فناوری‌های هوشمند چگونه در حال متحول‌کردن معدن‌کاری استرالیا هستند

پیشرفت‌های فناوری‌های اتوماسیون از مدل‌های دوقلوی دیجیتال تا نظارت با پهپادها، در حال بازتعریف عملیات معدنی در استرالیا هستند. این تحولات به معادن کمک می‌کنند تا هم ایمن‌تر و هم هوشمندتر شوند و استرالیا به عنوان یکی از بازیگران اصلی صنعت جهانی معدن، از این روند به شدت متأثر خواهد شد.

رشد اتوماسیون در معادن استرالیا

سازمان علمی ملی استرالیا (CSIRO) پیش‌بینی می‌کند تا سال 2030، نیمی از عملیات معدنی این کشور به طور کامل اتوماسیون خواهد شد که باعث کاهش 75 درصدی نیاز به نیروی انسانی در مناطق خطرناک و بهبود 40 درصدی بازیابی منابع از طریق استخراج بهینه‌شده با هوش مصنوعی خواهد شد. Chad Hargrave، رئیس گروه تحقیقات فناوری‌های معدنی در CSIRO، معتقد است که استرالیا به واسطه نیروی کار قوی معدنی، سابقه‌ی نوآوری و وسعت عملیات، پذیرش قابل توجهی از ابزارهای اتوماسیون داشته است که این عوامل مزیتی بزرگ برای توسعه، اجرای بی‌واسطه و ارتقاء این فناوری‌ها در معادن کشور فراهم می‌آورد.

محرک‌های افزایش اتوماسیون

هاروگِیو دلیل اهمیت اتوماسیون را افزایش تقاضای جهانی برای مواد معدنی، کاهش عیار کانسنگ‌ها و فشارهای توسعه پایدار می‌داند. این عوامل همگی فرصت‌های مناسبی برای اتوماسیون ایجاد می‌کنند تا از یک سو به نیاز بازار پاسخ داده شود و از سوی دیگر استخراج منابع عمیق‌تر که دسترسی به آن‌ها دشوار است، با کمترین حضور انسان در محیط‌های خطرناک انجام شود.Aidan Knight  از GlobalData نیز می‌گوید که اتوماسیون برای حفظ بهره‌وری ضروری است به ویژه با حرکت معادن به سوی مناطق عمیق‌تر و دورافتاده‌تر. هزینه‌های نیروی کار، سوخت، نگهداری و تعویض قطعات عامل‌های اصلی هستند که اتوماسیون می‌تواند آن‌ها را کاهش دهد و هم‌زمان خطر خطای انسانی را کاهش داده و موجب صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود. از نظر ایمنی، نایت تأکید می‌کند که حفظ استانداردهای ایمنی نیز از انگیزه‌های کلیدی اتوماسیون است و فناوری‌هایی مانند سیستم‌های حمل خودکار (در معادن سطحی) و پهپادها (در معادن زیرزمینی) بیش از همه مورد استفاده هستند.

نمونه‌هایی از کاربرد اتوماسیون در صنعت معدن استرالیا

طبق گزارش GlobalData، صنعت رباتیک تا سال 2030 با نرخ رشد مرکب سالانه 17 درصد، از 63 میلیارد دلار در سال 2022 به 218 میلیارد دلار خواهد رسید. بر اساس نظرسنجی فناوری‌پذیری در معادن، نزدیک به نصف معادنی که مورد بررسی قرار گرفته‌اند، در استفاده از پهپادها سرمایه‌گذاری قابل توجه یا کامل داشته‌اند. Rebecca Kahrhoff، مدیر صنعت معدن در شرکت Esri، اعلام کرده است که عمدتاً از پهپادها برای نقشه‌برداری، پایش، نظارت و بازرسی استفاده می‌شود و فناوری نقشه‌برداری این شرکت برای یکپارچه‌سازی با پهپادها طراحی شده تا پروازها برنامه‌ریزی شده، تصاویر جمع‌آوری و مدل‌های سه‌بعدی تولید شود که این موضوع از جمله مشکلات مرتبط با حجم زیاد داده‌ها و محیط‌های پرخطر می‌کاهد. شرکت BHP نیز روزانه تقریباً 20 پرواز پهپاد را در معادن سنگ‌آهن خود در استرالیای غربی برای بازدیدهای ایمنی به انجام می‌رساند و South32 در معدن آلومینای Worsley پلتفرم پهپاد کاملا خودران چندمنظوره را آزمایش می‌کند. علاوه بر پهپادها، BHP حفاری‌های خودران را در معادن سنگ‌آهن خود به خدمت گرفته و Rio Tinto از سال 2019 شبکه قطارهای تمام خودکار AutoHaul را در منطقه Pilbara تحت نظارت از راه دور از Perth اداره می‌کند.

پیشرفت‌های فناوری حسگر و رباتیک

Gavin Paul، دانشیار مؤسسه رباتیک دانشگاه فناوری سیدنی (UTS)، ادغام حسگرهای پیشرفته، رباتیک و مدل‌های دیجیتال دوقلو را یکی از مهم‌ترین تغییرات فناوری در اتوماسیون معدن می‌داند. او گزارش می‌دهد که حسگرهای با عملکرد بالا مانند آنالیز عیار کانسنگ‌ها به صورت زنده و نقشه‌برداری محیط سه‌بعدی اکنون امکان تصمیم‌گیری بهتر در مقابل معدن را فراهم کرده‌اند. همچنین تکنولوژی‌های واقعیت افزوده، مجازی و ترکیبی (XR) باعث تحول تعامل انسان و ماشین و ارتقاء کاربرپسند سیستم‌های رباتیک شده است.

یک نمونه عملی موفق، همکاری UTS و شرکت نوپای استرالیایی NextOre است که روی توسعه حسگری با فناوری تشدید مغناطیسی (MR) کار می‌کند. این فناوری که همانند دستگاه‌های MRI پزشکی عمل می‌کند، به سرعت کانسنگ‌ها را اسکن و مواد باارزش را از ضایعات جدا می‌کند. UTS با کمک فناوری لیدار حجم بار کامیون‌های معدن را در زمان واقعی ثبت و الگوریتم‌هایی برای مدل‌سازی بار و تعیین محل‌های بهینه اسکن توسعه داده است. برای ارزیابی و آزمایش فناوری، مدل دیجیتال دوقلو از فضای بارگیری کامیون شبیه‌سازی شد تا آزمایش‌ها بدون آسیب به تجهیزات واقعی انجام گیرد. همچنین تیم UTS در پروژه‌ای با همکاری Ausdrill و IMCRC از ربات‌ها و واقعیت مجازی برای انجام عملیات «سنگ‌بری ایمن» استفاده کرده‌اند که هدف آن کاهش خطرات برای تیم‌های انسانی است.

چالش‌های پیاده‌سازی گسترده فناوری‌های خودکار در معادن

اگرچه فناوری‌های لازم برای ارتقاء معادن موجود است، ولی به‌کارگیری آن‌ها در محیط‌های عملیاتی موفق چالش‌هایی دارد. هاروگِیو بر دشواری اجرای فناوری‌های نوین در به خاطر دورافتادگی معادن و نیاز به ایمنی اپراتورها و حفظ تولید تأکید دارد. نایت چهار چالش اصلی اتوماسیون را موارد اتصال ضعیف، نبود زیرساخت‌های قوی امنیت سایبری، عدم سازگاری میان دستگاه‌ها و کمبود اپراتورهای ماهر برشمرده است. همچنین امنیت داده و سهولت استفاده از فناوری برای شرکت‌ها اهمیت زیادی دارد تا توانایی گسترش این ابزارها را در وزارت معادن کسب کنند.Paul  بیان می‌کند که علاوه بر جنبه‌های فنی، موانع فرهنگی و نیروی کار نیز چالش‌های واقعی هستند؛ معدن‌کاری به طور سنتی کند در پذیرش فناوری‌های نوین است و آموزش مجدد یا تغییر شیوه‌های کاری دشوار است.

راهکارهای پیش‌رو

با وجود چالش‌ها، اجماع نظر بر این است که این موانع قابل رفع هستند و آموزش هدفمند همراه با همکاری میان توسعه‌دهندگان فناوری و کارکنان خط مقدم از کلیدهای موفقیت به شمار می‌رود. Rebecca Kahrhoff می‌گوید هدف جایگزینی انسان‌ها نیست بلکه افزایش مهارت‌هاست.

کارکنانی که قبلاً وظایفی ساده داشتند اکنون پهپاد می‌رانند، با مدل‌های سه‌بعدی کار می‌کنند و داشبورد می‌سازند. تکنولوژی به گونه‌ای توسعه یافته که کاربری ساده داشته باشد و شرکت‌ها در آموزش‌های عملی استفاده از پهپاد و کار با داده‌های مکانی و فضایی سرمایه‌گذاری خوبی کرده‌اند. همچنین هزینه پایین تجهیزات و عملیات به کاهش موانع راه ورود به تکنولوژی کمک می‌کند.

تحلیل و جمع‌بندی

صنعت معدن استرالیا در روندی سریع به سمت اتوماسیون گسترده حرکت می‌کند که تا سال 2030 نیمی از عملیات معدنی را به خود اختصاص خواهد داد. این تحول به دلیل نیاز به افزایش ایمنی، بهره‌وری و پاسخگویی به تقاضای جهانی برای مواد معدنی حساس، ضروری شده است. کاهش 75 درصدی نیروی انسانی در مناطق پرخطر و افزایش 40 درصدی بازیابی منابع از منظر کارایی، چشم‌اندازی مثبت و تحول‌آفرین را آشکار می‌سازد.

استفاده از فناوری‌های پیشرفته شامل پهپادها، دریل‌های خودران، سیستم‌های حمل خودکار و حسگرهای تشدید مغناطیسی، نقش کلیدی در کارآمدسازی عملیات و کاهش خطرات داشته‌اند. مشارکت‌های دانشگاهی مانند همکاری UTS و NextOre نمونه‌هایی موفق از توسعه فناوری‌هایی هستند که علاوه بر افزایش دقت استخراج، محیط زیست را نیز کمتر آلوده می‌کنند. حضور بزرگان صنعت مانند BHP و Rio Tinto که فناوری‌های خودکار را به کار گرفته‌اند، اطمینان از عملیاتی شدن این روند را افزایش می‌دهد.

با وجود مزایای آشکار، چالش‌هایی نظیر سرمایه‌گذاری اولیه سنگین، مشکلات اتصال در مناطق دورافتاده، ضعف زیرساخت‌های امنیت سایبری، و کمبود نیروی کار واجد شرایط، از موانع جدی به شمار می‌روند که در صورت عدم مدیریت صحیح می‌توانند روند رشد را کند کنند. از سوی دیگر، موانع فرهنگی و مقاومت در برابر تغییر نیز بر پذیرش فناوری تأثیرگذارند.

1. رشد سریع اتوماسیون در معدن‌کاری استرالیا و سهم بازار جهانی 

بر اساس گزارش GlobalData در سال 2023، تعداد کل کامیون‌ها و تجهیزات معدنی زیرزمینی با قابلیت کنترل از راه دور یا کاملاً خودران بیش از 1032 دستگاه است که استرالیا با 41 درصد سهم، پیشرو در این حوزه است. بازار رباتیک معدن تا سال ۲۰۳۰ به ۲۱۸ میلیارد دلار خواهد رسید، در حالی که در سال ۲۰۲۲ این رقم ۶۳ میلیارد دلار بوده است. تقریباً نیمی از معادن استرالیا سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی در پهپادها انجام داده‌اند یا به‌طور کامل آن‌ها را پیاده‌سازی کرده‌اند.  این ارقام نشان‌دهنده عمق نفوذ فناوری‌های اتوماسیون در صنعت معدن استرالیا است و بیانگر سرمایه‌گذاری‌های کلان در این بخش می‌باشد.

2. افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها از طریق فناوری‌های هوشمند 

فناوری‌هایی مانند رباتیک، هوش مصنوعی (AI)، حسگرهای پیشرفته (LiDAR، GPS، رادار) و سیستم‌های مدیریت ناوگان مبتنی بر ابر، به معادن استرالیا اجازه داده‌اند عملیات را به صورت خودکار، از استخراج تا حمل و نقل، انجام دهند. این امر باعث افزایش بهره‌وری عملیاتی، کاهش هزینه‌های نیروی انسانی و کاهش خرابی تجهیزات شده است.

3. کاهش ریسک‌های ایمنی و بهبود شرایط کاری 

استفاده از تجهیزات خودران و رباتیک باعث شده تا کارگران کمتر در معرض خطرات محیط‌های سخت و دورافتاده قرار گیرند. کنترل از راه دور عملیات حفاری و حمل و نقل، به طور قابل توجهی میزان حوادث و آسیب‌های شغلی را کاهش داده است.

4. نقش کلیدی داده‌های بزرگ و اینترنت اشیا (IoT)در بهینه‌سازی عملیات 

داده‌های لحظه‌ای جمع‌آوری شده از حسگرهای هوشمند به سیستم‌های پیش‌بینی نگهداری و مدیریت ناوگان کمک می‌کند تا با تحلیل دقیق، زمان‌بندی تعمیرات بهینه شده و از توقفات ناخواسته جلوگیری شود. این موضوع به افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش هزینه‌های نگهداری منجر شده است.

5. چالش‌ها و نیاز به سرمایه‌گذاری مستمر 

با وجود مزایای فراوان، هزینه‌های اولیه سرمایه‌گذاری در فناوری‌های اتوماسیون و نگهداری آن‌ها بالا است. همچنین نیاز به توسعه الگوریتم‌های پیشرفته برای پردازش سیگنال‌ها، کنترل و خودترمیمی تجهیزات وجود دارد که مستلزم همکاری میان شرکت‌های فناوری، تولیدکنندگان تجهیزات و معادن است.

6. تأثیرات اقتصادی و بازار کامودیتی‌ها 

با افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های عملیاتی، معادن استرالیا قادر به استخراج منابع با هزینه کمتر و در شرایط دشوارتر هستند. این موضوع می‌تواند عرضه جهانی مواد معدنی را افزایش داده و فشار بر قیمت‌ها را تعدیل کند، به ویژه در بازارهای کلیدی مانند فولاد (آهن)، مس و اورانیوم.

اتوماسیون و فناوری‌های هوشمند به یک ضرورت استراتژیک در معدن‌کاری استرالیا تبدیل شده‌اند و این کشور را به پیشرو جهانی در بهره‌گیری از این فناوری‌ها بدل کرده‌اند.

سرمایه‌گذاری‌های کلان در توسعه ناوگان خودران و سیستم‌های مدیریت داده، منجر به افزایش قابل توجه بهره‌وری و ایمنی شده‌اند. این امر به کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش رقابت‌پذیری معادن استرالیا کمک می‌کند.

داده‌های بزرگ و اینترنت اشیا نقش کلیدی در بهبود نگهداری پیش‌بینی و مدیریت بهینه ناوگان ایفا می‌کنند، که به نوبه خود باعث کاهش توقفات و افزایش طول عمر تجهیزات می‌شود.

چالش اصلی، هزینه‌های بالای سرمایه‌گذاری و نیاز به توسعه فناوری‌های پیشرفته است، که مستلزم همکاری گسترده میان بخش‌های مختلف صنعت و فناوری است.

از منظر بازار کامودیتی‌ها، این تحولات می‌توانند عرضه مواد معدنی را افزایش داده و نوسانات قیمتی را کاهش دهند، که برای تحلیلگران بازار و سرمایه‌گذاران اهمیت بالایی دارد.

پی نوشت

Digital Twins

"دوقلوی دیجیتال" یک مدل مجازی از یک محصول، سیستم یا فرآیند واقعی است که به‌عنوان نسخه دیجیتالی آن عمل می‌کند. این فناوری برای شبیه‌سازی، نظارت، آزمایش و بهینه‌سازی عملکرد یک شیء فیزیکی در محیط دیجیتال استفاده می‌شود. 

 ویژگی‌های کلیدی دوقلوهای دیجیتال

دریافت داده‌های لحظه‌ای از سنسورها و سیستم‌های متصل به نسخه فیزیکی 

شبیه‌سازی عملکرد و پیش‌بینی مشکلات احتمالی 

بهینه‌سازی فرآیندها و کاهش هزینه‌های عملیاتی 

افزایش ایمنی و کارایی در صنایع مختلف 

 کاربردها

صنعت معدن: پیش‌بینی خرابی تجهیزات و بهینه‌سازی استخراج 

هوافضا: شبیه‌سازی عملکرد موتورهای جت و فضاپیماها 

تولید صنعتی: بهینه‌سازی خطوط تولید و کاهش ضایعات 

شهرهای هوشمند: مدیریت زیرساخت‌ها و بهینه‌سازی مصرف انرژی