هوشمندسازی معادن و عبور از معدنکاری سنتی در مدیریت حوادث معدنی

به گزارش روزگار معدن، استخراج مواد معدنی حدود ۷ دهم درصد در تولید ناخالص داخلی (GDP) کشور نقش دارد؛ و در این ۶۰ سال اخیر هیچگاه بیشتر از یک درصد نبوده است. حتی با افزودن نقش سایر صنایع مرتبط با معدن، این رقم فقط به چهار درصد افزایش می‌یابد که عوامل بسیاری در این امر مؤثر بوده‌اند از جمله عدم وجود زیرساخت‌های مناسب، موانع قانونی، مشکلات اکتشاف و کنترل دولت.

مهم‌ترین معادن ایران شامل زغال‌سنگ، مواد معدنی فلزی، شن و ماسه، مواد معدنی شیمیایی و نمک است. بیشترین معادن فعال ایران در استان خراسان قرار دارند. دیگر ذخایر بزرگ ایران که عمدتاً توسعه نیافته‌اند عبارتند از: روی (بزرگ‌ترین در جهان)، مس (نهمین در جهان در سال ۲۰۱۱ به گفته مدیرعامل شرکت ملی صنایع مس ایران)، آهن (دوازدهمین در جهان در سال ۲۰۱۳ بر اساس گزارش‌های سازمان زمین‌شناسی آمریکا)، اورانیوم (دهمین در جهان) و سرب (یازدهمین در جهان).

ایران با تقریباً ۱٪ از جمعیت جهان بیش از ۷٪ از کل ذخایر معدنی جهان را در اختیار دارد؛ لذا توسعه حوزه معدن در ایران ضرورت دارد و در این راستا لازم است موانع موجود در این زمینه شناخته شده، آسیب شناسی شوند و تدبیری برای برطرف شدن این موانع اندیشیده شود.

اما شرکت‌های معدنی با چالش‌های بسیاری برای فعالیت رو برو هستند، بطوریکه فعالیت در مناطق غیرقابل‌سکونت و دور افتاده از جمله معضلات پیش روی آنهاست بطوریکه یکی از مهمترین مسایل مد نظر در حوزه معدن، افزایش ایمنی و هوشمند سازی معادن است و نیز اینکه تحت‌تاثیر حوادث سیاسی و اقتصادی غیرقابل‌پیش‌بینی جهان، پیوسته در معرض نوسان قیمت کالا‌ها و افزایش هزینه‌های تولید قرار دارند.

شرکت‌های معدنی در جهان همچنین تلاش کرده‌اند در کنار افزایش ایمنی، بهره‌وری را نیز افزایش دهند. از این‌رو، شرکت‌های معدنی گام‌های استواری را در راستای دیجیتال‌سازی و هوشمندسازی فرآیندهای معدن‌کاری برداشته‌اند.

هوشمندسازی معادن یکی از تحولات بزرگ در صنعت معدنکاری است که با استفاده از فناوری‌های پیشرفته، بهره‌وری و ایمنی را در معادن به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

معدن‌کاری هوشمند یک رویکرد نوآورانه در صنعت معدن است که از فناوری‌های دیجیتال پیشرفته برای بهبود کارایی عملیاتی، ایمنی و پایداری استفاده می‌کند. این رویکرد به عنوان پاسخی به تقاضا‌های فزاینده برای شفافیت بیشتر و مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی ظهور کرده است.

اهمیت معدن‌کاری هوشمند در ظرفیت آن برای انقلابی در صنعت با بهبود بهره‌وری و کاهش تأثیرات زیست‌محیطی نهفته است. مطالعات اخیر نشان می‌دهند که اتخاذ فناوری‌های هوشمند می‌تواند منجر به افزایش سالانه بهره‌وری حدود ۲.۸٪ و ایجاد صرفه‌جویی بالقوه‌ای بین ۲۹۰ تا ۳۹۰ میلیارد دلار تا سال ۲۰۳۵ برای کالا‌های کلیدی شود. علاوه بر این، روش‌های معدن‌کاری هوشمند به بهبود ایمنی محیط کار کمک کرده‌اند و کاهش قابل توجهی در حوادث مرگ‌بار در سال‌های ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۹ گزارش شده است.

شرکت‌های معدنی موفق در جهان با پذیرش فناوری‌های دیجیتال و هوشمند در تمامی مراحل معدن‌کاری، موفق شده‌اند کل زنجیره عملیات معدن را خودکار و بهینه کنند. براین اساس می‌توان گفت هوشمندسازی معادن در سطح جهان منجر به تحقق دو هدف شده‌است. نخست؛ تبدیل محیط کار معدن به محیطی امن و مناسب و دیگری اثربخشی بیشتر اقدامات به‌طوری که تولید با سودآوری پایدار همراه شده‌است.

بررسی وضعیت هوشمندسازی معادن در کشور، گویای آن است که هوشمندسازی به آن شکل و معنایی که در دنیا مطرح است در ایران صورت نگرفته‌است. برخی فناوری‌های جدید در حوزه معدن ورود پیدا کرده‌اند و مورد‌استفاده قرار می‌گیرند، اما هوشمندسازی و معدن‌کاری مدرنی که در دنیا در حال انجام است، همچنان در ایران ظهور نکرده‌است؛ در واقع به دلیل نگاه سنتی به معدن‌کاری و عدم‌استفاده از فناوری‌های نوین، بخش معدن کشور از نگاه فناوری حفاری، آتشباری، ترابری و فرآوری عقب‌تر از حوزه‌های دیگر حرکت کرده‌است، به‌طوری‌که جز در موارد معدودی در چند مجموعه بزرگ، هوشمندسازی چندان فراگیر نشده‌است و فقط برخی شرکت‌های معدنی گام‌هایی در راستای هوشمندسازی برخی فعالیت‌های معدن‌کاری برداشته‌اند.

نسبت هزینه تعمیرات به کل ارزش سرمایه‌گذاری ماشین‌آلات در بخش معدن بیشتر از بخش صنعت است. از دلایل این امر می‌توان به فرسودگی ماشین‌آلات، عدم‌حضور سیستم کنترل هوشمند ناوگان ترابری و نبود هماهنگی میان واحدهای ترابری اشاره کرد؛ با انجام هوشمندسازی در معادن می‌توان سطح مکانیزاسیون و اتوماسیون، بهره‌وری استخراج، ترابری، تهویه و فرآوری را افزایش داد و در نتیجه کاهش هزینه و افزایش کیفیت و تنوع محصول (قابلیت استحصال چند محصولی) را دربر خواهدداشت.

در مجموع، وجود نگاه کوتاه‌مدت در مدیران بنگاه‌ها و توجه صرف به کاهش هزینه و کسب سود بیشتر موجب‌شده‌است تا بنگاه‌ها توجه چندانی به نوسازی ماشین‌آلات و تجهیزات، استفاده از تجهیزات نوین معدن‌کاری در راستای انجام استخراج‌های عمیق و هوشمند‌کردن ناوگان ترابری در معادن برای بهره‌وری بالاتر و همچنین واحد تحقیق و توسعه مرتبط نداشته باشند. واحدهای تحقیق و توسعه در کمتر از ۲‌درصد از معادن کشور در سال ۹۹ موجود بوده‌است که عدم‌توجه کافی به این واحد را نشان می‌دهد.

هزینه برای واحدهای تحقیق و توسعه معادن در راستای ارتقای فعالیت‌هایی همچون اکتشافات بیشتر، بهبود روش‌های استخراج و فرآوری، استفاده از تجهیزات نوین اگرچه در کوتاه‌مدت هزینه سرمایه‌ای بالایی نیاز دارند، اما در بلندمدت باعث کاهش هزینه‌های عملیاتی معدن‌کاری خواهند شد. در ارتباط با ضعف فناورانه گفتن این نکته ضروری است که تجهیزات معدنی کشور اغلب با مشکل آلایندگی، تعمیر و نگهداری، تامین قطعات، بازدهی پایین، مصرف انرژی بالا و... مواجه هستند. این امر همراه با معدن‌کاری سنتی موجب بهره‌وری بسیار پایین معدن‌کاری ایران (با وجود ذخایر معدنی با عیار بالا) در مقایسه با کشورهای معدنی جهان شده‌است.

هوشمندسازی معادن یکی از راهکارهایی است که می‌تواند مدیریت معادن را به‌سوی برنامه‌ریزی درست بر پایه دانش روز سوق دهد. همچنین راه‌اندازی سیستم‌های اتوماسیون و کنترل پیشرفته، ایجاد ارتباطی سازنده میان واحدهای مختلف معدنی و ارتقای سطح رفاهی در معادن، با هوشمند‌کردن معادن امری بدیهی است.

ضرورت هوشمندسازی معادن‌

هوشمندسازی به‌معنای بهره‌گیری از ابزار‌ها و تکنیک‌های فنی و اطلاعاتی جهت مدیریت صحیح امور، تسهیل فعالیت‌ها، ارتقا و اصلاح سبک زندگی، شتاب بخشیدن به اجرای دقیق و حرفه‌ای‌تر امور، کاهش مصرف انرژی و بهره‌برداری حداکثری از خدمات حوزه فناوری اطلاعات در راستای ارتقای شاخص‌های زندگی فردی و اجتماعی است.

برای انجام هوشمندسازی در هر سازمانی، نخستین ابزار، داده‌ها به‌صورت آفلاین و آنلاین هستند؛ مرحله بعدی پردازش داده‌ها است که نیاز است داده‌های خطا حذف شود و داده‌های صحیح پردازش شود، در مرحله سوم براساس داده‌های صحیح مدل‌ها ساخته می‌شوند و در نهایت با تصمیم‌گیری درست می‌توان سبب ارتقای عملکرد شد. براین اساس می‌توان گفت که هوشمندسازی به مجموعه‌ای از فرآیند‌ها و تکنیک‌های مورد‌استفاده در ساخت و توسعه سیستم‌های هوشمند اطلاق می‌شود که بخشی از پروژه نوسازی، ارتقای تکنولوژی و نوآوری است و با استفاده از ابزارهای مختلف مانند هوش مصنوعی، کلان‌داده و ... موجب بهبود کارآیی و ارتقای عملکرد در فعالیت‌ها و فرآیندهای مرتبط می‌شود.

هوشمندسازی در صنعت مفهومی عام دارد که این مفهوم در مورد بخش معدن نیز درست است؛ به‌عبارت دیگر این اتفاق در معدن به همان معنایی است که در کشاورزی، خودروسازی، هواو فضا یا حوزه‌های دیگر رخ می‌دهد و به همان استراتژی‌ها و روش‌ها در بخش معدن و صنایع معدنی، هوشمندسازی معدن می‌گویند؛ در واقع هوشمندسازی معادن، یک فهم تخصصی در حوزه معدن است و نیاز دارد که بتوان آن را به زبان ریاضی و با استفاده از کامپیوتر مدل کرد.

به‌عبارت دیگر، هوشمندسازی معادن، بخشی از طرح نوسازی، ارتقای فناوری و نوآوری است؛ در واقع هوشمندسازی فرآیندی زمانبر و دانش‌محور است و نیازمند ارتباط مستقیم با دانش و مراکز علمی و تحقیقاتی است.

گام‌های هوشمندسازی معادن

۱. استفاده از فناوری‌های پیشرفته

برای هوشمند شدن، معادن و صنایع باید فناوری‌های دیجیتال پیشرفته‌ای را به کار بگیرند که امکان خودکارسازی، نظارت بلادرنگ و تصمیم‌گیری مبتنی بر داده را فراهم می‌کنند. فناوری‌های کلیدی شامل موارد زیر هستند:

الف. اینترنت اشیا (IoT)

نیاز: نصب دستگاه‌ها و سنسور‌های IoT در سراسر عملیات معدن‌کاری و صنعتی برای جمع‌آوری داده‌های بلادرنگ درباره عملکرد تجهیزات، شرایط محیطی و معیار‌های ایمنی.

هدف: IoT امکان نظارت مستمر، نگهداری پیش‌بینانه و بهبود کارایی عملیاتی را فراهم می‌کند.

ب. هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML)

نیاز: پیاده‌سازی الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای تحلیل داده‌های بزرگ و شناسایی الگوها، ناکارآمدی‌ها و فرصت‌های بهینه‌سازی.

هدف: این فناوری‌ها در تحلیل پیش‌بینانه، تشخیص ناهنجاری‌ها و بهینه‌سازی فرآیند‌ها کمک می‌کنند و منجر به صرفه‌جویی در هزینه و بهبود بهره‌وری می‌شوند.

ج. محاسبات لبه‌ای (Edge Computing)

نیاز: استفاده از محاسبات لبه‌ای برای پردازش داده‌ها در نزدیکی منبع تولید داده (مانند سنسور‌ها و ماشین‌ها) به جای اتکای صرف به سیستم‌های ابری متمرکز.

هدف: کاهش تأخیر، بهبود زمان پاسخ و اطمینان از عملکرد مطمئن در محیط‌های دورافتاده یا سخت.

د. رایانش ابری (Cloud Computing)

نیاز: سرمایه‌گذاری در پلتفرم‌های مبتنی بر ابر برای ذخیره‌سازی، پردازش و دسترسی از راه دور به داده‌ها.

هدف: امکان مقیاس‌پذیری، انعطاف‌پذیری و مدیریت عملیات از هر مکان را فراهم می‌کند و از نظارت و همکاری از راه دور پشتیبانی می‌کند.

ه. وسایل نقلیه خودران و پهپاد‌ها

نیاز: ادغام وسایل نقلیه بدون راننده، پهپاد‌ها و رباتیک برای انجام وظایفی مانند حمل مواد، بررسی سایت و بازرسی.

هدف: ایمنی را با کاهش مواجهه‌ی انسان با محیط‌های خطرناک بهبود می‌بخشد و سرعت و دقت عملیاتی را افزایش می‌دهد.

و. تحلیل داده‌ها و تحلیل پیش‌بینانه

نیاز: استفاده از ابزار‌های پیشرفته‌ی تحلیل داده‌ها برای تفسیر حجم زیادی از داده‌ها و پیش‌بینی روند‌های آینده، خرابی تجهیزات و نیاز‌های نگهداری.

هدف: امکان تصمیم‌گیری پیش‌گیرانه را فراهم می‌کند، زمان توقف عملیات را کاهش می‌دهد و تخصیص منابع را بهینه می‌کند.

۲. تحول دیجیتال و اتصال

نیاز: ایجاد یک زیرساخت دیجیتال قوی که از اتصال بی‌وقفه بین دستگاه‌ها، سیستم‌ها و ذینفعان پشتیبانی کند.

هدف: اطمینان از ارتباط بلادرنگ، اشتراک‌گذاری داده‌ها و یکپارچه‌سازی در تمام سطوح عملیاتی، از میدان تا مدیریت.

۳. تمرکز بر پایداری

نیاز: اجرای شیوه‌های پایدار مانند تحلیل چرخه‌ی عمر، نقشه‌برداری فرآیند و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر.

هدف: تأثیرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد، ضایعات را به حداقل می‌رساند و با ابتکارات جهانی آب‌وهوایی همسو می‌شود، که باعث بهبود شهرت شرکت و رعایت مقررات می‌شود.

۴. آموزش و توسعه مهارت‌های نیروی کار

نیاز: سرمایه‌گذاری در برنامه‌های آموزشی برای ارتقای مهارت‌های کارکنان در زمینه فناوری‌های دیجیتال، تحلیل داده‌ها و سیستم‌های هوشمند.

هدف: اطمینان از اینکه نیروی کار می‌تواند به طور مؤثر فناوری‌های پیشرفته را اداره و نگهداری کند، که فرهنگ نوآوری و انطباق‌پذیری را تقویت می‌کند.

۵. بهبود ایمنی

نیاز: استقرار سیستم‌های نظارتی هوشمند، دستگاه‌های پوشیدنی و پروتکل‌های ایمنی خودکار برای بهبود ایمنی محیط کار.

هدف: حوادث را کاهش می‌دهد، رفاه کارکنان را بهبود می‌بخشد و اطمینان از رعایت مقررات ایمنی را فراهم می‌کند.

۶. همکاری و مشارکت ذینفعان

نیاز: مشارکت با ذینفعان، از جمله جوامع محلی، دولت‌ها و سرمایه‌گذاران، برای اطمینان از همسویی در اهداف پایداری و رعایت مقررات.

هدف: اعتماد ایجاد می‌کند، حمایت از پروژه‌ها را تضمین می‌کند و چالش‌های سیاسی و اجتماعی را کاهش می‌دهد.