کلید تحول دیجیتال در معادن

‌می‌متالز - با یکپارچه سازی فرآیند‌ها در معدن‌کاری هوشمند تحول دیجیتال معادن را کلید بزنیم؛ صنعت معدن در جهان که با درآمد ۲۰۰۰ میلیارد دلاری از پرتقاضاترین صنعت هاست، چالش‌های مختلفی دارد از ارتباطات، ایمنی، الزامات قانونی، پایداری و... که باید در همه سایت‌های معدن مورد توجه قرار بگیرند. در این میان روند‌ها نشان می‌دهد فرآیند استخراج از معدن، با کمک فناوری‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی رفته رفته هوشمند می‌شود.

به گزارش می‌متالز، 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 بهره مندشدن از تمام مزیت‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی، به استفاده از انواع مختلف شبکه‌های فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) نیاز دارد و شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی (۴ G/LTE و۵ G) زیرساخت‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی هستند. اما در معادن شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی، اتصال قابل اعتماد، کم تاخیر و با ظرفیت بالایی فراهم می‌کنند که دستگاه‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی برای کارآمدی واقعی در محیط استخراج به آن نیاز دارند.

با این حال، شبکه بی‌سیم اختصاصی و به‌ویژه ۵ G برای صنعت معدن هنوز گزینه نسبتا جدیدی است. در شرایطی که تقریبا ۱۰۰هزار سایت استخراج در سراسر جهان وجود دارد، برآورد‌ها نشان می‌دهند فقط ۲۰۰ سایت دارای شبکه بی‌سیم اختصاصی هستند و بیشتر آن‌ها احتمالا شبکه‌های ۴ G/LTE دارند. باید توجه داشت طراحی شبکه بی‌سیم برای عملیات استخراج معدن، چالش برانگیزتر از طراحی این شبکه در مکان‌هایی مانند مراکز خرید، کارخانه‌ها، بنادر و انبارهاست.

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

چالش‌های منحصربه‌فرد برای شبکه

با توجه به اهمیت حیاتی ایمنی در سایت‌های استخراج معدن و در نظر گرفتن وسعت و ناهمواری ها، شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی می‌توانند پوشش موثر و اتصالات کم تاخیر مورد نیاز برای انواع برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا و هوش مصنوعی را 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، مهندسان 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. نقشه برداری فیزیکی از محیط نیز بسیار چالش برانگیز است. شبکه‌ها نه تن‌ها 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 راه آهن، 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 برانگیز بودن 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 بهره برداران قرار می‌دهد که با استفاده از داده‌های سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) مدل سه بعدی درست و دقیقی از جمله شامل گونه شناسی‌های 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 به‌طور 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 به‌طور مرتب ایجاد می‌شوند. همه این چالش‌های لجستیکی، برنامه ریزی جهت تغییرات و به روز‌رسانی 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 به کار می‌اندازند و هماهنگ می‌کنند. افزونگی (Redundancy) بسیار مهم است، همان‌طور که برنامه ریزی و آزمایش مداوم برای اطمینان از یکپارچه باقی ماندن اتصال، حیاتی است.

منظور از «افزونگی» در اینجا، به‌کارگیری زیربخش‌های مشابه در یک سامانه است تا به‌صورت 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 قابل‌توجه برای طراحی موثر شبکه اختصاصی تمرکز کنند.

۱. پوشش

چالش‌های فیزیکی که به عنوان 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 مکان نگاری سایت در طول زمان، ممکن است لازم باشد زیرساخت شبکه جابه‌جا شود تا بتوانیم پوشش موردنیاز 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 طبقه بندی 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 کم تاخیر ماشین آلات، متصدیان باید نسبت به بهینه‌سازی مدیریت منابع رادیویی اقدام کنند.

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 ایده آلی 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، به‌ویژه 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 کاهش می‌دهد.

ابزار‌های پیشرفته چالش‌ها را برطرف می‌کنند

به‌طور کلی می‌توان گفت عملیات استخراج معدن از یکپارچه‌سازی فناوری‌های هوش مصنوعی و اینترنت اشیا که استخراج هوشمند را امکان پذیر 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 به‌طور قابل توجهی 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 به‌کارگیری ابزار‌های مناسب، پوشش ارتباطی موردنیاز را به‌طور 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 کارآیی را به حداکثر برسانند.