تحول دیجیتال در معادن به چه معنا است؟

تحول دیجیتال معدن همه چیز در مورد دیجیتالی کردن حجم زیادی از داده ها در جهت استفاده از آخرین پیشرفت های ناشی از انقلاب چهارم صنعتی  در کل زنجیره ارزش استخراج برای بهینه سازی فرآیندها و نتایج کسب و کار است. فناوری‌های مربوط به انقلاب چهارم صنعتی در بخش  استخراج از محاسبات با کارایی بالا، تجزیه و تحلیل پیشرفته، یادگیری ماشین و هوش مصنوعی برای کاهش هزینه‌ها، بهبود عملکرد عملیاتی، دستیابی به اهداف پایداری و تغییر فرآیندهای کسب‌وکار در این صنعت استفاده می‌کنند. تحول دیجیتال معادن همه جنبه‌های کسب‌وکار را در بر می‌گیرد تا نه تنها فعالیت‌های فناوری، بلکه یک تغییر اساسی در مدل کسب‌وکار، جریان‌های کاری و فرآیندهای عملیاتی سازمان‌های مربوطه را شامل شود.

مدیر اجرایی ارشد فناوری یک شرکت معدنی بزرگ اخیراً پیشنهاد کرده است که یک ابتکار تحول دیجیتال می تواند "صدها میلیون دلار ارزش جدید در سال" ایجاد کند.

مقدمه

تحول دیجیتال  در بخش معدن، نسبت به سایر صنایع تا حدودی با تأخیر پیش می رود. اما با وجود فشارهای رقابتی و نیز نیاز به کسب ارزش حداکثری از ذخایر معدنی  این روند شروع به تسریع کرده است.

رهبران صنعت تحت فشار جهت بهبود سودهی و بازده و در عین حال کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و برآورده کردن الزامات زیست محیطی، اجتماعی و قانونی (ESG)، متوجه مزایای عظیمی که دیجیتالی کردن می تواند به همراه داشته باشد، شده اند.

در یک نظرسنجی اخیر، 99 درصد از تصمیم‌گیرندگان شرکت‌های معدنی اظهار داشته اند که فناوری و نوآوری برای بقای سازمان‌شان حیاتی است.

پتانسیل دیجیتالی کردن فرآوری مواد معدنی بسیار زیاد است. با بینش درست، متخصصان معدن و مواد معدنی می توانند بر اساس داده های واقعی خود تصمیمات پیشگیرانه و دقیق بگیرند. این روند از تشدید مشکلات جلوگیری کرده و می‌تواند به سازمان‌ها برای دستیابی به اهداف مربوط به انتشار گازهای گلخانه‌ای و همچنین دستیابی به سودهای مالی عظیم کمک کند.

تحول دیجیتال در معادن:  نقش انقلاب صنعتی چهارم

"انقلاب صنعتی چهارم" اصطلاحی است که به تحول دیجیتال صنایعی مانند معدن، فناوری و تولید اشاره دارد. چندین نوآوری و پیشرفت زیربنای این جریان محسوب می شود:

• رشد محاسبات با کارایی بالا و ظرفیت پردازش حجم عظیمی از داده ها.

• پیشرفت‌هایی در هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، که تجزیه و تحلیل داده‌ها را در مقیاسی که قبلاً دیده نشده است، امکان‌پذیر می‌سازد.

• در دسترس بودن فضای ذخیره سازی ابری ایمن و قابل اعتماد، که می تواند حجم عظیمی از داده ها را ذخیره کرده و اطلاعات را از هر کجا در دسترس قرار دهد.

• توسعه زیرساخت های اینترنت اشیا که امکان ضبط و پردازش خودکار داده‌ها از انواع مکان‌ها را فراهم می‌کند.

• افزایش فشار بر سازمان‌های معدنی نه تنها برای عملکرد مؤثر، بلکه برای نشان دادن اعتبار ESG خود و کاهش فعال انتشار گازهای گلخانه‌ای.

در نتیجه این نوآوری ها، صاحبان و فعالان سازمان های معدنی به طور فزاینده ای به مزایای حیاتی اقتصادی و اجتماعی و هم چنین اهمیت تحول دیجیتال در کل زنجیره ارزش این صنعت پی برده اند:

                                                                                         شکل 1- زنجیره ارزش در معادن  

تحول دیجیتال برای بخش معدن: شکاف ها و چالش ها

در حالی که وعده تحول دیجیتال در این بخش قوی است، شکاف هایی هم چنان باقی مانده است:

- نقص در «کامل کردن حلقه» میان استراتژی و اجرا

با وجود پیشرفت شکل گرفته، هم چنان شکاف قابل توجهی بین استراتژی دیجیتالی سازمان و اجرا وجود دارد. اکثر شرکت‌های معدنی و فلزات، استراتژی‌های دیجیتالی بلندپروازانه‌ای دارند. اما شکاف میان استراتژی و اجرا نسبت به سایر صنایع قابل توجه است.

با فرض وجود یک استراتژی دیجیتال، دلایل این امر می تواند شامل موارد زیر باشد:

عدم سفارشی سازی:

بر اساس یک نظرسنجی  تنها 25 درصد از شرکت‌های معدنی و فلزات از راه‌حل‌های دیجیتالی سفارشی‌سازی شده استفاده کرده و بقیه راه‌حل‌های عمومی و غیرقابل انطباق را انتخاب می‌کنند.

اجرا به روش «بیگ بنگ»:

وقتی راه‌حل‌ها به‌جای یک رویکرد مرحله‌ای به یکباره اجرا می‌شوند، فرآیند اغلب برای سازمان کاملاً مخرب و بالقوه تضعیف‌کننده می شوند. با وجود این که پیاده سازی سریع می تواند موفقیت آمیز باشد، این جریان نیاز به رهبری متعهدانه و تخصص در موضوع دارد.

رویکرد "تنظیم و فراموش کردن":

در حالی که راه‌حل‌های دیجیتال برای ساده‌سازی حجم‌های کاری و خودکارسازی فرآیندها طراحی شده‌اند، لازم است به طور فعال برای ارائه نتایج مورد استفاده قرار گیرند. یک راه حل دیجیتالی قوی را نمی توان به سادگی پیاده سازی نمود و سپس برای ایجاد بینش در پس زمینه رها کرد.

نادیده گرفتن بخش فراوری مواد معدنی

 در حالی که نیاز به تحول دیجیتال در زنجیره ارزش معدن تا حدودی درک شده است، یک قطعه از پازل وجود دارد که اغلب نادیده گرفته شده و ارزش آن دست کم گرفته می شود: فرآوری مواد معدنی.

یک دلیل کلیدی، پیچیدگی آن است. گزینه‌های کمی در بازار برای راه‌حل‌های تبدیل دیجیتال وجود دارد که می‌توان آن‌ها را به راحتی برای انواع مختلف فرآوری مواد معدنی پیکربندی کرد. بهینه سازی فرآوری مواد معدنی یک حوزه تخصصی است و نیاز به دانش بسیاری از رشته ها از جمله مهندسی نرم افزار، معماری فناوری اطلاعات و جریان داده ها، مهندسی شیمی و فرآیند، طراحی و شبیه سازی فرآیند و پروتکل های ارتباطی دارد. این بخش از زنجیره ارزش معدن نیازمند تعادل منحصربه‌فردی از درک متالورژی و پیچیدگی‌های آن و همچنین نحوه ادغام شیمی فرآیند با فناوری دیجیتال مدرن است. به این ترتیب، اغلب نادیده گرفته می شود یا با ابزارهای دستی بیش از حد ساده می شود - به این معنی که فرصت های عظیمی برای بهبود و بینش از دست می رود.

پیشنهاد سعدوفا برای مطالعه‌ی بیشتر:

تاثیر تحول دیجیتال در رشد کشور هند

هرم اتوماسیون معادن

تحول دیجیتال با کیفیت چگونه به نظر می رسد؟ چگونه می توان فرآوری مواد معدنی را برای استفاده مسئولانه و سودآور از منابع طبیعی کمیاب بهینه کرد؟ و سازمان ها در بخش معدن و مواد معدنی باید چه هدفی داشته باشند؟

برای درک این که چگونه تبدیل دیجیتال با بهترین روش می‌تواند در کارخانه استخراج معدن و فرآوری مواد معدنی کار کند، ارجاع به هرم اتوماسیون - مدلی مبتنی بر استاندارد بین‌المللی ANSI/ISA 95 که توسط انجمن بین‌المللی اتوماسیون توسعه یافته است، می‌تواند مفید باشد.

اساساً این مدل استانداردهایی را ارائه می دهد که چگونه سیستم های مختلف سازمانی و کنترل باید با هم کار کنند تا خطاها، ریسک و هزینه ها را کاهش دهند. این یک مدل تثبیت شده است که به طور گسترده در بسیاری از بخش ها، به ویژه در تولید صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

شکل  زیر یک نمای کلی از این هرم را ارائه می دهد که سطوح اتوماسیون را برای بخش تولید صنعتی نشان داده و با توضیح اضافه ای از آن چه که هر سطح برای بخش معدن و مواد معدنی شامل می شود همراه است:



                                                                                                          شکل 2- هرم اتوماسیون معادن

سطح 0: سطح میدانی

این سطح "پایه" اساسی برای بهینه سازی هر کارخانه ای است. این سطح، جایی است که داده‌ها از طریق دستگاه‌های IoT که شامل جریان‌سنج‌ها، تراکم‌سنج‌ها، وزن‌سنج‌ها و سایر ابزار دقیقی هستند که به طور فعال متغیرهای تولید را نظارت می‌کنند، جمع‌آوری می‌شوند. همچنین شامل محرک هایی مانند سوپاپ ها و پمپ هایی است که متغیرهایی مانند جریان، گرما و فشار را در محدوده تعیین شده نگه می دارند. در این مدل، ارتباط دائمی بین سطح 1 و سطح 0 وجود دارد. هدف یک سیستم کنترل (سطح 1) هم نظارت و هم به صورت پویا یا دستی، تنظیم متغیرهای فرآیند به سطح مورد نیاز اجرای سیستم کنترل داده شده است. برای اهداف جریان داده های تولید (سطح 0) به سطوح مدیریتی، تنها داده های تولید یا عملکرد معمولاً به سطوح بالاتر هرم ارسال می شود.

سطح 1: سطح کنترل

دستگاه های این سطح داده ها را از دستگاه ها در سطح میدانی دریافت می کنند و از این داده ها برای کنترل فرآیند تولید استفاده می کنند. در این بخش از بخش فرآوری مواد معدنی،  نظارت و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA) و سیستم‌های کنترل انجام می شود. در بخش استخراج، چندین مجموعه راه حل وجود دارد که با سیستم های مکانیکی ارتباط دارند و این داده ها را در دسترس نرم افزارهای سطح بالاتر  قرار می دهند.

سطح 2: سطح سرپرستی
برای بخش پردازش، این سطح جایی است که تاریخچه داده های تولید و سیستم های مدیریت اطلاعات آزمایشگاهی (LIMS) را پیدا می کنید. اطلاعات بخش استخراج، کنترل معدن، عملیات، برنامه ریزی کوتاه مدت، یا راه حل های حمل و نقل نیز ممکن است در اینجا یافت شود. در این سطح به نسبت سطوح پایین تر، تمایل بر آن است که داده ها با کمی تاخیر یا کمتر گزارش داده شوند. این گزارش ها در برنامه ریزی و نظارت مؤثر بوده و اغلب در سطح روزانه تا پنج روز گزارش می شوند.

سطح 3: سطح برنامه ریزی

این سطح بر کل فرآیند تولید، از مواد اولیه تا کالاهای نهایی نظارت دارد. برای بخش فراوری، این لایه جایی است که معمولاً یک سیستم اجرایی تولید (MES) را پیدا می کنید. MES مسئول جمع‌آوری، یکپارچه‌سازی، اعتبارسنجی و متمرکز کردن داده‌های منبع و همچنین در دسترس قرار دادن داده‌ها برای کارکنان از طریق ابزارهای تجزیه و تحلیل و تجسم است. یک MES با کیفیت بالا، داده ها را از سراسر کارخانه و از تمام سطوح این هرم اتوماسیون جمع آوری کرده و به صورت منبع در می آورد. در بخش استخراج، راه حل های برنامه ریزی معدنی میان مدت تا بلندمدت در این سطح یافت می شود. راه حل های متداول مانند سلامت و ایمنی نیز در این سطح مطرح هستند.

سطح 4: سطح کسب و کار و لجستیک

این لایه "C-suite" (معاونین ارشد) هرم است. لایه سازمانی که به تصمیم گیرندگان سازمان اطلاعات استخراج شده از تمام سطوح هرم اتوماسیون و مربوط به تمام جنبه های عملیات کارخانه یا معدن را می دهد. اینجا است که راه حل برنامه ریزی منابع سازمانی (ERP) پیدا می شود. اینها معمولاً اطلاعات را از سطح 3 دریافت کرده و آن را به جنبه های مالی عملیات تبدیل می کنند. معمولاً راه‌حل‌های فروش، بازاریابی و شاید زنجیره تأمین در این سطح معرفی می‌شوند که بسته به پیچیدگی، ممکن است در سطوح پایین‌تر هرم نیز مطرح شوند.

دوقلوی دیجیتال به چه معنا است؟

در طول ده سال گذشته، نوآوری‌ها در دیجیتالی‌سازی به عنوان بخشی از انقلاب صنعتی چهارم منجر به راه‌حل‌های فوق‌العاده پیشرفته مانند سیستم های اجرایی تولید (MES) بر اساس دوقلو دیجیتالی شده است که در سطح برنامه‌ریزیِ هرم اتوماسیون توسعه مطرح می شود.

این راه‌حل‌های کاملاً خودکار دیجیتالی با قابلیت دوقلویی MES برای گرفتن داده‌ها از راه‌حل‌های سطح میدانی، کنترلی و نظارتی و تبدیل این داده‌های خام به اطلاعات متنی طراحی شده‌اند.

 داده‌های کارخانه با منبع اندازه‌گیری شده، با استفاده از روش‌های جدید هوشمند مانند یادگیری ماشین متمرکز، اعتبارسنجی، سازمان‌دهی شده و تحت تجزیه و تحلیل کیفیت داده‌ها قرار می‌گیرند. سپس از فناوری شبیه‌سازی پویا برای پردازش این داده‌ها و انجام یک تعادل جرم کامل در سطح کارخانه در هر ساعت استفاده می‌شود. این به ذینفعان یک کارخانه سطحی از جزئیات پردازش اطلاعات، از جمله موجودی های ثابت کار در جریان، قابل ردیابی مستقیم به منابع داده کارخانه را می دهد، که قبلا هرگز امکان پذیر نبود.

با نگاه کردن به «نتایج» محاسبه‌شده از فرآیند دوقلوی دیجیتال، ذینفعان می‌توانند داده‌های اندازه‌گیری شده کارخانه خود را مورد بررسی قرار دهند و به سرعت تعیین کنند که مشکلات در کجا رخ می‌دهند یا کجا فرصت‌هایی برای بهبود وجود دارد.

تمام داده ها، مانند داده های ورودی پردازش شده توسط دوقلوی دیجیتال و داده های خروجی محاسبه شده توسط دوقلوی دیجیتال، در یک انبار داده ذخیره می شوند. از این طریق، تجسم داده‌ها و گزارش‌های کاربرپسند می‌توانند توسط ذینفعان مجاز تولید شوند. MES مجهز به دوقلوی دیجیتال به نوبه خود می تواند داده های خود را به طور معمول در یک راه حل سطح 4 (سطح کسب و کار)که معمولاً یک راه حل ERP است، برای بینش های کلی در دسترس قرار دهد.

دوقلوی دیجیتال برای استخراج معادن و فرآوری مواد معدنی

انواع مختلفی از دوقلوهای دیجیتالی وجود دارد که در چندین صنعت مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. هر دوقلو متفاوت ساخته شده و کاربردهای متفاوتی دارد. برای استخراج، دو نوع متمایز از راه حل های دیجیتال دوقلو استفاده می شود: دوقلوهای دیجیتال مربوط به دارایی ها و دوقلوهای دیجیتال پردازش.

دوقلوهای دیجیتال مربوط به دارایی ها در زنجیره ارزش استخراج استفاده می شود. یک دوقلوی دیجیتال اساساً یک کپی دیجیتالی از اجزای فیزیکی یک معدن است که با استفاده از مدل سازی CAD توسعه یافته است. برای مثال این می‌تواند شامل مدل‌های سه بعدی برای برنامه‌ریزی معدن مانند طراحی‌های گودال، مسیرهای حمل و نقل و طرح‌بندی معدن باشد. این نوع راه حل دیجیتال به افراد کمک می کند تا یک مرکز را از یک مکان دور تجسم کنند.

دوقلوهای دیجیتالی فرآیندی، دوقلوهای دیجیتالی بسیار پیچیده‌تر هستند و در بخش پردازش زنجیره ارزش معدن استفاده می‌شوند. دوقلو دیجیتال فرآیندی یک کپی دیجیتالی از پردازش واقعی بدنه سنگ معدن برای یک کارخانه فرآوری مواد معدنی - از مواد خام تا محصول نهایی است. این نوع دوقلوی دیجیتال از شبیه سازی دینامیکی استفاده می کند و طیف وسیعی از خواص فیزیکی مانند دما و فشار را در نظر می گیرد. همچنین با معادلات و فرآیندهای شیمیایی خاصی که در هر مرحله از فرآیند پالایش اتفاق می‌افتد، ترکیب می‌شود.

دوقلوهای دیجیتالی فرآیندی بخشی از هسته یک MES دارای دوقلو دیجیتال فعال در سطح برنامه ریزی هرم اتوماسیون را تشکیل می دهند. مدل شبیه سازی شده پویا تمام داده ها را از لایه های اتوماسیون زیر آن می کشد. خروجی های محاسبه شده توسط مدل پویا مستقیماً به تمام داده های منبع متصل می شوند. این قابلیت است که به مدل توانایی استفاده از یادگیری ماشین را برای انجام محاسبات هوشمند برای بینش بیشتر می دهد. داده‌های منبع و داده‌های محاسبه‌شده از همه این لایه‌ها در MES تأیید، سازمان‌دهی، ساختار یافته و از پیش جمع‌آوری می‌شوند.

برخی از سازمان‌ها ممکن است از یک برنامه کاربردی یا ماژول با MES سنتی استفاده کنند که در آن ساختارهای داده به هم متصل نیستند و بنابراین محاسبات بدون شبیه‌سازی پویا از فرآیند و بدون عملکرد یادگیری ماشین محدود هستند.


همه این موارد چگونه با هم هماهنگ می شوند؟

اگر هرم اتوماسیون (شکل 2) را با زنجیره ارزش معادن (شکل 1) ادغام کنیم، در نهایت به نقشه ای می رسیم که راه حل های مختلف موجود در بازار را در هر بخش از زنجیره ارزش استخراج و در هر لایه هرم اتوماسیون شناسایی می کند.

شکل 3 بخش های مختلف زنجیره ارزش استخراج و لایه های هرم اتوماسیون را بر اساس راه حل هایی را نشان می دهد که به این بخش ها خدمات ارائه می کنند. این یک ادغام سطح بالا از تمام راه حل های نرم افزاری معدن و مواد معدنی موجود در بازار امروز است.

 شکل 3- نقشه راهکارهای هرم اتوماسیون در مسیر زنجیره ارزش معدن 

بخش "استخراج" زنجیره ارزش معدن به خوبی تثبیت شده است و چندین راه حل در بازار موجود است و هر کدام به یک یا چند بخش فرعی از زنجیره ارزش یا لایه های اتوماسیون می پردازند. این راه‌حل‌ها به سازمان‌ها اجازه می‌دهند تا داده‌های منبع را جمع‌آوری کنند، داده‌ها را به صورت ایمن در یک انبار داده ذخیره کنند و این داده‌ها را با راه‌حل‌های سطح مدیریتی مانند تجسم داده، ابزارهای گزارش‌دهی و سیستم‌های ERP یکپارچه کنند.

با این حال هنگامی که به بخش‌های پردازش و ذوب زنجیره ارزش استخراج می‌رویم، شکاف‌های آشکاری وجود دارد.

این بخش دارای راه حل های میدانی، کنترلی و نظارتی است که به خوبی ایجاد شده، توسعه یافته و به راحتی توسط صنعت پذیرفته شده است.

با این حال بخش‌های زنجیره ارزش استخراج «فرآوری»، «ذوب» و «کنترل و بهینه‌سازی» اغلب هیچ راه‌حل برنامه‌ریزی در محل ندارند. به طور خاص آنها به طور معمول فاقد MES مبتنی بر دوقلوی دیجیتال هستند. این اغلب با نرم افزارهای چند منظوره مانند صفحات گسترده که قادر به انجام دقیق و پیچیده ترازهای جرم و انرژی نیستند، با ذخیره سازی محدود داده، حداقل حسابرسی و شفافیت و گزارش دستی و مستعد خطا، جایگزین ضعیفی می شود. این صفحات گسترده سپس به مدیریت ارائه می شود تا به سطح مدیریت، سیستم های ERP برای تصمیم گیری و گزارش های خارجی وارد شود.

بدون MES دارای دوقلوهای دیجیتال، تنها می توان به تغییر جزئی دیجیتال دست یافت. این همچنین به این معنی است که سایر بخش های زیر زنجیره ارزش معدن - حسابداری متالورژی، گزارش تولید، بهینه سازی فرآیند و ردیابی موجودی - نمی توانند به طور دقیق محاسبه شوند. علاوه بر این گزارش حسابداری مالی، مدیریت موجودی و گزارش ESG برای گزارش سریع، دقیق و قابل اعتماد غیرممکن است.

برای انتقال کامل به تحول دیجیتال در کل زنجیره ارزش استخراج، ضروری است که راه حل های دیجیتالی را برای تمام لایه های هرم اتوماسیون پیاده سازی شود. 

5 جزء از بهترین عملکرد MES دیجیتالی فعال برای کارخانه های فرآوری مواد معدنی

برای بخش فرآوری مواد معدنی در زنجیره ارزش معدن، حتی کوچکترین پیشرفت در یک تکنیک پردازش، ورودی یا اندازه‌گیری یک خروجی می‌تواند به بازدهی عظیم، سود درآمد و بهبود پایداری منجر شود.

معمولاً پنج جزء از یک راه حل دیجیتالی پیچیده و هدفمند برای بخش پردازش مواد معدنی زنجیره ارزش معدن وجود دارد:

1# تمرکز بر منبع داده ها

اغلب، کارخانه‌های پردازش با استفاده از داده‌های سیستم‌های متفاوت کار می‌کنند - بدون توانایی ارجاع متقابل یا بررسی آسان و دقیق اطلاعات. حتی بسیاری از کارخانه ها هنوز به داده های ذخیره شده در صفحات گسترده و به صورت دستی توسط اعضای تیم وارد می شوند.

اولین گام در تبدیل دیجیتالی پردازش مواد معدنی، متمرکز کردن و دیجیتالی کردن داده ها از منابع متعدد در سراسر کارخانه است. این داده‌ها باید کاملاً قابل ردیابی باشند (بنابراین اگر یک مسئله یا ناهنجاری شناسایی شود، می‌توان آن را به راحتی تعیین کرد) و یک «منبع حقیقت» واحد و سازمان‌یافته برای ذینفعان مجاز ارائه دهد.

یک اولویت کلیدی در اینجا باید قابلیت همکاری باشد: باید اطمینان حاصل کنید که در حال استخراج داده‌ها از سیستم‌های مختلف موجود در سراسر کارخانه خود هستید و می‌توان داده‌ها را با هم مقایسه و در نظر گرفت. این می تواند شامل داده های ابزار یا آزمایشگاه، و همچنین اطلاعات از معدن، تعمیر و نگهداری، محیط زیست یا بخش های دیگر باشد. راه حل دیجیتالی برای فرآوری مواد معدنی همچنین باید شامل داده های بودجه، هزینه و پیش بینی و سایر اطلاعات مالی باشد و بتواند مستقیماً به سیستم های گزارش دهی شرکت گزارش دهد.

2# اعتبار سنجی و سازماندهی داده ها با استفاده از یادگیری ماشین

هنگامی که داده های منبع کل کارخانه را متمرکز کردید، می توانید اعتبارسنجی و سازماندهی داده ها را تنظیم کنید.

در حالت ایده آل راه حل شما باید از یادگیری ماشین برای پشتیبانی از تجزیه و تحلیل حجم عظیمی از داده ها استفاده کند. معمولاً سه نقطه وجود دارد که این اعتبارسنجی و سازماندهی داده ها برای اطمینان از کیفیت داده ها باید انجام شود.

• مرحله استخراج و بارگذاری. راه‌حل شما باید داده‌های منبع را تأیید نموده تا تعیین کند آیا مقادیر یا نمونه‌های گمشده ای وجود دارد یا خیر، و این که مقادیر در محدوده مورد انتظار قرار داشته باشند.

• مرحله پیش پردازش. قبل از انجام توازن جرم، باید داده‌های اندازه‌گیری شده را که به‌عنوان «مقادیر بحرانی» علامت‌گذاری شده‌اند بررسی کرد تا هرگونه بی‌ثباتی در مقادیر مشخص شود. همچنین داده‌ها باید دائماً در سراسر فرآیند متعادل‌سازی جرم مورد تأیید و بررسی قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که نتیجه اندازه‌گیری شده با نتیجه محاسبه‌شده در آن بخش از فرآیند مطابقت دارد.

• مرحله پس از پردازش. اکنون هر مقدار محاسبه شده باید با مقادیر اندازه گیری شده بررسی شود و هر انحراف عمده باید برای وضوح یا به عنوان یک فرصت بهبود علامت گذاری شود.
  
  

3# محاسبات دوقلوی دیجیتال

یک فرآیند دوقلوی دیجیتالی با استفاده از شبیه‌سازی پویا به طور فزاینده‌ای ضروری است تا به متخصصان معدن و مواد معدنی اجازه دهد نتایج را در مقابل مجموعه داده مقایسه‌ای دوم که از جریان کارخانه ایجاد می‌شود، بررسی کنند.

توجه به این نکته مهم است که دوقلوی دیجیتالی برای پردازش مواد معدنی یک Office Spreadsheet یا یک الگوریتم تطبیق داده های آماری نیست. هیچ یک از این روش‌ها شیمی و دینامیک فرآیند کانی‌ها را در نظر نمی‌گیرند و از زمان به عنوان یک بعد استفاده نمی‌کنند. آنها همچنین نمی توانند جریان های میانی یا موجودی را اندازه گیری کنند. این روش ها مرزهایی را در چندین گره فرآیند قرار می دهند. بنابراین، داده ها محدود است، مفروضات زیادی مطرح می شود و احتمال خطا زیاد است. فرآیند تعادل جرم با استفاده از این تکنیک های قدیمی بسیار دستی است. به همین دلیل، به ندرت، معمولا یک بار در ماه انجام می شود.

یک فرآیند دوقلوی دیجیتالی با استفاده از شبیه‌سازی پویا از زمان به عنوان بعد استفاده می‌کند. می‌تواند موجودی را اندازه‌گیری کند، جریان‌های میانی را ردیابی کرده و داده‌های منبع کارخانه اندازه‌گیری شده را برای بهینه‌سازی فرآیند برتر بررسی کند. هیچ مرزی در بین گره ها وجود ندارد و هیچ فرضی از کاربر ساخته نشده است. حجم زیادی از داده های محاسبه شده و اتوماسیون کامل سرتاسر به این معنی است که جریان کل کارخانه را می توان هر ساعت انجام داد.

4# پایگاه داده

هنگامی که تمام داده های اندازه گیری و محاسبه شده خود را در اختیار دارید، به مکانی برای ذخیره آنها نیاز دارید. این چهارمین مؤلفه ضروری یک راه حل دیجیتال با کیفیت برای کارخانه شما است: یک پایگاه داده ساختاریافته با کارایی بالا که بسیار امن و پایدار است و به شما امکان می دهد به مقادیر زیادی از اطلاعات از پیش انباشته و سازماندهی شده دسترسی داشته باشید.

5# تجزیه و تحلیل و گزارش

گزارش های دقیق و سریع برای ذینفعان کارخانه حیاتی است. علاوه بر ارائه تجسم و تحلیل داده‌های پیشرفته قابل تنظیم، ابزارهای مناسب موانع را از بین می‌برند و به پرسنل مجاز از سراسر سازمان اجازه می‌دهند به داده‌های کاربرپسند و مناسب دسترسی داشته باشند. یک راه حل دیجیتالی برای فرآوری مواد معدنی نیز عملکرد گزارش دهی را خودکار می کند و متالورژیست های کارخانه را به تمرکز بر کارهای مولدتر و کارآمدتری که برای آن آموزش دیده اند، سوق می دهد. اتوماسیون این امکان را به آنها می دهد که سریع و به موقع تصمیم بگیرند و در صورت نیاز اقدامات فوری انجام دهند.

مزایای تمرکز بر تحول دیجیتال برای بخش پردازش مواد معدنی زنجیره ارزش معدن

چرا باید تحول دیجیتال مخصوص فرآوری مواد معدنی را آغاز کنید؟ در اینجا برخی از مزایای مهم وجود دارد:

رعایت استانداردهای انطباق

حاکمیت شرکتی یک نکته بسیار مهم است. یک کارخانه فرآوری مواد معدنی در صورت وجود کاستی در سیستم اطلاعات فرآیند کارخانه، نمی تواند حاکمیت شرکتی صحیحی داشته باشد.

یک راه حل دیجیتال با کیفیت برای یک کارخانه فرآوری مواد معدنی باید مطابق با Amira P754 باشد. پایبندی  به تمام 10 اصل کد، اطمینان از صحت داده ها، شفافیت و بهترین عملکرد حاکمیت شرکتی لازم است. راه حل دیجیتال همچنین باید به شما این امکان را بدهد که یک مسیر حسابرسی ایجاد کنید، اصول حاکمیت بورس اوراق بهادار مورد نیاز را رعایت نموده و شما را قادر به تعیین کمیت، مدیریت و به حداقل رساندن ریسک نماید.

حسابداری متالورژیکی پیچیده

هدف اصلی حسابداری متالورژی ایجاد تعادل مواد / جرم برای کارخانه است. سپس از این تراز جرم برای محاسبه و گزارش عملکرد و تولید فرآیند استفاده می شود.

با وجود یک راه حل دیجیتال پیچیده، باید بتوانید:

• امکان محاسبه هر جریانی

شما به یک نمودار جریان فرآیند کامل و به روز نیاز دارید. همه پرسنل سایت باید بتوانند به این موضوع به عنوان دقیق ترین نمایش جریان در کارخانه تکیه کنند. همان طور که عملیات کارخانه به روز می شود، فلو شیت مدل پویا و حالت پایدار نیز به روز می گردد.

• خودکارسازی اندازه گیری تعادل جرم ساعت
  

داده‌های ابزار دقیق و داده‌های آزمایشگاهی و سایر منابع داده باید به طور خودکار وارد شوند و تراز جرم ساعتی محاسبه شود. این باید به متالورژیست‌های شما اجازه دهد تا عملکرد کارخانه را تجزیه و تحلیل و ارزیابی کنند و به راحتی هر ابزاری را که ممکن است نیاز به کالیبراسیون یا نمونه‌برداری داشته باشد و ممکن است نیاز به بهبود داشته باشد شناسایی کنند. همچنین، همه متالورژیست ها باید بتوانند بفهمند که تعادل جرم در کارخانه چگونه انجام می شود.

• صرفه جویی در زمان

متالوژیست ها باید به جای جستجوی داده ها از منابع متفاوت، زمان بیشتری برای تجزیه و تحلیل دقت و قابلیت اطمینان داده هایی که در تراز روزانه آنها وارد می شود داشته باشند.

• پیگیری موجودی

در یک راه حل سفارشی پیچیده، هر جریان در سراسر کارخانه باید در هر ساعت با استفاده از داده های واقعی کارخانه به عنوان ورودی برای محاسبات متعدد محاسبه شود. اینها باید شامل ترکیب عنصری جریانها و موجودیهای میانی باشد.

چگونه یک کارخانه طلا از یک راه حل دیجیتالی هدفمند برای بهینه سازی محاسبات طلای خود استفاده می کند؟ 

نمونه برداری از مخازن کربن موجود در صافی Carbon-in-leach (CIL) دشوار است، بنابراین به دلیل فرآیندهای متعددی که در مخازن رخ می دهد، ردیابی آنها مشکل است. این مخازن به طور مداوم با دوغاب (slurry) تغذیه می شوند و جذب طلا به کربن در مخازن اتفاق می افتد. کربن با طلا بارگیری می شود و جریان مخالف به جریان دوغاب منتقل می شود. با توجه به زمان اقامت طولانی، محاسبه مکرر طلا به اشکال مختلف برای هر مخزن از نظر انجام محاسبات دشوار است. از طرفی دانستن میزان طلای در حال تکامل هم حیاتی است.

اگر یک راه حل دیجیتال پردازش مواد معدنی در این کارخانه وجود داشته باشد محاسبه طلا در مخازن CIL به صورت خودکار انجام می شود. به این معنی که موجودی ها را می توان به طور یکپارچه ردیابی کرد. دوقلوی دیجیتال در هر دقیقه تعادل جرمی را بر روی مخازن CIL در مدار انجام می دهد و وضعیت های عملیاتی تجهیزات مخازن CIL را نشان می دهد. این بدان معنی است که اپراتورها می توانند به راحتی تعیین کنند که چه زمانی بارگذاری/جذب و انتقال کربن اتفاق می افتد. درجه به روز LIMS برای طلا در فاز جامد و کربن جذب شده نیز در مدل هنگام انجام تعادل جرم استفاده می شود. تجزیه و تحلیل به روز باقیمانده، کربن و محلول در تعادل جرم جمع آوری می شود تا میزان انتقال طلا به خوبی درک شود.

گزارش تولید قابل اعتمادتر و دقیق تر

گزارش دقیق تولید برای تعیین کمیت عملکرد کارخانه های فرآوری مانند بازیافت و ضایعات استفاده می شود. همچنین مبنایی برای ایجاد یک برآورد دقیق از موجودی محسوب می شود. اگر اختلاف زیادی بین موجودی واقعی و برآورد شده وجود داشته باشد، می تواند عواقب مالی قابل توجهی داشته باشد. برآورد ضعیف بازیابی و زیان می تواند مشکلات فرآیند را پنهان کرده و بر برنامه ریزی تولید تأثیر بگذارد.

یک راه‌حل پیچیده و هدفمند به معدن کمک می‌کند تا به بودجه‌ریزی مبتنی بر صفر دست یابد - جایی که پیش‌بینی‌ها و بودجه‌ها به جای استفاده از نتایج تاریخی، به علاوه یا منهای چند درصد، به ترکیبی تجدیدنظر شده از برآورد هزینه و درآمد نیاز دارند. بنابراین برآورد هزینه‌های تولید و فرآوری بر اساس محرک‌های هزینه‌ای است که از فعالیت‌های تولید فیزیکی و ویژگی‌های فیزیکی ضایعات و مواد معدنی برای فرآوری در آن مرحله از عمر معدن به دست آمده‌اند.

در سال 2017، یک سازمان معدنی جهانی، یافته‌های یک تحقیق عمومی در مورد حسابداری تولید خود را منتشر کرد که نشان داد تولید کاتد مس در سال 2014 بیش از 6650 تن بیش از حد اعلام شده است. این معادل 41.9 میلیون دلار آمریکا بود که اغراق در عملکرد مالی را نشان می داد. همچنین مشخص شد که موجودی های در حین فرآیند، 122 میلیون دلار آمریکا بیش از حد اعلام شده است.

گرفتن دقیق توده کنسانتره تولید شده هنگام برنامه ریزی محموله ها و انجام فعالیت های مالی بسیار مهم است. تخمین بیش از حد موجودی کنسانتره می تواند منجر به تخمین بیش از حد ارزش مالی کنسانتره در کارخانه شود.

ایجاد مدل برگشت خالص ذوب برای فرایند تغلیظ مس

در اینجا نمونه ای از استفاده از گزارش دقیق تولید از راه حل فرآوری مواد معدنی دوقلو دیجیتال برای توسعه مدل بازگشت خالص ذوب برای یک کارخانه مس آورده شده است.

این مدل تمام درآمدها و هزینه های مرتبط با محصولات کنسانتره را کمی سازی می کند. عوامل مدل در ارزش فلز اولیه در کنسانتره، هزینه‌های حمل و نقل و تصفیه، هزینه‌های ذوب و پالایش و حتی هزینه‌های جریمه مربوط به گونه‌های ثانویه باعث کاهش بازیابی گونه‌های اولیه در ذوب می‌شوند.

با استفاده از داده های دوقلوی دیجیتال، سایت اکنون می تواند از طیف وسیعی از عوامل برای تعیین کمیت مقدار کنسانتره استفاده کند. تصاویر استخراج شده در اینجا درآمد و ارزش هزینه کنسانتره مس تخمینی کارخانه را نشان داده و میانگین تفکیک هزینه های کنسانتره مس را ارائه می دهد. مشخص می شود که مقدار زیادی از سرب و روی به عنوان کنسانتره مس گزارش می‌شود، که منجر به کاهش قابل‌توجه بازیافت مس و همچنین افزایش هزینه‌های پالایش به دلیل عدم گزارش سرب/روی به کنسانتره سرب یا روی می‌شود.




تصویر در اینجا توزیع عنصری را به محصولات کنسانتره یا پسماندهای مختلف نشان می دهد. در حالی که مشخص شد مس به طور کلی به کنسانتره مس بازیابی می شود (بازیابی 83 درصد)، مشخص شد که اکثریت سرب در پسماندها یا گزارش ها به کنسانتره مس از بین می رود، زیرا تنها 30 درصد بازیافت مستقیم کنسانتره وجود دارد. علاوه بر این روی در 69٪، با کسر قابل توجهی به پسماند بازیافت می شد. این معادل زیان 128 میلیون دلاری در سال است. با قرار دادن این اطلاعات در اختیار متالوژها به آنها این امکان داده می شود که بهره وری را دنبال نموده و تغییرات معنی داری را اعمال کنند.

بهینه سازی فرآیند

توانایی بهینه سازی فرآیندهای کارخانه یک مزیت اساسی است و همچنین جایی است که پروژه تحول دیجیتال  به سرعت هزینه های خود را پرداخت کرده و اغلب حتی قبل از پیاده سازی، کامل می شود.

فرصت های بهینه سازی فرآیند با استفاده از راه حل فرآوری مواد معدنی را می توان به روش های مختلفی شناسایی کرد.

نگاه کردن به تراز بین داده‌های اندازه‌گیری شده و محاسبه‌شده به متالورژیست‌ها اجازه می‌دهد تا ابزارها و روش‌های نمونه‌برداری را که ممکن است نیاز به ارزیابی داشته باشند، شناسایی کنند. این بدان معنا است که می توان مسائل را قبل از پیچیده تر شدن آنها حل کرد.

به عنوان مثال اگر مقدار اندازه گیری وزن سنج نوار نقاله فیلتر کارخانه از مقدار محاسبه شده بیشتر باشد، این نشان می دهد که وزن سنج بیش از حد خوانده می شود یا ماتریس فلوتاسیون به دلیل ورودی های نادرست، به اندازه کافی کنسانتره خاص تولید نمی کند. این امر متالورژیست ها را وادار می کند تا کالیبراسیون وزن سنج را بررسی کنند تا از خواندن صحیح آن اطمینان حاصل نموده و سنجش های مورد استفاده در ماتریس فلوتاسیون را بررسی کنند تا مطمئن شوند این نمونه ها نماینده مناسبی هستند.

سایر دستاوردهای بهینه سازی فرآیند راه حل پردازش مواد معدنی عبارتند از:

• بازیابی مواد جامد کنسانتره و نرخ تولید را می توان به خوبی محاسبه کرد.

• نرخ خوراک اندازه‌گیری شده و ترکیب خوراک را می‌توان برای بهینه‌سازی بازیابی تأیید کرد.

• جریان ها و موجودی های میانی را می توان با انجام تعادل جرم در هر دقیقه، تا سطح مخزن - جرم، حجم و ترکیب عنصری ردیابی کرد.

• ضایعات (محصول تا پسماند) را می توان به طور موثر مدیریت نموده و مصرف نمونه ها را کنترل کرد (نرخ دوز، مصرف و هزینه نمونه ها و رابطه آن با بازیابی).

• تجزیه و تحلیل علت ریشه برای فرآیند تطبیق معدن و کارخانه، و توانایی تعیین دسته های کنسانتره که ممکن است نیاز به نمونه برداری مجدد داشته باشند، یا ممکن است کمتر از مشخصات باشند و می توانند دوباره پردازش شوند، قابل اجرا هستند.

• با استفاده از مدل سازی برای تعیین شرایط بهینه عملیاتی کارخانه می توان از تعطیلی گران قیمت کارخانه جلوگیری کرد.

• اصلاحات طراحی توصیه شده می تواند استفاده از دارایی را به حداکثر برساند و گلوگاه ها یا بی نظمی های فرآیند را کاهش دهد. فعالیت های کلیدی تعمیر و نگهداری را می توان برای کاهش زمان توقف برنامه ریزی نشده انجام داد.

• می توان از تخصیص سرمایه به تجهیزات و ابزارهایی که استفاده از دارایی، نرخ تولید یا بازیابی را بهبود نمی بخشد اجتناب کرد.

• اپراتورها می توانند شرایط فرآیندی را که  برای انواع مختلف سنگ معدن می توان انتظار داشت و بهترین استراتژی تصفیه را شناسایی کنند.

یک راه حل دیجیتال برای فرآوری مواد معدنی اغلب برای تهیه گزارش های استاندارد مصرف نمونه استفاده می شود. در مثال زیر، این گزارش‌ها شامل میزان دوز، مصرف و هزینه نمونههای مورد استفاده در مدار فلوتاسیون نسبت به خوراک کارخانه است.

این تجزیه و تحلیل مشخص کرد که میزان دوز مورد استفاده در کارخانه تقریباً دو برابر میزان ایده آل است، بدون این که بهبودی در  شرایط ایجاد شود. هنگامی که این خطا شناسایی شد، مهندسان توانستند عملیات را تنظیم کرده و تنها با یک نمونه سالانه 26 میلیون دلار صرفه جویی کنند.

تحول دیجیتال و گزارش های  پایداری

به طور فزاینده‌ای، از شرکت‌های بخش معدن خواسته می‌شود تا قابلیت‌های ESG و مدیریت زیست‌محیطی خود و نیز حفاظت و سلامت کارگران را بهبود بخشند و توجه بیشتری به جوامعی که در آن فعالیت می‌کنند نشان دهند.

الزامات فراتر از دستورالعمل های ظاهری و به سمت تعهدات اجباری برای حوزه های قضایی فردی حرکت می کنند و در اکثر کشورها، گزارش انتشار گازهای گلخانه ای اکنون اجباری است.

برآوردن تمام این چارچوب ها، استانداردها و الزامات متنوع، پیچیده و زمان بر است. برخی از آنها به جزئیات دقیق نیاز دارند و الزامات انطباق نیز به طور مکرر در حال تغییر هستند.

یک راه حل هدفمند فرآوری مواد معدنی می تواند به سازمان ها با ESG خود در چهار زمینه کلیدی کمک کند: اطمینان از بهره وری انرژی و بهبود بازده، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، و هدایت فرآیندهای جدید و سبز.

الزامات یک راه حل پایدار دیجیتالی در حوزه معدن:

• اطلاعات اجمالی در مورد مصرف آب منتشر و آن را مطابق با استانداردهای گزارش دهی به سازمان ارائه دهد.

• فعال کردن سازمان های معدنی و فراوری مواد معدنی برای آزمایش سناریوهای آینده. این اطلاعات را می توان به امور مالی مرتبط کرد تا سازمان ها بتوانند مطابق با اصول ESG بودجه را پیش بینی کنند.

• ردیابی انتشار کربن مستقیم فرآیند و مصرف برق کارخانه به صورت روزانه و ساعتی. این شامل مصرف سوخت هایی مانند زغال سنگ و گازوئیل و همچنین انتشار محاسبه شده بر اساس ابزار دقیق کارخانه و  فرآیندهای شیمیایی است.

• عملکرد ضعیف را شناسایی و آن را بهینه کرده که منجر به کاهش انتشار کربن کلی و کاهش هزینه های عملیاتی می شود.

• با الزامات مدیریت دارایی و برای تجزیه و تحلیل سناریو و  پیش بینی برای عملیات فرآیند سازگار باشد.

International Mining, Axora survey reveals mining sector moves towards digital transformation, https://im-mining.com/2021/10/05/axora-survey-reveals-mining-sector-moves-towards-digital-transformation/

 AFR 22 March 2022. Newcrest mines data in the cloud for a $100m virtual goldmine

 BCG. Adopting a digital strategy in the metals and mining industry. https://www.bcg.com/en-au/publications/2021/adopting-a-digital-strategy-in-the-metals-and-mining-industry

 BCG. Adopting a digital strategy in the metals and mining industry. https://www.bcg.com/en-au/publications/2021/adopting-a-digital-strategy-in-the-metals-and-mining-industry

committees/isa95

منبع: metallurgicalsystems.com