مهدی عزیز زاده یکتا
وقتی حرف از صنعت معدن و فعالیت معدنکاری به میان می‌آید، قطعات سنگین و ماشین‌آلات غول پیکر به ذهن خطور می‌کنند. واقعیت هم همین است، معدنکاری بر پایه استخراج از منابع عظیم، جابجایی حجم‌های بالا از سنگ معدن، پالایش آنها و ابزارهایی سنگین است که این فرآیندها را ممکن می‌سازند. بنابراین، بی‌دلیل نیست که بخش اعظمی از نفوذ فناوری در معدن با هدف بهینه‌سازی تجهیزات و کنترل دائم دارایی‌ها صورت می‌پذیرد. برای ایران، معدن جزء استراتژیک‌ترین صنایع و محورهای توسعه اقتصادی است. نزدیک به ۷ درصد از ذخایر معدنی جهان در کشور ما قرار گرفته (کشوری با جمعیت ۱ درصدی از جهان) و ۱.۳ درصد از GDP ایران (آمار سال ۲۰۲۱) از حوزه معدن خلق می‌شود (۲ درصد از GDP جهان محصول فعالیت‌های معدنکاری است)؛ جایی که ۱ درصد اشتغال‌زایی کشور را نیز تعریف کرده است. در ذخایری چون سنگ آهن، مس و نیکل، ایران همیشه جزء ۱۰ کشور اول جهان بوده است. علاوه بر این، ۱.۵ درصد از سیمان جهان، ۳.۳ درصد از فلدسپات، ۲.۲ درصد بنتونیت و ۲.۳ درصد از باریت جهان از معادن ایران برداشت می‌شوند. مهمتر اینکه، این تنها بخشی از توان بالقوه صنعت معدن در ایران است، زیرا درصد برداشت مواد معدنی، برای مثال سنگ آهن و مس، نسبت به ذخایر موجود به مراتب کمتر از کشورهایی چون استرالیا و برزیل است.
دیجیتالی سازی معدن
انقلاب صنعتی چهارم فصل جدیدی از بهره‌برداری بشر از فناوری به نفع بهینه‌سازی فعالیت‌های صنعتی است. انتظار می‌رود فعالیت‌های مرتبط به انقلاب صنعتی چهارم تا سال ۲۰۲۵، بیشتر از ۳.۷ تریلیون دلار بر اقتصاد جهانی بیافزاید. فعالیت‌هایی که هدف اصلی‌شان افزایش کارایی در عملیات، کاهش ضایعات و زباله‌های صنعتی، افزایش بهره‌وری نیروی انسانی و ماشینی و هوشمند سازی بخش‌های مختلف هر صنعت برای کاهش خطا و نگهداری بهتر تجهیزات است.
در کانون انقلاب صنعتی چهارم، مفهومی به نام دیجیتالی سازی (Digitalization) وجود دارد. منظور از دیجیتالی سازی در حوزه معدن، استفاده از فناوری‌های جدید و به شدت در حال توسعه‌ای چون فضا و محاسبات ابری، هوش مصنوعی، رباتیک، کلان داده و تحلیل‌های آنها، همزادهای دیجیتال و حسگرهای اینترنت اشیاء صنعتی در گوشه به گوشه معادن و دفاتر کنترلی آنهاست.
هدف اصلی در این دیجیتالی سازی همه‌گیر، بهینه‌سازی تولید و فرآیندهای اکتشاف، بهبود زنجیره تأمین و لجستیک و افزایش پایداری در بخش‌های مختلف معدن است. به ویژه، دیجیتالی سازی معدن اولین و اصلی‌ترین گام در بهره‌گیری از نوآوری‌های جدید در حوزه فناوری و تعریف الگوها و مدل‌های کسب و کار جدید برای معدن است.
معدنکاری هوشمند یا SmartMining
وقتی از معدنکاری هوشمند حرفی زده می‌شود، اکثرا بر این باورند که منظور از هوشمند بودن تنها خودروهای خودکاری است که از دور کنترل می‌شوند؛ اما داستان هوشمندسازی فراتر از اینهاست. درواقع، خودروهای خودکار نیز از دور کنترل نمی‌شوند، بلکه وظیفه کنترل آنها به عهده یک نرم‌افزار و پلتفرم آن است و عامل‌های انسانی فقط بر وضعیت‌های خاص و استثناء نظارت دارند. درواقع، هدف اصلی در هوشمندسازی حذف عامل انسانی نیست، بلکه هدف ارائه فضای عملیاتی بیشتر به ماشین، کاهش خطای کمتر حاصل از محاسبات دقیق و پرهیز از رخدادهای دلخراش معدنی است. بنابراین، در معدن هوشمند نظارت انسان بر عملیات بیشتر می‌شود و اجرای عملیات بیشتری به ماشین تعلق می‌گیرد. به زبانی دقیق‌تر، معدنکاری کاملا دیجیتال یا هوشمند به مجموع‌های از فرآیندهای و فناوری‌ها اشاره دارد که می‌توانند بهره‌وری و امنیت عملیات معدنی را افزایش دهند. برای مثال، فناوری‌هایی چون حسگرهای محیطی (مانند تشخیص فشار و کیفیت هوای داخل تونل‌ها)، رادارهای زیرسطحی، حسگرهای اینترنت اشیاء و پلتفرم‌های هوشمندی چون همزادهای دیجیتال که حاشیه خطای کمتری دارند، خسته نمی‌شوند و بهره‌وری را در کانون اجرائیات خود قرار می‌دهند.
بهره‌وری چه اهمیتی برای معدنکاری دارد؟
در قالب معدنکاری، بهره‌وری به مفهوم کارایی بیشتر و بهتر منابع، مانند نیروی کار، تجهیزات، انرژی، سرمایه و زمان، برای استخراج و فرآوری مواد معدنی هدف است. یک فعالیت معدنی با بهره‌وری بالا ضایعات را به حداقل و خروجی را به حداکثر می‌رساند و از منابع کشف شده برداشت و استفاده بهینه‌ای می‌کند؛ همه این موارد بر پایه یک بودجه تعیین شده و حتی در شرایط نوسان بازار یا بروز حوادث فاجعه‌بار صورت می‌گیرد.
در انقلاب صنعتی چهارم، شرکت‌ها هر روز با یک ابزار جدید از فناوری مسلح می‌شوند و بهره‌وری حاصل از این برداشت بهروز، مهمترین مزیت رقابتی برای آنهاست. همزمان، چالش‌های اجتماعی، ژئوپولیتیک، قانونی و زیست محیطی رو به افزایش‌اند و اعتبار صنعت معدن بیشتر از هر زمان دیگری زیر ذرهبین ناقدان آن است. بهره‌وری بیشتر همان نقطه نجات برای معادن با استفاده درست از ابزارهای دیجیتال و گام نهادن در مسیر توسعه پایدار است. این مسیر هدف مشخصی دارد که در آن بهینه‌سازی عملیات به حداکثر می‌رسد و آنچه معدن هوشمند خوانده می‌شود به مرحله بهره‌برداری و بهبود داینامیک می‌رسد.
نوآوری‌های دیجیتال در آینده صنعت معدن
صنعت معدن در حال تجربه یکی از تحول آفرین‌ترین جریان‌ها و بازه‌های زمانی در تاریخ فعالیت خود است. در این موقعیت کنونی، نوآوری‌های دیجیتال و فناوری مرتبط با آنها پتانسیلی را ایجاد کرده‌اند که بالاترین سطح از تعالی عملیاتی و مزیت رقابتی را ایجاد می‌کند. فناوری‌های کنونی و در حال توسعه به صنعت معدن کمک خواهند کرد که مدل‌های کسب و کار جدیدتر برای خود تعریف کنند تا بهره‌وری و بهینه‌سازی در اجرای عملیات را به نقطه آرمانی برسانند، هزینه‌ها را کاهش دهند، امنیت را در معدن به نقطه لازم آن برسانند و به آنچه توسعه پایدار خواند می‌شود دست یابند.
موارد زیر فناوری‌های دیجیتالی هستند که معدنکاری دیجیتال، و دهه‌های آینده معدن و اتمسفر آن را تعریف می‌کنند. بسیاری از این فناوری‌ها برای سالهاست که وجود دارند، اما تنها توسط تعداد اندکی از شرکت‌ها مورد بهره‌برداری قرار گرفته بودند. اکنون، تهیه و استفاده از آنها در دسترس‌تر است و بخصوص برای معدنکاران ایران، می‌توانند نقطه عطفی برای بهینه‌سازی سرمایه ملی کشور یعنی مواد معدنی باشند.
نیروی کار دیجیتالی محور
از جمله توانمندسازها در مسیر دیجیتال سازی معادن، استفاده از ابزارهای مختلف ارتباطی و ایجاد شبکه‌های هوشمند از کارکنان در معدن است. منظور از شبکه‌های هوشمند در اینجا، اتصال گوشی‌های همراه، استفاده از تجهیزات پوشیدنی دیجیتال مانند سنسورهای موقعیت یاب و سلامت سنج است. هدف از دیجیتالی سازی در این قالب، افزایش چابکی در عملیات و تضمین امنیت کارکنان در تمام فرایندهای معدنی است.
کم نیستند تعداد حوادث معدنی که منجر به فاجعه شده‌اند و مهمترین آسیب در آنها از موقعیت نامعلوم کارکنان و تجهیزات یا عدم امکان ارتباط گیری با آنها نشأت گرفته است. تجهیزات پوشیدنی و محیطی مرتبط این امکان را فراهم می‌کنند که مراکز کنترل در لحظه از حادثه باخبر شوند و اطلاع دقیقتری از موقعیت و وضعیت کارکنان داشته باشند.
خودکارسازی و رباتیک
در دو دهه اخیر، هسته اکثر فرآیندهای عملیاتی در زنجیره ارزش معدنکاری خودکار و رده بالایی از توانمندسازهای دیجیتال به عملیات اضافه شده‌اند. پیشرفت‌ها در طراحی و استفاده از رباتها، خودروها و دستگاه‌ها خودکار سطح امنیت در معدن را بالا بردهاند، هزینه‌های عملیاتی را کاهش داده‌اند و به شکل کاملا محسوسی باعث افزایش بهره‌وری شده‌اند. به‌ویژه، پیش‌بینی برای تأثیر خودکارسازی بر افزایش ارزش در این صنعت در حدود ۵۶ میلیارد دلار برای بازه ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۵ بوده است. فناوری‌های شاخص مرتبط با فعالیت‌های خودکارسازی و استفاده از رباتیک عبارت‌اند از:
چاپگره‌ای سه بعدی: در اینجا هدف طراحی ابزارها و مدل‌های پیچیده و تبدیل مدل دیجیتال به یک واقعیت و کاربرد فیزیکی است. اگرچه این فناوری به تازگی راه به معدنکاری گشوده است، اما در همین بازه کم نیز تأثیرات فوق‌العاده‌ای بر عملکرد بخش نگهداری و تعمیر داشته و دسترسی سریع معادن به قطعات یدکی گران‌قیمت و حیاتی را ممکن ساخته است.
حسگرهای هوشمند: حسگرهای هوشمند در خط مقدم دیجیتالی سازی معادن قرار دارند؛ آنها اولین گام برای خلق کارایی بیشتر و کاهش ریسک جانی و مالی در معدن را تعریف می‌کنند. حسگرهای هوشمند اطلاعات لحظه‌ای عملیات را برداشت و به پلتفرم‌های کنترلی مخابره می‌کنند تا نیاز به مداخله در کمترین زمان ممکن تشخیص و اعمال شود. داده‌های حاصل از برداشت محیطی این حسگرها خوراک نرم‌افزارهای تحلیل داده‌های معدنی و ابزارهایی چون همزاد دیجیتال هستند.
پهپادهای معدنی پهبادها مهمترین ابزار دیجیتال برای خودکارسازی فعالیت‌های کنترل سایت‌های معدنی، دسترسی به تصاویر جغرافیایی عملیات، جمع‌آوری داده از عملیات بدون ایجاد وقفه در آنها و محافظت از نقاط صعب‌العبور در معادن‌اند.
کامیون، دریل و مته‌های خودکار: ازجمله چالش‌های امنیتی در معدن، عبور و مرور کامیون‌های عظیم معدنی و تأمین امنیت کارکنان متصدی و پیرامون آنها هستند. تا اواخر ماه مه سال ۲۰۲۲، تعداد کامیون‌های معدنی بدون سرنشین به بیش از ۱۱۰۰ کامیون رسیده بود و بسیاری از شرکت‌ها درنظر دارند تا چند سال آینده تمام ناوگان خود از این خودروها را کاملا خودکار سازند. هدف کاهش خطای انسانی، افزایش کارایی در لجستیک معدن و هوشمندسازی عملیات استخراج است. همینطور در بخش حفاری، هوشمندسازی به شدت در حالت پیگیری و انجام است، چنانکه بسیاری از مته‌های کنونی بدون نیاز به اپراتور فعالیت می‌کنند و امکان نفوذ در سطوح مختلف و خطرناک زمین مهیا شده است.
تجزیه و تحلیل و هوشمندسازی
شرکت‌های معدنی حجم بالایی از داده را به صورت روزانه تولید می‌کنند؛ داده‌هایی که اگر به درستی استفاده شوند، برداشت دقیقی از عملیات حاصل می‌کنند و نقشی شاخص در تعیین استراتژی‌های کارا خواهند داشت. پیشرفت‌های اخیر در حوزه تحلیل داده و یادگیری ماشین امکان بیشتری به معادن در استفاده از منابع با ارزش داده‌های معدنی می‌دهند، ابزارهایی که بدنه اصلی فعالیت‌های شبیه‌سازی یا تحلیل‌های پیشگویانه را تشکیل می‌دهند.
هوش مصنوعی: منظور از هوش مصنوعی سیستم‌های کامپیوتری است که شبیه انسان عمل می‌کنند و واکنش نشان می‌دهند (از نظر تصمیمگیری و تحلیل). بسیاری از شرکت‌های معدنی پیشگام از هوش مصنوعی برای تحلیل تصاویر ماهواره‌ای و تشخیص موقعیت‌های اکتشافی استفاده می‌کنند. پلتفرم‌های هوش مصنوعی همچینن برای زمانبندی فعالیت‌های نگهداری و تعمیر، سیستم‌های اخطار و خودکارسازی لجستیک معدن به کار می‌روند.
همزادهای دیجیتال: ویرایش‌های دیجیتال از مولفه‌های فیزیکی، فرآیندها و تصمیمگیری در عملیات معدن که راه را برای بهینه‌سازی عملیات و برداشت از منابع باز می‌کنند. همزادهای دیجیتال پکیج‌های کاملی از تئوری‌های یادگیری ماشین، داده‌های میدانی، الگوریتم‌های تحلیل داده و شبیه‌سازی وضعیت‌های فیزیکی هستند.
مدل‌های عملیاتی فناوری یکپارچه
تمام این بهره‌برداری‌ها از ابزارهای دیجیتال و محصول فناوری تنها در کنار یک سیستم یکپارچه مدیریت فناوری و نوآوری‌های منتج از آن ممکن می‌شود. برای مثال، اگر داده به درستی برداشت و تحلیل شود، اما به خوبی محافظت نگردد، آنگاه چالش‌های سایبری به توانمندسازی حاصل از دیجیتالی سازی لطمه می‌زنند و هوشمندسازی حداکثری به چالشی بزرگ برای معدن بدل می‌شود.
در معدن، مدیریت فناوری‌های ارتباطی و فناوری‌های عملیاتی همیشه دو ساختار مجزا بوده‌اند. با این حال، دوران کنونی ادغام حداکثری این دو ساختار را می‌طلبد و بدون هماهنگی IT و OT و کلی‌نگری شرکت‌های معدنی، امکان بهره‌برداری از دیجیتالی سازی بسیار کم و حتی ناقص خواهد بود.
