اینترنت اشیا، کلید هوشمندسازی معادن

گرد و غبار هوشمند در معادن

اینترنت اشیا حالت پیشرفته اتصال اینترنت به دستگاه‌های فیزیکی و اشیا به‌صورت روزمره است. این دستگاه‌ها می‌توانند از طریق اینترنت با دیگران ارتباط برقرار کرده و همچنین از راه‌دور به کنترل آن‌ها پرداخت. در صنعت معدن، اینترنت اشیا به عنوان ابزاری برای بهینه‌سازی هزینه و بهره‌وری، بهبود اقدامات ایمنی و توسعه نیازهای هوش مصنوعی استفاده می‌شود.

بسیاری از شرکت‌های بزرگ استخراج معادن در حال برنامه‌ریزی و ارزیابی این تکنولوژی هستند که استارت سفر دیجیتالی خود برای مدیریت عملیات استخراج روزانه را بزنند. از مزیت‌های این امر:

• بهینه‌سازی هزینه و بهبود بهره‌وری

 از طریق اجرای سنسورها روی تجهیزات و سیستم‌های استخراج معدن، قادر به کنترل تجهیزات و عملکرد آن خواهند بود. علاوه بر آن، شرکت‌های استخراجی از داده‌های بزرگ (داده‌های کلان) برای کشف روش‌های مقرون به صرفه‌تر برای اجرای عملیات و همچنین کاهش زمان کلی عملکرد استفاده می‌کنند.

• اطمینان حاصل از ایمنی افراد و تجهیزات

 با توجه به سمی بودن هوای داخل معادن زیر زمینی، اینترنت اشیا زمان واقعی هشدار جهت تخلیه را مشخص می‌کند. علاوه بر آن در حفاری‌ها نیز قادر به پیاده‌سازی تمهیدات ایمنی سریع‌تر و کارآمدتر است.

• پیش‌بینی سیستم نگهداری

• تصمیم‌گیری بهتر و سریع

 – صنعت معدن تقریباً هر ساعت با درجه غیرقابل پیش‌بینی با شرایط اضطراری روبه‌رو می‌شود. اینترنت اشیا با ایجاد نقطه تعادلی بین موقعیت‌های مختلف، قادر به تصمیم گیری‌های صحیحی است.

یکی دیگر از مزایای اینترنت اشیا در صنعت معدن، نقش آن به عنوان سیستم اساسی تسهیل استفاده از هوش مصنوعی (AI) است. از مرحله اکتشاف گرفته تا فراوری و حمل و نقل، هوش مصنوعی قدرت اینترنت اشیا را به عنوان وسیله‌ای برای ساده‌سازی عملیات، کاهش هزینه‌ها و بهبود ایمنی در صنعت معدن افزایش می‌دهد.

با استفاده از مقادیر گسترده‌ای از داده‌های ورودی، مانند گزارش‌های حفاری و داده‌های زمین شناسی، هوش مصنوعی و الگوریتم یادگیری ماشین می‌توانند پیش بینی‌ها و توصیه‌هایی را در مورد پروسه اکتشاف ارائه دهند، در نتیجه یک فرایند کارآمد تر با نتایج عملکرد بهتر وجود خواهد داشت.

همچنین مدل‌های پیش‌بینی شده با هوش مصنوعی، شرکت‌های معدنی را قادر می‌سازند تا روش‌های فراوری فلزات خود را از طریق تکنیک‌های دقیق تر بهبود بخشند تا کمتر به محیط زیست آسیب رساند. هوش مصنوعی می‌تواند برای اتوماسیون کامیون‌ها و مته‌ها مورد استفاده قرار گیرد، که از نظر هزینه و ایمنی هائز اهمیت است.

اینترنت اشیا اگرچه مزایایی در صنعت معدن دارد، اما اجرای اینترنت اشیا در عملیات معدنکاری در گذشته با چالش‌های زیادی روبه‌رو بوده که به شرح زیر است:

• اتصال محدود یا نا‌معنبر خصوصاً در سایت‌های معادن زیرزمینی

• نیازمند تلاش بسیار زیاد جهت دریافت سیگنال‌های 3G یا 4G در معادنی که در دور دست قرار دارند.

• کاهش عیار سنگ باعث حفاری‌های عمیق‌تر شده که این امر ممکن است موانعی در راه‌اندازی سیستم‌های اینترنت اشیا ایجاد کند.

شرکت‌های معدنی از روش‌های اتصال معتبر و کارآمد و استراتژی‌های پردازش داده زیادی استفاده کردند اما به نتیجه‌ای مطلوب دست پیدا نکردند. این فعالیت‌ها شامل جمع آوری، انتقال و ارائه داده‌های مهم برای تجزیه و تحلیل را شامل می‌شد. در این امر، ارتباطات ماهواره‌ای می‌تواند نقشی اساسی در انتقال داده‌ها به مراکز کنترل داشته باشد تا تصویری کامل از هدف را ارائه دهد. شرکت‌های استخراج معدن با متخصصان حرفه‌ای در زمینۀ استفاده از ماهواره‌ها در اینترنت اشیاء، مانند “Inmarsat” و سیستم‌های زیست محیطی مربوط به آنها شروع به همکاری کردند تا داده‌های خود را به طور موثر استخراج و تجزیه و تحلیل کنند.

هرچه عملیات استخراج متصل شوند، در برابر هک شدن نیز آسیب پذیرتر می‌شوند که این امر مستلزم سرمایه‌گذاری بیشتری برای سیستم‌های امنیتی است.

با توجه به ایجاد شدن شکاف اطلاعاتی در داده‌ها در  شرکت Goldcorp در سال 2016 ، این ذهنیت که معادن از حمله‌های سایبری در مثتسنا در امان؟! هستند نقض شد، لذا10 شرکت معدنی، در آوریل 2017، معادن مرکز تجزیه و تحلیل اطلاعات (MM-ISAC) را تاسیس کردند تا تهدیدات سایبری را در میان همتایان خود به اشتراک بگذارند.

در مارس 2019، یکی از بزرگترین تولیدکنندگان آلومینیوم در جهان ، Norsk Hydro ، یک حمله سایبری بزرگ را تجربه کرد، که منجر به جدا شدن تمام کارخانه‌ها و فعالیت‌های شرکت و همچنین روی آوردن به عملیات و رویه‌های دستی شد. در نتیجه چندین کارخانه آن بصورت موقت، توقیف شدند. در نتیجه شرکت‌های معدنی به اهمیت امنیت دیجیتال پی برده و در حال سرمایه‌گذاری در فناوری‌های امنیتی جدید هستند.

بسیاری از شرکتهای معادنی به مزایای دیجیتالی شدن معادن خود پی برده و برای اجرای آنها گام برداشته‌اند. چهار موضوع وجود دارد که انتظار می‌رود در دیجیتالی شدن صنعت معدن طی دهه آینده نقشی اساسی داشته باشد که در زیر ذکر شده است:

۱-      فعال سازی نیروی کار دیجیتالی

استفاده از تحرک متصل (ارتباط متقابل سیستم‌ها و خدمات در داخل و خارج یک سیستم یا فعالیت، از طریق اینترنت)، و واقعیت مجازی برای توانمندسازی کارگران، از راه دور

2-      اتوماسیون، رباتیک و سخت‌افزار‌های عملیاتی

استقرار ابزارهای سخت‌افزاری دیجیتالی برای انجام یا بهبود فعالیت‌هایی که به طور سنتی و به صورت دستی یا با ماشین آلات تحت کنترل انسان انجام می‌شدند.

3-      یکپارچه شدن سیستم عامل‌ها و اکوسیستم‌های موجود

اتصال لایه‌های مختلف IT و دستگاه‌ها یا سیستم‌هایی که به صورت جداگانه در حال فعالیت هستند

4-      تجزیه و تحلیل و تصمیم گیری‌ها در آینده

استفاده از الگوریتم‌ها و هوش مصنوعی برای پردازش داده‌ها از منابع داخلی یا خارجی جهت تصمیم‌گیری و پیش‌بینی‌های آینده

نمودار فوق پیچیده‌ای هر فناوری دیجیتال و دوره اجرای آن را برای پذیرش گسترده آن نشان می‌دهد. فاکتورهای مختلفی وجود دارد، از جمله پیچیدگی، مقیاس پذیری فناوری‌ها و پذیرش این فناوری‌های خاص برای تحول دیجیتالی شدن کلی صنعت معدن.

جهان می‌تواند شاهد پیشرفت‌های برجسته صنعت معدن برای پایدارتر شدن آن باشد. برخی از تأثیرات نامطلوب معدن در جوامع، اکوسیستم‌ها و سایر مناطق نیز وجود دارد که از طریق اینترنت اشیا مهار خواهند شد. به طور کلی، اینترنت اشیا به صنعت معدن کمک می‌کند تا به سمت استخراج بهینه منابع سوق پیدا کند.

و اما یکی از نوآوری‌هایی که در حوزه اینترنت اشیا قراردارد و امروز میخواهیم به عنوان نمونه درمورد آن صحبت کنیم “گرد و غبار هوشمند” است.

اینترنت اشیا در معدن
اینترنت اشیا در معدن

نوآوری در معادن با استفاده از گرد و غبار هوشمند

گرد و غبار هوشمند، اصطلاحی است که برای توصیف گروهی از سنسورهای بسیار کوچک به نام سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) استفاده می شود، که گاها “ذره” نامیده می شود. همانطور که از نام این نوآوری پیداست، این ذرات به صورت میکروسکوپی نیستند. دامنه اکثر MEMS از 1 میلی‌متر تا 0.02 میلی‌متر می‌باشد، این اندازه کوچک از این جهت مناسب و کارآمد هستند که به راحتی  پراکنده شده و یا در سطوح محتلف جا می‌گیرند و مجموعه‌ای از داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنند.

هر موتور دارای یک ریز‌پردازنده برای کنترل منطق و پردازش سیگنال و سنسورهایی است که می‌توانند متغیرهایی مانند تغییرات دمایی، لرزش، مغناطیس و مواد شیمیایی را در هر مکانی تشخیص دهند.

این ذرات با استفاده از شارژ شدن توسط میکرو باتری‌ها (برخی از آنها ممکن است تا 10 بار شارژ شوند) یا سلول‌های خورشیدی، می‌توانند با یکدیگر از طریق فرکانس نوری یا رادیویی برای ایجاد شبکه‌های خود مختار ارتباط برقرار کنند. سیستم عملیاتی و نرم‌افزار این ذرات برای برای یک هدف خاص در مقیاس کوچکی طراحی شد.

و اما این ایده از کجا به ذهن بشر رسید؟

گرد و غبار هوشمند در دهه 1990 در ایالات متحده به عنوان بخشی از همکاری بین آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی-وزارت دفاع ایالات متحده و RAND Corp ایجاد شد. این فناوری سپس توسط تیم‌های دانشگاه میشیگان،UCLA  توسعه یافت. و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، با اولین مقاله تحقیقاتی ارائه شده در سال 1997 برای اجرایی کردن این سیستم در سال بعدی بودجه دریافت کرد که منجر به ایجاد ذرات کوچک، حتی کوچک‌تر از یک دانه برنج و دستگاه‌های مربوطه بسیار بزرگی شد که پایه و اساس TinyOS را تشکیل دادند. (سيستم عامل TinyOS به‌عنوان پرکاربردترين سيستم عامل گره حس‌گر بي‌سيم، داراي مدل برنامه‌نويسي مبتني بر رويداد است که مانند دستگاه‌هایی که در سیستم گرد و غبار هوشمند هستند، عمل می کنند.)

در حال حاضر این نوآوری به کجا رسیده؟

مفهوم گرد و غبار هوشمند از آن زمان توسط بسیاری از سازمان‌ها گسترش یافته و مورد بررسی قرار گرفته‌است. کریس پیستر، استاد مهندسی برق که پروژه را در برکلی هدایت می‌کرد، در سال 2002 شرکتی به نام  Dust Networks(تولیدکننده دستگاه‌های آنالوگ کنونی) را تأسیس کرد. در سال 2008 شرکت ارتباطات سیسکو مصاحبه‌ای با او انجام داد که بر اساس گرد و غبار هوشمند بود. که می‌تواند یکی از خواندنی‌های جذاب باشد.

فناوری Smart Must Dust Network نیز در سال 2010 توسط Emerson Process Management  برای استفاده در راه‌حل‌های شبکه خود انتخاب شد که سایر شرکت‌ها تصور می‌کردند از فناوری GE استفاده می‌کنند

در سال 2015 ، دانشگاه میشیگان Micro Mote میشیگان را توسعه داد که احتمالاً نزدیکترین چیزی است در رابطه با “گرد و غبار هوشمند” وجود دارد.

مشاوران کمبریج در سال 2016 مقاله‌ای تحت عنوان “گرد و غبار هوشمند من کجاست؟” را منتشر کردند که وضعیت این فناوری را به خوبی توضیح داد. اگرچه انتظار داریم که با توجه به پیشرفت سه سال گذشته، خصوصاً با ظهور فناوری 5G  و استفاده همه‌گیر از اینترنت اشیا، این فرایند کمی بیشتر پیشرفت کرده‌باشد.

صرف نظر از این موارد، در صورت ایجاد امکان تولید انبوه سنسورهایی که به اندازه کافی کوچک باشند، برنامه‌های کاربردی زیادی بوسیله گرد و غبار هوشمند در معادن می‌توان پیاده‌سازی کرد.Accenture  مقاله خوبی از لی رز در سال 2015 ارائه داد که در آن چند زمینه بالقوه که معادن می‌توانند از آن بهره ببرند را بیان کرد. EdTech این مقاله را در اواخر سال 2018 منتشر کرد که در آن در مورد کاربردهای کلی تر برای گرد و غبار هوشمند صحبت می شود.

منبع:

https://theintelligentminer.com/2019/04/09/the-intelligent-guide-to-smart-dust-in-mining/

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *