ماهنامه کارخانه؛ معدن به واسطه فناوری‌های جدید که فرآیندها و عملیات استخراج قدیمی را به صورت دیجیتالی و با سرعت تغییر می‌دهد، در یک نقطه عطف بزرگ قرار دارد. دیجیتالی‌سازی که به عنوان معدن نسل ۴ شناخته می‌شود، شامل فرآیندها و مفاهیم پیشرفته‌ای مانند اتوماسیون، اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ (big data) است که راهکارهای عملیاتی را برای حل چالش‌های طولانی مدت بخش معدن ارائه می‌دهد.

تکامل معدن: از کار یدی تا اتوماسیون

برای درک کامل تاثیرات دگرگون‌کننده معدنکاری نسل ۴، بررسی روند آغاز تا تکامل فرآیند معدنکاری می‌تواند تصویر روشن‌تری ارائه دهد.

معدنکاری نسل یک: استخراج دستی ابتدایی: اولین فعالیت معدنی در دوران باستان و ماقبل تاریخ آغاز شد، درآن زمان به صورت دستی مواد معدنی مانند سنگ چخماق یا فلزاتی مانند طلا از ذخایر کم عمق با استفاده از ابزارهای ابتدایی مانند چکش‌های سنگی و اسکنه‌های استخوانی استخراج می‌شد. این فرآیند کاملاً به قدرت عضلانی انسان بستگی داشت و بسیار کار فشرده و خطرناکی بود.

معدنکاری نسل دو، مکانیزاسیون با استفاده از بخار و نیروی الکتریکی: با انقلاب صنعتی و اختراع ماشین‌هایی مانند بالابر، پمپ و حفاری، عملیات معدنکاری مکانیزه شد. این نیروها در ابتدا توسط موتورهای بخار کار می‌کردند و بعداً به برق تبدیل شدند. بنابراین این امکان را به معادن داد تا بسیار بزرگ‌تر شوند و ذخایر عمیق‌تری استخراج کنند.

معدنکاری نسل سه، اتوماسیون جزئی فرآیندها و تجهیزات: از اواخر قرن بیستم، تجهیزات خاصی مانند کامیون‌های حمل و نقل، لودرها و دکل‌های حفاری با استفاده از فناوری‌هایی مانن GPS، حسگرهای مجاورت و ارتباطات ماهواره‌ای، شروع به خودکارسازی و کارکرد از راه دور کردند. علاوه بر این، این آغاز سفر اتوماسیونی بود که معدنکاری نسل ۴ را به مراحل اوج جدید می‌برد.

معدنکاری نسل ۴: عملیات کاملاً متصل، هوشمند و خودکار: آینده معدنکاری در معدنکاری نسل ۴ نهفته است، جایی که اتوماسیون، حسگرهای اینترنت اشیا، ذخیره‌سازی داده‌های ابری، تجزیه و تحلیل داده‌های پیشرفته و هوش مصنوعی همگی برای ایجاد عملیات استخراج هوشمند، بسیار کارآمد و کاملاً خودکار با حداقل نیاز به حضور انسان به کار گرفته می‌شوند. براین اساس جهان شاهد انتقال از معدنکاری نسل یک به نسل ۴ بود؟ اما چه فناوری‌هایی معدنکاری نسل ۴ را تقویت می‌کنند؟

فن آوری‌ های کلیدی که معدنکاری نسل ۴ را تقویت می‌کنند؟

چند فناوری پیشرفته تحول دیجیتال و معدنکاری نسل ۴ را امکان‌پذیر کرده و به پیش می‌برند. مهم‌ترین آنها شامل موارد زیر است:

اتوماسیون و روباتیک: معدنکاری روز به روز بیشتر از ماشین‌ها و روبات‌های هوشمند استفاده می‌کند. کامیون‌ها می‌توانند خودشان رانندگی کنند و روبات‌های ویژه به ایمن کردن تونل‌ها کمک می‌کنند. این روند همچنین فرآیند استخراج را سریع‌تر و ایمن‌تر می‌کند.

حسگرهای اینترنت اشیا (IOT): دستگاه‌های هوشمند کوچکی را تصور کنید که در همه جای منطقه معدن قرار داده شده‌اند. این دستگاه‌ها اطلاعات مربوط به ماشین‌ها، فرآیندها و محیط اطراف را جمع‌آوری می‌کنند. این داده‌ها همچنین به شرکتهای معدنکاریکمک می‌کند تا کار خود را بهبود بخشند و عملیات را بهتر و سریع‌تر اجرا کنند.

5G و زیرساخت‌های اتصال: 5G به دستگاه‌ها و ماشین‌های هوشمند کمک می‌کند اطلاعات زیادی را به سرعت به اشتراک بگذارند. این ارتباط سریع تضمین می‌کند که ماشین‌های مختلف به راحتی با هم کار کنند و همه از یک مرکز کنترل شوند.

تجزیه و تحلیل پیشرفته و هوش مصنوعی: تمام داده‌های جمع‌آوری شده توسط برنامه‌های کامپیوتری هوشمند تجزیه و تحلیل می‌شود. این برنامه‎ها الگوهای مهمی را در داده‌ها پیدا می‌کنند. این تکنولوژی به شرکت‌های معدنی کمک می‌کند تا تصمیمات بهتری بگیرند و کار خود را با کارآیی بیشتری انجام دهند.

فناوری دوقلوی دیجیتال: با کمک فناوری دوقلوی دیجیتال می‌توان یک تصویر و کپی مجازی از معدن و تجهیزات داشت. این نسخه به شرکت‌های استخراج کمک می‌کند تا ایده‌های مختلف را بدون تغییر در زندگی واقعی آزمایش کنند. بنابراین مانند داشتن یک زمین تمرین قبل از ایجاد تغییرات واقعی است.

اپلیکیشن‌های واقعیت افزوده و مجازی: عینک‌های واقعیت افزوده فرآیند کار را به معدنکاران نشان می‌دهد. علاوه بر این، واقعیت مجازی یک دنیای معدنی کاملاً جدید در داخل یک کامپیوتر ایجاد می‌کند. این فناوری‌ها به آموزش و برنامه‌ریزی کمک می‌کنند و مدیریت را آسان‌تر می‌کنند.

فناوری بلاک چین: بلاک‌چین مانند یک نوت بوک دیجیتال فوق امن است و همه فرآیندهایی که در معدنکاری اتفاق می‌افتد را ثبت می‌کند. علاوه بر این، این فناوری تضمین می‌کند که تمام اطلاعات صحیح و ایمن از حمله هکرها هستند. بلاک‌چین همچنین فرآیند استخراج را قابل اعتماد می‌کند.

پلتفرم‌های رایانش ابری: با فناوری رایانش ابری، داده‌ها به جای ذخیره‌سازی در رایانه‌های شخصی، در یک ابر دیجیتال ذخیره می‌شود. این ابر مانند یک کتابخانه بزرگ و مشترک است که در آن همه در شرکت معدنکاری می‌توانند آنچه را که نیاز دارند، پیدا کنند. علاوه بر این، بلاک‌چین به فناوری‌های دیگر کمک می‌کند تا بهتر و سریع‌تر عمل کنند، مانند داشتن یک دستیار قدرتمند برای کل فرآیند استخراج.

دلایل استقبال شرکت‌ها از معدنکاری نسل ۴

شرکت‌های معدنی استقبال زیادی از فن‌آوری‌های نسل ۴ معدن می‌کنند، زیرا مزایای آن بسیار اساسی و متحول‌کننده است که نمی‌توان آنها را نادیده گرفت. این مزایا شامل موارد زیر است:

بهبود بهداشت و ایمنی: فن‌آوری‌های معدن با حذف انسان از محیط‌های خطرناک مانند تونل‌های زیرزمینی یا گودال‌های باز بزرگ، منجر به پیشرفت‌های چشمگیری در سلامت و ایمنی می‌شود. اتوماتیک کردن فرآیندهای خطرناک همچنین باعث کاهش جراحات و تلفات می‌شود.

بهره‌وری بالاتر: تجهیزات اتوماتیک می توانند ۲۴ ساعته بدون تغییر شیفت یا وقفه کار کنند و به طور گسترده‌ای بهره‌برداری از دارایی را افزایش دهند. مکنزی تخمین زده است که با معدنکاری نسل ۴، بهره‌وری بین ۱۵ تا ۲۰ درصد افزایش می‌یابد. بهینه‌سازی فرآیندها از طریق تجزیه و تحلیل داده‌ها نیز بهره‌وری را افزایش می‌دهد.

هزینه‌های عملیاتی کمتر: با اتکای کمتر به نیروی انسانی گران‌قیمت و استفاده بیشتر از دارایی‌ها، هزینه‌های عملیاتی کلی را می‌توان به میزان قابل توجهی کاهش داد. مکنزی تخمین زده است که با فناوری‌های نسل ۴ معدن، هزینه‌ها کاهش ۲۰ تا ۴۰ درصدی دارد. از طرفی بهینه‌سازی داده‌ها نیز کاهش هزینه‌ها را به دنبال داشته است.

حفظ محیط‌زیست: نظارت بر معیارهای زیست‌محیطی کلیدی مانند مصرف آب، حجم باطله، سطح گرد و غبار و انتشار تجهیزات به معادن اجازه می‌دهد تا تاثیرات اکولوژیکی خود را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند. تغییر کامیون‌های باربری به الکتریکی یا هیدروژنی نیز باعث کاهش گازهای گلخانه‌ای می‌شود.

تصمیم‌گیری سریع: استفاده از ماشین در تحلیل مقادیر انبوه داده‌های ساختاریافته و بدون ساختار، مدل‌سازی، پیش‌بینی و شبیه‌سازی دقیق‌تری را برای تصمیم‌گیری‌های سریع و مبتنی بر داده امکان‌پذیر می‌کند. علاوه بر این، اتاق‌های کنترل می‌توانند داده‌ها را برای انجام عملیات در کمترین زمان بررسی کنند.

چالش‌ها و خطرات معدنکاری نسل ۴

با وجود تمام مزایایی که استفاده از معدنکاری نسل چهار دارد، چالش‌های مهمی را نیز ایجاد می‌کند که شرکت‌های معدنی باید برای غلبه بر آن استراتژی دقیقی داشته باشند.

افزایش تهدیدات امنیت سایبری: هنگامی که داده‎‌های مهم بین دستگاه‌ها و پایگاه‎های داده جابجا می‌شوند، خطر حملات سایبری بیشتر است. اگر هکرها موفق شوند، می‌توانند کل عملیات معدن را متوقف کنند. بنابراین محافظت در برابر این تهدیدات بسیار مهم است.

نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بزرگ: برای بهبود وضعیت معادن در مسیر فناوری نسل ۴ در ابتدا باید هزینه زیادی صورت بگیرد. این پول صرف ارتقای ماشین‌های قدیمی و راه‌اندازی سیستم‌های فناوری جدید می‌شود. اما این هزینه‌ها در درازمدت باعث صرفه‌جویی در هزینه و کارآمدتر شدن معدن می‌شود.

شکاف بین مهارت علم داده و فناوری اطلاعات: واقعیت این است که متخصصان کافی در زمینه‌هایی مانند علم داده و برنامه‌نویسی در بخش معدن وجود ندارد. برای حل این مشکل، شرکت‌های معدنی می‌توانند با شرکت‌های فناوری همکاری کنند. این کارشناسان می‌توانند به صنعت کمک کنند تا از داده‌ها بهتر استفاده کند و فرآیند استخراج معدن را بهینه کنند.

غلبه بر محدودیت‌های اتصال: برخی از معادن در مناطقی هستند که اینترنت خوبی ندارند. این امر استفاده از فناوری پیشرفته را دشوار می‌کند. برای رفع این مشکل، باید روی اتصالات بهتر مانند ماهواره‌ها یا کابل‌های زیرزمینی سرمایه‌گذاری شود. این پیشرفت‌ها به معادن کمک می‌کند تا از فناوری حتی در مناطق دورافتاده استفاده کنند.

مدیریت تغییرات سازمانی: تغییر روش‌های قدیمی به فناوری جدید برای کارمندان دشوار است. آنها ممکن است نگران از دست دادن شغل خود به دلیل ماشین‌آلات باشند. برای تسهیل این تغییر، شرکت‌ها باید کارکنان خود را آموزش داده و درگیر کنند. این به آنها کمک می‌کند تا با تغییرات سازگار شوند و با فناوری جدید احساس راحتی بیشتری کنند.

سه مسیر اصلی برای آینده هیجان انگیز معدن

با تکیه بر پتانسیل تحول‌آفرینی معدنکاری نسل ۴، معدنکاری قرار است در دهه‌های آینده در مسیرهای بسیار نوآورانه حرکت کند:

انتقال به عملیات کاملاً خودکار و مستقل: معادن در حال خودکار شدن هستند، به این معنی که افراد کمتری در معدن کار خواهند کرد. در مقابل، مراکز کنترلی دورتر از معادن وجود خواهد داشت که در آن همه چیز از راه دور مدیریت می‌شود. بنابراین معادن کاملاً خودکار به زودی به واقعیت تبدیل می‌شوند.

پذیرش گسترده تجهیزات الکتریکی: ماشین‌های استخراج با گازوئیل کار می‌کردند که برای محیط زیست مناسب نیستند. اما اکنون، این ماشین‌ها با ماشین‌هایی جایگزین می‌شوند که با باتری یا سلول‌های سوختی هیدروژنی کار می‌کنند. علاوه بر این، این تغییر به سرعت اتفاق می‌افتد و آلودگی ناشی از استخراج معدن را کاهش می‌دهد.

معدنکاری و استخراج خودکار و بدون وقفه: عملیات استخراج زیرزمینی به دلیل روبات‌ها بسیار ایمن‌تر و سریع‌تر می‌شود. ماشین‌هایی وجود دارند که می‌توانند بدون نیاز به راننده انسان حفاری کنند و از روبات‌ها برای کاوش در مناطق عمیق زیرزمینی که در آن مواد معدنی ارزشمند یافت می‌شود، استفاده شود. بنابراین این فرآیند، معدنکاری را کارآمدتر می‌کند و مکان‌های جدیدی را برای معدنکاری باز می‌کند که قبلاً بسیار خطرناک بوده است.‌\

دگردیسی دیجیتالی

اتوماسیون، اتصال، تجزیه و تحلیل داده‌ها و … به سرعت صنعت معدن را متحول می‌کند. این امر به ویژه از طریق چشم‌انداز معدنکاری نسل ۴صادق است. شرکت‌هایی که به صورت استراتژیک از این فناوری‌ها استفاده می‌کنند، به واسطه پیشرفت‌های چشمگیری که دارند، پاداش خواهند گرفت و شاهد پیشرفت‌هایی در ایمنی، پایداری، کارآیی و مزیت رقابتی خواهند بود.