آینده صنعت معدن در آینه اتوماسیون
توسعه بکارگیری ربات‌ها و شیوه‌های خودکارسازی در معدنکاری
سیدمهدی حسینی مدیرارشد صنعت هوشمند فناپ زیرساخت
در طول ده‌های اخیر فناوری، اتوماسیون صنایع متعددی را متحول کرده، بخش معدن هم در این سال‌ها استفاده از فناوری رباتیک را آغاز کرده است. از آنجا که شرکت‌های معدنی از سوی جوامع با فشار فزاینده‌ای برای بهبود بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها و افزایش ایمنی کارگران روبرو هستند، بهره‌گیری از ربات‌های معدنی روزبهروز رواج بیشتری مییابد. ربات‌های معدنی از کامیون‌های خودران گرفته تا دستگاه‌های حفاری کنترل از راه دور، در حال تغییر چهره این صنعت حیاتی هستند.
خودکارسازی، پاسخگوی کدام چالشهای صنعت معدن است؟
صنعت معدن با چالشهای متعددی روبه‌روست که اکنون به عامل محرکی برای پذیرش فناوری خودکارسازی تبدیل شده‌اند. این چالشهای اصلی عبارتند از: مسائل ایمنی، تأثیرات زیست‌محیطی و کمبود نیروی کار
- مسائل ایمنی در معدن
ایمنی کارکنان همواره از چالشهای اساسی در بخش معدن است. معدنکاری صنعتی خطرناک است زیرا کارگران در معرض انواع خطرات قرار دارند. از رایج‌ترین خطرات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- خطرات فیزیکی: ریزش آوار، ریزش سنگ، انفجار، آسیب شنوایی، تصادف وسایل نقلیه، غرق شدن، لرزش و ارتعاش ناشی از ماشین‌آلات سنگین و سایر آسیب‌های فیزیکی
- خطرات زیستی: قرارگرفتن در معرض گازهای سمی، گردوغبار، حلال‌های مختلف مورد استفاده در جداسازی مواد معدنی و فلزات سنگین
- خطرات ارگونومیک: آسیب‌های تجمعی ناشی از بلندکردن اجسام سنگین و حرکات تکراری، قرار گرفتن بیش از حد در معرض دماهای بالا یا پایین و آسیب‌های اسکلتی- عضلانی مرتبط با وظایف معدنکاری
- تقاضای فزاینده برای پایداری زیست‌محیطی
صنعت معدن با فشار روزافزونی از سوی رهبران جهان برای کاهش اثرات زیست‌محیطی مواجه است. مهم‌ترین منابع انتشار آلاینده‌ها در این صنعت عبارت از مصرف انرژی، حملونقل، فرآوری و پالایش مواد معدنی و تغییر کاربری زمین است.
استخراج معدن برای تأمین انرژی تجهیزات و ماشین‌آلات و همچنین گرمایش، تهویه و روشنایی به انرژی قابل توجهی نیاز دارد. این انرژی اغلب از سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود که گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن، متان و اکسید نیتروژن آزاد میکنند. صنعت معدن برای جابجایی تجهیزات، مواد و محصولات به شدت به حملونقل متکی است و این حملونقل باعث انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از سوختن سوخت‌های فسیلی در کامیون‌ها، کشتی‌ها و سایر وسایل نقلیه می‌شود. همچنین استخراج و فرآوری مواد معدنی و فلزات بویژه در مرحله پالایش می‌تواند میزان قابل توجهی گازهای گلخانه‌ای منتشر کند. بعنوان مثال، ذوب سنگ معدن فلز نیازمند دمای بالا و واکنش‌های شیمیایی است که گازهای گلخانه‌ای و سایر آلاینده‌ها را آزاد میکنند. فرایند استخراج همچنین می‌تواند از طریق تغییر کاربری زمین، مانند جنگل‌زدایی، تخریب خاک و نابودی زیستگاه‌ها، در افزایش گازهای گلخانه‌ای مؤثر باشد. این فعالیت‌ها کربن ذخیره‌شده در درختان و خاک را آزاد میکنند و موجب نابودی اکوسیستم‌های محلی میشوند.
- کمبود نیروی کار ماهر
صنعت معدن با کمبود نیروی کار ماهر مواجه است؛ مشکلی که می‌تواند تداوم عملیات و پاسخگویی به تقاضا را دشوار کند. یک گزارش از شرکت مکنزی نشان میدهد ۴۲ درصد از پاسخ‌دهندگان تمایلی به انتخاب شغل در بخش معدن ندارند. این آمار نگران‌کننده، بیانگر دشواری فزاینده در جذب نیروی کار برای عملیات معدنی است. بطور کلی شرکت‌های معدنی از جهات مختلفی با چالش‌هایی مواجه‌اند که توانایی آنها را در ارائه نتایج مطلوب محدود می‌کند. از این‌رو، بخش معدن بیش از پیش به سمت خودکارسازی می‌رود تا بتواند در فضای رقابتی صنعت باقی بماند و با چالشهای ناشی از کمبود نیروی کار، تحولات فناورانه و فشارهای ژئوپلیتیک مقابله کند.
خودکارسازی چه مزیت‌هایی برای صنعت معدن دارد؟
چالش‌هایی که شرکت‌های معدنی با آنها روبه‌رو هستند گاهی بسیار گسترده به نظر می‌رسند. با این حال، خودکارسازی می‌تواند گامی مؤثر برای حل این مشکلات باشد.
- کاهش ریسک
یکی از مهم‌ترین مزایای خودکارسازی در صنعت معدن، بهبود ایمنی است. قرار گرفتن مستقیم در معرض فرایندهای معدنی و کار با تجهیزات، خطراتی را برای نیروی کار به همراه دارد. با خودکارسازی فرایندها، شرکت‌ها بطور مستقیم خطر آسیب به اپراتورهایشان را کاهش می‌دهند.
فعالیت‌های معدنی میتوانند خطرناک باشند و خودکارسازی با حذف نیروی انسانی از محیط‌های پرخطر، احتمال وقوع حوادث و تلفات را کاهش میدهد. افزون بر این، تجهیزات معدنی خودکار قادرند با پایش مداوم عملکرد ماشین‌آلات و شناسایی مشکلات احتمالی به جلوگیری از خرابی‌های ناگهانی و بروز حوادث کمک کنند.
- نگرانی‌ها در حوزه محیط زیست و پایداری
خودکارسازی می‌تواند به پایداری بیشتر صنعت معدن نیز کمک کند. خودکارسازی با بهینه‌سازی مصرف منابع و کاهش اثرات زیست‌محیطی، عامل پایدارتر شدن عملیات معدنی است. برای مثال، تجهیزات خودکار میتوانند مصرف انرژی را بهینه کنند. مصرف انرژی مقدار قابل‌توجهی از گازهای گلخانه‌ای را وارد جو می‌کند؛ موضوعی که رهبران سیاسی در تلاش برای محدودسازی آن هستند. خودکارسازی می‌تواند به کاهش مصرف آب کمک کند. انتقال بیش از حد آب به مجموعه‌ای از مشکلات زیست‌محیطی مانند ایجاد فروچاله‌ها و آسیب به حیات‌وحش منجر می‌شود. چنین مسائلی میتوانند باعث خسارت به زیرساخت‌ها و پیامدهای جدی برای انسان‌ها و محیط زیست شوند.
با افزایش نظارت‌ها بر فعالیت‌های معدنی، توجه به نقش خودکارسازی در کمک به این صنعت برای پایبندی به مقررات زیست‌محیطی و الزامات پایداری اهمیت بیشتری یافته است.
- پر کردن شکاف نیروی کار
با توجه به اینکه میانگین سنی نیروی کار در صنعت معدن رو به بالا می‌رود و جذب استعدادهای جدید دشوار شده است، خودکارسازی می‌تواند به پر کردن این شکاف کمک کند. تجهیزات خودکار میتوانند انجام کارهایی که به نیروی انسانی نیاز دارند را عهده‌دار شوند. ربات‌ها امکان بکارگیری نیروی انسانی را در نقش‌های دیگری که به مهارت‌های پیشرفته‌تری نیاز دارند، مانند تعمیر، برنامه‌ریزی، عملیات و سایر فرصت‌های پیشرفت برای افراد توانمند فراهم میکنند. این موضوع می‌تواند به کاهش هزینه‌های نیروی کار و افزایش بهره‌وری کمک کند و در بلندمدت صنعت معدن را رقابتی‌تر کند.
کاربردهای استاندارد خودکارسازی در معدن
فناوری خودکارسازی در صنعت معدن در حوزه‌های مختلفی مثل حملونقل، حفاری، انفجار و اکتشاف کاربرد دارد. رباتهایی که برای این کاربردها مورد استفاده قرار میگیرند بسته به وظیفه خاص و نیازهای عملیات معدنی متفاوت هستند. ربات‌های معدنی منحصربفرد هستند زیرا بسیاری از آنها نیمه‌خودکار یا بطور کامل خودکار هستند و حالت‌های قابل تغییر دارند. ربات‌های معدنی همچنین برای نیازهای ویژه عملیات معدنی ساخته میشوند. با این حال، برخی از انواع رایج ربات‌ها در صنعت معدن شامل کامیون‌های خودران، ربات‌های حفاری و سیستمهای نقاله رباتیک هستند.
- حمل و نقل
یکی از کارهای کلیدی در معدن حملونقل است. حملونقل برای انتقال مواد از گودال به محل بارگیری برای فرآوریهای بیشتر ضروری است. این کار را اپراتورهای انسانی با هدایت کامیون‌های معدنی بزرگ انجام می‌دهند. با این حال شرکت‌های معدنی استفاده از کامیون‌های خودران را برای عملیات حملونقل مفید می‌دانند. کامیون‌های خودران بطور معمول در معادن روباز استفاده میشوند و سنگ معدن و مواد زائد را بدون نیاز به راننده حمل میکنند. واحدهای خودران مشابه کامیون‌های حمل معمولی هستند و به مجموعه‌ای از حس‌گرها برای برنامه‌ریزی مسیر، جلوگیری از برخورد با مانع و ردیابی جیپیاس مجهزاند. چند کامیون خودران میتوانند بعنوان یک ناوگان متصل با سیستمهای مدیریت ناوگان کار کنند.
این کامیون‌ها که بعنوان سیستمهای حمل خودران شناخته میشوند، از ترکیبی از حس‌گرها و فناوری جیپیاس برای پیمایش سایت معدن و حمل مواد بصورت ایمن و کارآمد استفاده میکنند. در مقایسه با رانندگان انسانی، کامیون‌های خودران میتوانند در ۲۴ ساعت شبانه‌روز و ۷ روز هفته فعالیت کنند، خطر تصادفات را کاهش دهند و مسیرها را به بهترین شکل تنظیم کنند تا مصرف سوخت را کاهش و بهره‌وری را افزایش دهند.
کامیون‌های خودران به شرکت‌های معدنی کمک میکنند تا ایمنی را افزایش و مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند، بهره‌وری را بالا ببرند و با کمبود نیروی کار مقابله کنند.
- حفاری و انفجار
ربات‌های حفاری در عملیات استخراج معادن زیرزمینی برای حفر چاله با هدف انفجار یا اکتشاف استفاده میشوند. ربات‌های حفاری به شکل ربات‌های کاوش‌گر و تجهیزات انفجار در مقیاس کامل هستند. این ساختارها، تحرک و قدرت حفاری کافی را فراهم می‌کند. پلتفرم‌های حفاری و انفجار خودران به مجموعه‌ای از حس‌گرها مجهزند. سیستمهای جیپیاس و سیستمهای بینایی ماشین به هدایت مسیر و برنامه‌ریزی برای آن کمک می‌کتند. ابزارهای اندازه‌گیری پیشرفته این سیستم‌ها را قادر می‌سازند اطلاعاتی مانند اندازه و توزیع قطعات سنگی پس از انفجار را گزارش دهند. این داده‌ها به یک سیستم کنترل ارسال میشوند و به اپراتورها امکان می‌دهند داده‌های مربوط به انفجارهای گذشته را در سطح کل ناوگان بهینه‌سازی کنند.
این ربات‌ها میتوانند در مناطقی که دسترسی به آنها برای اپراتورهای انسانی خطرناک یا دشوار است، مانند تونل‌های باریک یا ساختارهای سنگی ناپایدار فعالیت کنند. ربات‌های حفاری همچنین میتوانند دقت و سرعت حفاری را بهبود ببخشند و ضایعات را کاهش و بهره‌وری را افزایش دهند.
ربات‌های حفاری با ایجاد امکان افزایش ایمنی کارکنان، بالا بردن بهره‌وری و کاهش ضایعات به شرکت‌های معدنی کمک میکنند چالشهای متعدد پیش روی خود را حل کنند.
- اکتشاف
در صنعت معدن ربات‌ها بطور فزاینده‌ای برای انجام وظایف اکتشافی، مانند نقشه‌برداری و کاوش منابع به کار گرفته میشوند. ربات‌های کاوش‌گر، پهپادها و ربات‌های زیردریایی از رایج‌ترین ابزارهای مورد استفاده در این زمینه‌اند. این ربات‌ها به حس‌گرها و دوربین‌هایی مجهزند که میتوانند ویژگی‌های زمین‌شناسی را شناسایی و نمونه‌های خاک را تحلیل کنند. چنین رباتهایی قادرند در مکان‌های دورافتاده و خطرناکی مانند تونل‌های زیرزمینی، بسترهای عمیق دریا و مناطق قطبی که دسترسی انسان به آنها دشوار است فعالیت کنند.
روش‌های سنتی اکتشاف میتوانند پرهزینه، خطرناک و همراه با آسیب‌های زیست‌محیطی باشند. یافتن اپراتورهای انسانی دشوارتر و هزینهبرتر از ربات‌های معدنی است. افزون بر این، اکتشاف ممکن است در تونل‌های ناپایدار که مستعد ریزش یا سیل هستند خطرناک باشد.
اکتشاف رباتیک می‌تواند هزینه‌های اکتشاف و خطرات جانی برای نیروی انسانی را کاهش دهد. فراتر از این، ربات‌ها میتوانند آسیب زیست‌محیطی عملیات معدنی را کاهش دهند، زیرا با کمک آنها می‌توان منابع معدنی را بدون نیاز به حفاری و خاک‌برداری وسیع شناسایی کرد.
در مجموع، فناوری خودکارسازی پیشرفت‌ها و مزایای چشمگیری برای صنعت معدن به همراه داشته است. با ادامه چالش‌هایی مانند کمبود نیروی کار و افزایش مقررات زیست‌محیطی، فناوری‌های خودکارسازی نقشی حیاتی در موفقیت آینده این صنعت ایفا خواهند کرد.
شرکت‌های معدنی با پذیرش فناوری رباتیک میتوانند با چالشهای تهدیدکننده رشد صنعت مانند نگرانی‌های ایمنی، مقررات زیست‌محیطی و تقاضا برای پایداری و محدودیت‌های نیروی انسانی غلبه کنند.
جایگاه کنونی صنعت معدن در مسیر خودکارسازی
بخش معدن به این علت که در گذشته به فناوری‌های شناخته‌شده و قابل اعتمادی متکی بوده، از فناوری اتوماسیون یا خودکارسازی دوری کرده است. افزون بر این، چون عملیاتهای معدنی از نظر مقیاس، گسترده و پیچیده هستند. ایجاد تحول و پیادهسازی فناوری‌های اتوماسیون در فرایندهای کاری این شرکت‌ها چالشهای زیادی دارد. چنین تحولی بطور معمول نیازمند سه عنصر اصلی است:
- پیادهسازی فناوری
- انطباق عملیاتهای موجود
- تغییر فرهنگ و قابلیت‌های صنعت معدنکاری
پیادهسازی فناوریِهای موردنیاز، بدون همگام‌سازی عملیات موجود و تغییر فرهنگ سازمانی، به نتیجه مطلوب نمی‌رسد. با این حال، با سرمایه‌گذاری بیشتر تولیدکنندگان تجهیزات اصلی در فناوری خودکارسازی صنعت معدن، هم‌اکنون شرکت‌های معدنی موفقیت‌هایی را در این زمینه تجربه میکنند. این موفقیت‌ها، یک سری مطالعات موردی را در اختیار شرکت‌های معدنی قرار می‌دهند و آنها میتوانند در پروژه‌های خودکارسازی‌شان از نتایحج این مطالعات به‌عنوان الگو استفاده کنند. افزون بر این، تولیدکنندگان تجهیزات اغلب به شرکت‌ها مشاوره می‌دهند تا خودکارسازی را در عملیاتهای موجود خود یکپارچه کرده و فرهنگ سازمانی‌شان را برای پذیرش خودکارسازی متحول کنند.
ارسال نظر