Mining 4.0 – дигиталната трансформация на минния сектор

• Многоизмерният характер на сектора, съчетан с влошаващото се качество на подземните ресурси и увеличаващите се потребности, обуславят неотложна необходимост от иновации и внедряване на нови технологии
  
  
• Няколко са авангардните технологии, които опосредстват и движат трансформацията в рамките на Mining 4.0 – автоматизация и роботика, IoT сензори, 5G, изкуствен интелект, дигитални двойници, обогатена и виртуална реалност, блокчейн и облачно базирани изчислителни платформи
  
  
• Според консултантската компания McKinsey, внедряването на Mining 4.0 технологии повишава производителността с 15 – 20%

По своето естество минната индустрия е предизвикателен и взискателен сектор. Освен добив, дейностите в бранша включват още управление, преработка и транспорт. Минната дейност, която често се извършва в географски отдалечени и изолирани райони, изисква високи капиталови инвестиции и e свързанa със значителни екологични и социални въздействия.

В продължение на десетилетия се смята, че секторът е консервативен по отношение на иновациите. Многоизмерният му характер обаче, съчетан с влошаващото се качество на подземните ресурси и увеличаващите се потребности, обуславят неотложна необходимост от иновации и внедряване на нови технологии. Аналогично на Industry 4.0, Mining 4.0 представлява концепцията за интегриране на технологии като интернет на нещата (IoT), автоматизирани дронове, 3D принтиране, роботи, сензори, аналитични инструменти за целите на мониторинга и оценка на ефективността в минната индустрия.

Еволюцията на минната индустрия

За да се добие по-ясна представа за транформиращото въздействие на Mining 4.0, е добре първо да се проследят произходът и еволюцията на сектора от примитивното му начало до днес.

Mining 1.0 – първата минна дейност започва в праисторическите времена, когато от находища на малка дълбочина на ръка се добиват минерали, като кремък, и метали, като злато, с помощта на елементарни инструменти, например каменни чукове и остриета от кост. Изцяло се разчита на човешка сила и работата е изключително трудоемка и опасна.

Mining 2.0 – по време на индустриалната революция минната дейност се механизира с изобретяването на оборудване като асансьори, помпи и сонди. Първоначално тези машини са задвижвани от парни двигатели, а по-късно – от електрическа енергия. Тази фаза дава възможност на мините да станат по-мащабни и да се добива от находища на по-голяма дълбочина.

Mining 3.0 – в късните години на 20-и век определени видове оборудване, като камиони за превоз на дълги разстояния, подземни товарачи от типа LHD (Load Haul Dump) и сондажни съоръжения, започват да бъдат автоматизирани и управлявани от разстояние чрез технологии, като GPS, сензори за близост и сателитна комуникация. Това поставя началото на пътя към автоматизация на сектора, която Mining 4.0 издига на нови висоти.

Mining 4.0 – бъдещето на минната индустрия е в тази фаза, в която автоматизацията, IoT сензорите, съхранението на данни в облачни структури, усъвършенстваните аналитични инструменти и изкуственият интелект се съчетават, създавайки интелигентна, високоефективна и напълно автоматизирана минна дейност с минимална необходимост от човешко присъствие.

Ключови технологии

Няколко са авангардните технологии, които опосредстват и движат трансформацията в рамките на Mining 4.0 – автоматизация и роботика, IoT сензори, 5G, изкуствен интелект, дигитални двойници, обогатена и виртуална реалност, блокчейн и облачно базирани изчислителни платформи.

Интелигентни машини и роботи се използват в мините все повече и повече. Камионите могат да се управляват сами, а специални роботи допринасят за обезопасяването на тунелите. Тези решения не само ускоряват процесите, но и осигуряват по-високо ниво на безопасност за всички участници в тях.
Зоните на добив все по-често са осеяни с малки интелигентни устройства. Те събират данни за машините, процесите и заобикалящата ги среда. Тези данни помагат на минните компании да оптимизират дейността си и да подобрят и ускорят операциите си.

За 5G може да се мисли като за високоскоростна интернет магистрала. Благодарение на технологията интелигентните устройства и машини имат възможността да споделят информация бързо. Тази високоскоростна комуникация гарантира безпроблемното съвместно функциониране на всички машини и позволява управлението им от централизирана локация.

Всички събрани данни днес се анализират с помощта на интелигентни компютърни програми. Те идентифицират важни тенденции в данните, което подпомага компаниите от минния сектор във вземането на по-добри решения и повишаването на ефективността им.

Технологията на дигиталните двойници позволява създаването на виртуално копие на минната площадка и оборудването. Този двойник спомага за тестване на различни идеи, без да е нужно да се правят каквито и да били реални промени.

Специални очила предоставят на съвременните миньори допълнителна информация за тяхната работа благодарение на технологии за обогатена реалност. Чрез виртуална реалност може да се създаде един цял нов минен свят в рамките на компютър. Тези технологии подпомагат процесите на обучение и планиране, давайки възможност за по-лесно разбиране и управление на всичко.

Блокчейн е като един дневник с изключително високо ниво на сигурност. Чрез технологията се регистрират всички събития в минната дейност. Освен това блокчейн решенията гарантират, че информацията е коректна и защитена от хакери, което повишава надеждността на минно-добивните дейности.

Днес данните се съхраняват в дигитални облачни структури вместо на персонални компютри. Тези платформи са като голяма споделена библиотека, където всеки служител на минната компания може да намери това, от което се нуждае. В допълнение това подпомага работата на всички останали технологии, позволявайки ускоряване и подобряване на ефективността на процесите.

Автоматизирането на минните дейности елиминира необходимостта от присъствието на миньори в опасни среди, като подземни тунели и огромни открити рудници. По този начин драстично се оптимизират практиките по здраве и безопасност и се намаляват броят на нараняванията и смъртните случаи.

Автономното оборудване може да работи денонощно, без нужда от смени или почивки, което увеличава степента на използване на активите. Според консултантската компания McKinsey, внедряването на Mining 4.0 технологии повишава производителността с 15 – 20%. Оптимизирането на процесите с помощта на инструменти за анализ на данни също подобрява производителността.

По-малката зависимост от скъпоструващия човешки труд и по-пълноценното използване на активите обуславят значително редуциране на общите оперативни разходи. По прогнози на McKinsey интегрирането на Mining 4.0 технологии в минно-добивната дейност може да доведе до 20 – 40% по-ниски разходи. Спестявания могат да се реализират и чрез оптимизиране на процесите въз основа на данни.

Следенето на ключови екологични показатели, като потреблението на вода, обема на отпадъците, нивата на запрашаване и емисиите от оборудването, предоставя на минните компании възможност да подобрят съществено въздействието си върху околната среда. Използването на електрически камиони или такива, работещи на водород, също редуцира емисиите на парникови газове.

Прилагането на машинно самообучение към огромни масиви от структурирани и неструктурирани данни позволява по-прецизно прогнозно моделиране и симулации, подпомагащи вземането на бързи, базирани на данни решения. Освен това, контролните центрове могат да виждат данните в реално време, което дава възможност за бързо регулиране на оперативните параметри.

Разбира се, при внедряването на Mining 4.0 технологии има и предизвикателства. Предварителното им познаване обаче гарантира навлизането в познати води, което неминуемо ще доведе до по-добри резултати.

Предизвикателства и рискове

Преносът на важна информация между устройства и бази данни е свързан с повишен риск от кибератаки. Ако хакерите постигнат успех, това може да доведе до спиране на работата на цялата мина. Това определя необходимостта от използване на защита срещу такива заплахи.

За да се подобри дейността на една минно-добивна компания, са нужни големи капиталови инвестиции. Тези средства се изразходват за надграждане на функциониращите машини и за внедряване на нови технологични системи. Въпреки че в началото струва скъпо, това в крайна сметка води до дългосрочни спестявания и повишава ефективността.

Друго предизвикателство е липсата на достатъчно експерти в области като наука за данните и програмиране в минната индустрия. За да решат този проблем, минните компании могат да си сътрудничат с технологичните такива. Тези експерти могат да помогнат на сектора да използва по пълноценно събраните данни, в резултат на което ефективността на операциите ще се повиши.

Някои минно-добивни площадки също така се намират в зони, където интернетът не е достатъчно силен, което затруднява използването на усъвършенствани технологии. Преодоляването на това предизвикателство изисква инвестиране в решения за по-добра свързаност, като сателити или подземни кабели.

Преходът от традиционните практики към нови технологии винаги е труден за служителите, защото е свързан с опасения, че машините могат да им отнемат работното място. За да се улесни трансформацията, компаниите следва да обучават и разговарят със служителите. Това ще спомогне за тяхното адаптиране към промените и за осигуряването на чувство за сигурност по отношение на новите технологии.

Огромното количество данни, генерирани от IoT сензори и други компоненти на Mining 4.0, могат да доведат до претоварване на системите, в случай че не се управляват ефективно. Затова минните компании се нуждаят от стабилни стратегии за анализ и управление на данните с оглед максималното извличане на полезна информация от тях.

Макар да обещават възможност за прогнозна поддръжка, технологиите за Mining 4.0 могат да доведат и до усложнения по отношение на надеждността на системите. Гарантирането, че тези усъвършенствани системи функционират последователно и се поддържат правилно може да се окаже предизвикателство.

Бъдещето на сектора

Базирайки се на трансформиращия потенциал на Mining 4.0, в рамките на идните десетилетия минният сектор ще поеме по някои много иновативни направления. На първо място е преходът към пълно автоматизиране на дейностите. Минно-добивните площадки стават все по-автоматизирани, което означава, че с времето броят на хората, работещи на тях, ще намалява. Вместо това ще има контролни центрове, от които служителите ще управляват всички процеси дистанционно. Експертите прогнозират, че напълно автоматизираните мини ще се превърнат в реалност много скоро.

Следващото важно направление е широкото внедряване на електрическо оборудване. Голяма част от минната техника работи на дизел, което оказва негативно въздействие върху околната среда. Днес обаче все повече от тези машини се заменят от такива, захранвани от батерии или водородни горивни клетки. Тази промяна се реализира с висока скорост и редуцира замърсяването, генерирано в резултат от минно-добивната дейност.

Подземният добив става все по-безопасен и бърз благодарение на роботите. Има машини, които могат да копаят, без да е нужна намесата на оператор, а роботите се използват за проучване на подземни зони с по-голяма дълбочина, в които могат да бъдат открити ценни минерали. Всичко това води до повишаване на ефективността на минната дейност и дава възможност за достигането до места, чието проучване в миналото е било прекалено рисковано.

Интегрирането на решения за автоматизация, свързаност, инструменти за анализ на данни и др. бързо преобразява минно-добивната индустрия. Това е валидно с особена сила благодарение на визията за Mining 4.0. Компаниите, които стратегически внедряват тези технологии, ще бъдат възнаградени с драстични подобрения по отношение на безопасността, устойчивостта, ефективността и конкурентните предимства.