طراحی دقیق شبکه اختصاصی، زیرساخت معدنکاری هوشمند

به گزارش می‌متالز، کارشناسان حوزه معدن معتقد هستند که آینده استخراج از معدن را در فرآیند‌های مرتبط با استخراج هوشمند باید جست‌وجو کنیم و اتفاقی که با فناوری‌های اینترنت اشیا (IoT) و هوش مصنوعی (AI) امکانپذیر می‌شود. صنعت معدن در جهان با درآمد ۲۰۰۰ میلیارد دلاری از بسیاری جهات یکی از پرتقاضاترین صنعت‌هاست: ارتباطات، ایمنی، الزامات قانونی، پایداری و چالش‌های دیگر که باید در همه سایت‌های معدن مورد توجه قرار گیرند.

کنشگران صنایع معدنی و فلزی با سرمایه‌گذاری در اینترنت اشیا و هوش مصنوعی، می‌توانند سودآوری، امنیت و انطباق قانونی با سیستم‌های خودکار قدرتمند، سنجش محیطی، ایمنی کارگران، سیستم‌های آموزشی و همچنین طیف گسترده‌ای از ابزار‌های بهره‌وری و مدیریت دارایی‌ها را به شکل موفقی حفظ و تقویت کنند.

عملیات استخراج هوشمند برای بهره‌مندشدن از تمام مزیت‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی، به استفاده از انواع مختلف شبکه‌های فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) نیاز دارد. اما شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی (۴G/LTE و ۵G) زیرساخت‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی هستند. لیکن در معادن شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی، اتصال قابل اعتماد، کم تأخیر و با ظرفیت بالایی فراهم می‌کنند که دستگاه‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی برای کارامدی واقعی در محیط استخراج به آن نیاز دارند.

با این حال، شبکه بی‌سیم اختصاصی و به ویژه ۵G برای صنعت معدن هنوز گزینه نسبتا جدیدی است. در شرایطی که تقریباً ۱۰۰ هزار سایت استخراج در سراسر جهان وجود دارد، برآورد‌ها نشان می‌دهد فقط ۲۰۰ سایت دارای شبکه بی‌سیم اختصاصی هستند و بیشتر آن‌ها احتمالاً شبکه‌های ۴G/LTE دارند. باید توجه داشت طراحی شبکه بی‌سیم برای عملیات استخراج معدن، چالش‌برانگیزتر از طراحی این شبکه در مکان‌هایی مانند مراکز خرید، کارخانه‌ها، بنادر و انبار‌ها است.

با توجه به متغیر‌های مختلفی که در امر طراحی شبکه بیسیم جهت عملیات استخراج معدن باید در نظر گرفته شوند، برای اینکه بتوانیم ایجاد شبکه‌های ارتباطی استخراج معدن هوشمند را مقرون بصرفه و مؤثرتر کنیم، در نظر گرفتن مواردی همچون طراحی دقیق شبکه، پیش‌بینی مناطق تحت پوشش و بررسی‌های محلی، حیاتی هستند.

چالش‌های منحصر به فرد برای شبکه

با توجه به اهمیت حیاتی ایمنی در سایت‌های استخراج معدن و در نظر گرفتن وسعت و ناهمواری مربوطه، شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی می‌توانند پوشش مؤثر و اتصالات کم‌تأخیر مورد نیاز برای انواع برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا و هوش مصنوعی را در مناطقی فراهم کنند. بسیاری از سایت‌های معدن محیط‌های روزمینی و زیرزمینی را با هم ترکیب می‌کنند. این کار سبب می‌شود طراحی و ارائه پوشش ارتباطی جامع و قابل اعتماد برای کل عملیات دشوار باشد.

برای طراحی و استقرار شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی مناسب که از استخراج معدن هوشمند پشتیبانی کنند، مهندسین شبکه باید به سه چالش مهم توجه داشته باشند:

۱.مکان‌های بزرگ و پیچیده

نخستین چالش، مسائل جغرافیایی است. معدن‌ها ممکن است شعاع ۱۰ کیلومتری یا بیشتر داشته باشند و دارای تونل‌های متعددی به طول ده‌ها و حتی صد‌ها کیلومتر باشند. نقشه‌برداری فیزیکی از محیط نیز بسیار چالش‌برانگیز است. شبکه‌ها نه‌تن‌ها باید مناطق وسیع بلکه مناطق بسیار ناهموار را هم در روی زمین و هم در زیر زمین تحت پوشش قرار دهند. گودال‌های عمیق، تونل‌ها و چاه‌های زیرزمینی و ریل‌های راه‌آهن، همگی عواملی هستند که چالش‌هایی را برای پوشش شبکه ایجاد کرده و محدودیت‌هایی را بر مکان‌های ایمن جهت بهره‌گیری از عناصر اصلی آن تحمیل می‌کنند.

چالش برانگیزبودن محیط باعث می‌شود شرکت‌های استخراج معدن به راهی برای پوشش دادن دقیق منطقه معدن و چشم‌انداز آن نیاز داشته باشند.

برای رفع این چالش شرکت فناپ زیرساخت این امکان را در اختیار بهره‌برداران قرار می‌دهد که با استفاده از داده‌های سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) مدل سه‌بعدی درست و دقیقی از جمله شامل گونه‌شناسی‌های مختلف از محیط اطراف مانند کوه‌ها یا دره‌ها ایجاد کنند.

۲.مواد خطرناک در محیط‌های پویا

چالش دوم، مسائل لجستیکی است. وجود فلزات در همه نقاط محیط‌های استخراج معدن مانند سنگ معدن در دیواره‌های معدن و همچنین کامیون‌های معدنی ۴۰۰ تنی، جرثقیل‌های فلزی و نوار‌های نقاله، مهمترین مانع در برقراری ارتباطات بی‌سیم هستند. همچنین وجود مواد خطرناک در معادن، مانند مواد منفجره برای انفجار سنگ‌ها و گاز‌های بالقوه خطرناک مانند متان، ایجاب می‌کند که برای جلوگیری از خطرات خاص، تجهیزات متصل به شبکه، متحرک باشند. در همین حال، برای نظارت‌های امنیتی، نظارت بر شرایط محیطی و محاسبه سطح انبارها، دستگاه‌های متصل مانند پهپاد‌ها به طور فزایندهای مورد استفاده قرار می‌گیرند. معادن محیط‌های بسیار پویایی هستند که در آن‌ها چاه‌ها و تونل‌های جدید با تمام یا بسته شدن دیگر چاه‌ها و تونل‌ها به طور مرتب ایجاد می‌شوند. همه این چالش‌های لجستیکی، برنامه‌ریزی جهت تغییرات و به‌ روز رسانی طرح شبکه را به یک فرآیند مداوم تبدیل می‌کنند.

۳.ضرورت پوشش یکپارچه و افزونگی

سومین چالش مهم، مسائل فنی است. دستگاه‌های هوش مصنوعی و اینترنت اشیا به پوشش یکپارچه نیاز دارند، زیرا ماشین‌های سنگین را در محیطی غیرقابل پیش‌بینی و اغلب خطرناک بکار می‌اندازند و هماهنگ می‌کنند. افزونگی (Redundancy) بسیار مهم است، همانطور که برنامه‌ریزی و آزمایش مداوم برای اطمینان از یکپارچه باقی ماندن اتصال، حیاتی است.

منظور از «افزونگی» در اینجا، بکارگیری زیربخش‌های مشابه در یک سامانه است تا به صورت موازی عملکرد کلی سامانه در شرایط اضطرار یا خطا تضمین شود.

چالش‌ها، ۵ ملاحظه مهم برای طراحی شبکه ایجاد می‌کنند

طراحی شبکه موثر برای عملیات استخراج هوشمند، با به حداقل رساندن امکان ایجاد رخنه در پوشش شبکه و اختلالات احتمالی که می‌توانند پرهزینه و خطرناک باشند، با این چالش‌ها مقابله می‌کند. برای این منظور لازم است طراحان شبکه روی پنج ملاحظه قابل توجه برای طراحی موثر شبکه اختصاصی تمرکز کنند.

۱-پوشش

چالش‌های فیزیکی که بعنوان اولین چالش در طراحی شبکه از آن‌ها یاد شد، در عملیات استخراج معدن، ایجاد و حفظ پوشش، شبکه پایدار را با دشواری همراه می‌کنند. برای مثال، تغییر ماهیت و تعداد تونل‌های زیرزمینی فقط از طریق اتصال‌های بی‌سیم محلی و سفارشی قابل پوشش دادن هستند. چاه‌های عمیق چالش‌های مهمی برای اتصال ایجاد می‌کنند و مقابله با اثرات نوسانات قدرت سیگنال (shadowing effects) نیازمند شبکه‌های سلولی کوچک محلی (local small cells) یا هد‌های رادیویی (radio heads) است. با تغییر مکان‌نگاری سایت در طول زمان، ممکن است لازم باشد زیرساخت شبکه جابجا شود تا بتوانیم پوشش مورد نیاز برای پشتیبانی از عملیات در حال انجام را تامین کنیم.

۲-کنترل

با توجه به چالش‌های موجود برای پوشش شبکه، کنترل سطح عملکرد دشوار است. برای حفظ کنترل، اپراتور‌ها باید شبکه‌های خود را طبقه‌بندی کنند تا مطمئن شویم باند‌های دارای بالاترین عملکرد، همیشه برای حیاتی‌ترین عملیات در دسترس هستند. متصدیان استخراج معدن همچنین باید سازوکار‌هایی را برای امنیت سایبری انتخاب کنند تا با بهترین روال و مقررات خاص آن بخش و الزامات عملکرد اینترنت اشیا و هوش مصنوعی هماهنگ شوند. برای آن دسته از برنامه‌های کاربردی که نیازمند زحمت و مهارت هستند مانند پخش فیلم یا کنترل از راه دور و کم‌تاخیر ماشین‌آلات، متصدیان می‌بایست نسبت به بهینه سازی مدیریت منابع رادیویی اقدام نمایند.

۳-هزینه

هرچند استقرار و حفظ یک شبکه بی‌سیم درصد کمی از هزینه کلی عملیات و مدیریت معدن را تشکیل می‌دهد، اما مهم است مطمئن شویم که ایجاد شبکه، تعادل ایده‌آلی بین هزینه و عملکرد را فراهم می‌کند.

۴- یکپارچه‌سازی ابری

طراحان شبکه باید یکپارچه‌سازی ابری را نیز در نظر داشته باشند. اتصال شبکه بی‌سیم به محیط رایانش ابری می‌تواند به بهینه‌سازی عملیات، به ویژه هنگام استفاده از هوش مصنوعی و اینترنت اشیا کمک کند. اما استفاده از پردازش مبتنی بر ابر، تقاضای بسیار بیشتری برای داده‌ها در شبکه ایجاد می‌کند.

۵- جبران خسارت

شبکه بی‌سیم باید برای بقیه عملیات استخراج، ارزش افزوده ایجاد کند. هنگام ارزیابی اثربخشی یک شبکه بی‌سیم، طراحان باید در نظر بگیرند که این شبکه چگونه با بهبود بهره‌وری و مدیریت دارایی به افزایش درآمد کمک می‌کند و در عین حال هزینه‌های ایجاد شده را از طریق عواملی مانند توقف کار و آسیب‌ها را کاهش می‌دهد.

ابزار‌های پیشرفته چالش‌ها را برطرف می‌کنند

به طور کلی می‌توان گفت عملیات استخراج معدن از یکپارچه‌سازی فناوری‌های هوش مصنوعی و اینترنت اشیا که استخراج هوشمند را امکان‌پذیر می‌سازند، بسیار سود می‌برد. این در حالی است که ماهیت بسیار پیچیده محیط‌های استخراج معدن، باعث می‌شود خطرات مرتبط با طراحی ضعیف شبکه بی‌سیم در این محیط‌ها به طور قابل‌توجهی بیشتر از سایر فضا‌ها باشد.

طراحی دقیق شبکه، پیش‌بینی پوشش و بررسی محل، اولین و بهترین فرصت را برای بهینه‌سازی استقرار شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی در عملیات استخراج فراهم می‌کنند. متصدیان استخراج معدن می‌توانند با یکپارچه‌سازی و بکارگیری ابزار‌های مناسب، پوشش ارتباطی مورد نیاز را به طور دقیق تعیین کنند، هزینه و عملکرد را متعادل سازند، استقرار شبکه را ساده و پربازده کنند و در مسیر تحول دیجیتال معدن برای تحقق معدنکاری هوشمند، خطرات را به حداقل و کارایی را به حداکثر برسانند.

تجربه یکپارچه‌سازی در ایران

در ایران شرکت دانش‌بنیان فناپ زیرساخت راهکار‌هایی برای یکپارچه‌سازی ارائه کرده است که با کمک آنها، محیط استخراج سطحی یا زیرزمینی معادن با عناصر شبکه در فضای باز یا بسته و با تحلیل‌های لازم برای رسیدن به شاخص‌های کلیدی عملکرد در زمینه الزامات شبکه، مدل‌سازی می‌شوند. راهکار‌های همه‌جانبه‌های که برای طراحی و برنامه‌ریزی شبکه‌های بی‌سیم در محیط‌های استخراج باز ارائه شده است و تمام آنچه را که برای پیش‌بینی و طراحی پوشش/کیفیت هر عملیات استخراج هوشمند سطحی نیاز است، در اختیار صاحبان معادن قرار می‌دهد.

برای عملیات استخراج هوشمند زیرزمینی، این مجموعه دانش بنیان با استفاده از نرم‌افزار‌های جامع نسبت به طراحی شبکه‌های بی‌سیم در فضا‌های مورد مربوطه اقدام می‌کند. این نرم‌افزارها، بررسی‌های محلی زمان‌بر و پرهزینه را حذف می‌کنند و هنگام طراحی، نمایی کلی از داده‌های کلان و داخلی را در اختیار صاحبان صنایع معدنی و فلزی قرار می‌دهند. این نرم‌افزار‌ها برای انجام اندازه‌گیری‌ها به منظور اعتبارسنجی طراحی و تنظیم ماژول‌های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مجتبی ابدالی، مدیر ارشد پروژه‌های یکپارچگی زیرساخت صنعتی فناپ زیرساخت

منبع: https://blog.ibwave.com/accurate-private-network-design-is-the-key-to-smart-mining

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین