزایش عمر معادن و همچنین تحولات خط‌مشی جهانی موجب تغییرات چشمگیر در این صنعت شده‌اند.

با کاهش هزینه تکنولوژی‌‌‌های دیجیتال، اکنون زمان مناسبی برای معدن‌کاری هوشمند است. این رویکرد به ایجاد دید متفاوت، تفکر متفاوت و عملکرد متفاوت منجر خواهد شد که امکان تصمیم‌گیری سریع‌‌‌تر و بهتر را فراهم می‌کند.

اصطلاح تحولات دیجیتال، روند کلی تغییر یک‌شرکت یا مدل تجاری به دلیل اجرای فناوری‌‌‌های دیجیتال را توصیف می‌کند. همچنین اصطلاحات معدن‌کاری هوشمند یا معدن‌کاری نسل چهارم، تحولات دیجیتال را به صنعت معدن‌کاری محدود می‌‌‌کنند. به دلیل عقب بودن صنعت معدن‌کاری در حوزه فناوری و حاشیه اطمینان این حوزه برای ورود به این شاهراه، نیاز است جهشی در معدن‌کاری کشور صورت پذیرد تا بتواند فاصله موجود را کمتر کند. یکی از پروژه‌‌‌های اجراشده در این حوزه که در سال ۲۰۲۰ در کانادا شروع شد و در سال ۲۰۲۲ به اتمام رسید، شناسایی ذخایر معدنی عمیق با استفاده از یادگیری عمیق است. ذخایر معدنی منبع مواد مهم برای تجارت در داخل اقتصاد کاناداست؛ از جمله فلزات و کانی‌‌‌های مهم که با عرضه کم و تقاضای زیاد مواجه هستند.

از آنجا ‌‌‌که اکتشافات عمده ذخایر معدنی نزدیک به سطح در جهان رو به کاهش است، روش‌های جدیدی برای شناسایی ذخایر اقتصادی در اعماق موردنیاز است.

گزارش جدیدی که به سفارش شورای مواد معدنی استرالیا (MCA) تهیه شده است، نشان می‌دهد که تا انتهای سال ۲۰۲۵، بیش از ۷۷‌درصد مشاغل در بخش معدن کشور استرالیا با نوآوری‌‌‌های تکنولوژیکی تغییر خواهند کرد و بهره‌‌‌وری را تا ۲۳‌درصد افزایش می‌دهند.

از دیگر تجارب موفق و تاثیرگذار این حوزه، پژوهشی است که در سال ۲۰۱۹ انجام شده که روند تحولات دیجیتال گذشته و فعلی حوزه معدن استرالیا را بررسی کرده و براساس تجزیه‌‌‌وتحلیل اطلاعات موجود چشم‌‌‌انداز ۳۰ساله تحولات معدن‌کاری دیجیتال استرالیا را در گزارشی با عنوان «آینده کاری: پیامدهای اقتصادی فناوری و استخراج دیجیتال معادن» ارائه داده است. براساس این گزارش، به‌‌‌کارگیری فناوری‌‌‌های دیجیتال در حوزه معادن استرالیا بخش‌‌‌های مختلف این صنعت را تحت‌‌‌تاثیر قرار داده و روند بهره‌‌‌وری آنها را افزایش می‌دهد.

ریوتینتو یکی از شرکت‌های معدنی پیشرو در حوزه استفاده از فناوری‌‌‌های معدن‌کاری دیجیتال به‌‌‌حساب می‌‌‌آید و از سوی گروه مشاوره بوستون به‌‌‌عنوان یکی از نوآورترین شرکت‌های سال ۲۰۱۹ معرفی شده است. این شرکت با استفاده از فناوری‌‌‌های جدید و نوظهور در تمام چرخه عمر معدن، از جمله اکتشاف، طراحی، استخراج، فرآوری و بازسازی معدن، می‌‌‌کوشد تا تمامی فعالیت‌‌‌های خود را کارآمدتر، ایمن‌‌‌تر و سازگارتر با محیط‌‌‌زیست انجام دهد.

ریوتینتو طی یک‌دهه گذشته روند استفاده از تجهیزات اتوماتیک را آغاز کرده است. این شرکت با افزایش اتوماسیون کامیون‌‌‌ها، دستگاه‌‌‌های حفاری و قطارها، خطاهای انسانی را به حداقل رسانده و باعث کاهش هزینه‌‌‌ها و بهبود ایمنی محیط کار خود شده است.

ریوتینتو اولین و بزرگ‌ترین سیستم حمل‌‌‌ونقل اتوماتیک و قطارهای خودران دنیا را در اختیار دارد که براساس گزارش‌‌‌ها تاکنون سنگ‌‌‌آهن استخراجی این شرکت را ۷میلیون کیلومتر جابه‌‌‌جا کرده است. این سیستم خودران با دریافت محدودیت‌های مسیر حرکت خود مانند محدودیت سرعت و هشدارها و ارسال پاسخ مناسب، ایمنی را بهبود می‌‌‌بخشد. این شرکت همچنین در بسیاری از عملیات‌‌‌های خود مانند بررسی دیواره‌‌‌های ریزشی معادن، کنترل قطعات ماشین‌‌‌آلات بزرگ و چک‌کردن سینه‌کارها پس از انفجار، از پهپادها و لندروورهای بدون سرنشین استفاده می‌کند.

ریوتینتو همچنین بزرگ‌ترین ناوگان حفاری مکانیزه دنیا را در اختیار دارد. این شرکت ۲۶دستگاه حفاری مکانیزه را در اختیار دارد که اپراتورها این تجهیزات را از راه دور و به‌‌‌صورت سه‌شیفت کنترل و هدایت می‌کنند. همچنین کامیون‌‌‌های شارژ هوشمند این شرکت با استفاده از سیستم‌های کامپیوتری و تجزیه‌‌‌وتحلیل داده‌‌‌ها به‌‌‌صورت اتوماتیک مواد منفجره را ترکیب و به درون چال پمپاژ می‌کنند و این امر باعث کاهش خطرات، افزایش ایمنی و سرعت آتشباری شده است. استفاده از دو مرکز پردازش داده بزرگ که یکی در استرالیا و دیگری در کانادا واقع شده، کارشناسان ریوتینتو را قادر ساخته است تا از فاصله چند هزارکیلومتری تمام عملیات‌‌‌های معدنکاری را کنترل کنند و انجام دهند.

ریوتینتو از هواپیماهای بدون‌سرنشین به‌طور گسترده برای نقشه‌‌‌برداری سه‌‌‌بعدی و بازرسی تجهیزات و همچنین بررسی شیب‌‌‌ها، پله‌‌‌ها و دیوارها به‌‌‌منظور افزایش ایمنی و بررسی ترک‌‌‌ها و علائم حرکت توده‌سنگ استفاده می‌کند. همچنین از پهپادهای مجهز به حسگرهای حرارتی برای شناسایی مشکلات تجهیزات بهره می‌گیرد. استفاده از پهپادها با سنسورهای حرارتی باعث می‌شود نرخ‌‌‌ اصطکاک بالای تجهیزات در اسرع‌وقت شناسایی شود و تیم‌‌‌های تعمیر و نگهداری مطلع شده و بتوانند به مشکلات رسیدگی کنند. این شرکت با استفاده از روبات‌‌‌های اتوماسیون فرآیند اختصاصی خود، برخی از فعالیت‌‌‌های روزمره دفتری، از جمله باز کردن ایمیل‌‌‌ها و پیوست‌‌‌ها، ورود داده‌‌‌ها، انتقال فایل‌‌‌ها، پرکردن فرم‌‌‌ها، انجام محاسبات و ثبت درخواست‌‌‌های سفارش تعمیر و نگهداری را به‌‌‌صورت اتوماتیک انجام می‌دهد.

پروژه Kookaideri توسط ریوتینتو در استرالیا برای ساخت اولین «معدن هوشمند» جهان که در آن‌‌‌همه تجهیزات از طریق اتصال شبکه با هم در ارتباط و قادر به تصمیم‌گیری در میکروثانیه هستند با سرمایه‌گذاری ۲میلیارد پوندی (۶/ ۲میلیارد دلار آمریکا) در سال ۲۰۱۸ شروع به کار کرد و در سال ۲۰۲۱ اولین محموله خود را استخراج کرد.

Kookaideri با ظرفیت تولید سالانه ۴۳میلیون تن سنگ‌‌‌آهن، یک قطب جدید تولید و تجارت سنگ‌‌‌آهن در کلاس جهانی است که در پیلبارا واقع شده است و صد درصد سهام آن متعلق به ریوتینتو و شامل یک کارخانه فرآوری و زیرساخت‌‌‌هایی از جمله یک‌خط ریلی ۱۶۶کیلومتری است که معدن را به شبکه راه‌‌‌آهن متصل می‌کند.

این پروژه شامل اجزای مختلف فناوری‌‌‌های معدنکاری دیجیتال از قبیل کامیون‌‌‌های خودران، دستگاه‌‌‌های حفاری اتوماتیک و قطارهای خودران می‌شود. همچنین تمام اجزای مرتبط با معدن، از مشتری گرفته تا برنامه‌‌‌ریزی بدنه معدنی و تمام اجزای زنجیره ارزش معدن را برای اولین‌‌‌بار به هم متصل می‌کند. از طریق داده‌‌‌های آنلاین، اپراتورهای این معدن قادر خواهند بود به‌‌‌سرعت سناریوهایی را برای بهینه‌‌‌سازی تولید بررسی و اجرا کنند. در معدن Kookaideri از بیش از ۷۰نوآوری حوزه معدن و صنایع معدنی استفاده شده است که از مهم‌ترین آنها می‌‌‌توان به کارخانه فرآوری دیجیتال که به‌‌‌صورت آنلاین در دسترس کارگران است، سیستم‌های اتوماسیون و شبیه‌‌‌سازی معدن کاملا یکپارچه، اتوماسیون پیشرفته شامل کارگاه خودکار و قابلیت‌‌‌های تجزیه‌‌‌وتحلیل داده‌‌‌های متعدد و حلقه‌‌‌های کنترلی برای بهینه‌‌‌سازی تولید و کاهش زمان خرابی اشاره کرد. یکی از فناوری‌‌‌های پیشرفته مورداستفاده در معدن Kookaideri فناوری دوقلوهای دیجیتال است.

دوقلوی دیجیتال نمایشی دیجیتال از یک شیء فیزیکی، فرآیند یا سرویس است. یک دوقلوی دیجیتالی می‌‌‌تواند ماکتی دیجیتال از یک شیء همچون موتور کامیون یا اجزای مختلف یک‌کارخانه فرآوری یا حتی موارد بزرگ‌تری همچون محدوده پیت و کارگاه استخراجی، در جهان فیزیکی باشد. مشابه دارایی‌‌‌های فیزیکی، تکنولوژی دوقلوی دیجیتال می‌‌‌تواند برای ایجاد یک کپی از فرآیندها و به‌‌‌منظور جمع‌‌‌آوری داده برای پیش‌بینی چگونگی عملکرد آنها استفاده شود.

محمد فهیمی‌نیا/ دانشجوی دکترای مهندسی معدن، گرایش اکتشاف دانشگاه تهران امید اصغری/ عضو هیات‌علمی دانشکده مهندسی معدن دانشگاه تهران مژده درمنده/ کارشناسی ارشد مدیریت اطلاعات دانشگاه تهران و مدیر داخلی موسسه یونیدرو

منبع: ماین نیوز