Технологическая революция в горной отрасли, или как «промышленность 4.0» изменит основы мировой добычи

Статья «The mining industry disrupted» первоначально опубликована на сайте «The AusIMM Bulletin» (https://www.ausimmbulletin.com/feature/mining-industry-disrupted/) в апреле 2017 г. Переведено и опубликовано с разрешения автора и «The AusIMM Bulletin». Перевод с англ.: Верхозин С. С., к.ф.н., вед. аналит. АО «Иргиредмет»

Я хочу помочь вам избавиться от недоверия и познакомить с невероятными возможностями новой и пока непривычной для нас добычи будущего; приоткрыть двери в мир, в котором эксплуатационные расходы и капиталоемкость снизятся наполовину, а безопасность станет практически совершенной — то, к чему отрасль так стремиться, — и все это на фоне радикального сокращения влияния отрасли на экологию и, как следствие, упрощение получения социальной лицензии на работу в самом широком смысле. Возможно ли все это?

Мы прекрасно знаем о негативных факторах, свойственных современной горнодобывающей промышленности, о снижении продуктивности разработки месторождений, об увеличении расходов, социальном давлении. Я хочу убедить вас, что наше светлое технологичное будущее — это что-то не из области вероятностей, это неизбежность: добыча будет давать миру все необходимые ресурсы, этому будут сопутствовать низкие производственные издержки, сохранение окружающей среды — всё, чего так ждет современное общество.

Чтобы понять, на что будет похож завтрашний день, обратимся сначала к истории и проведем некоторые параллели с другими отраслями; из этого мы сможем узнать, как формируется будущее добычи. Если мы начнем изучать прошлое, то найдем в нем три нарушающих обычный ход развития «волны» технологической революции, которые возникали примерно каждые 50 лет или около того. Сегодня мы, скорее всего, находимся на пороге четвертой. Так что же это за волны и какое влияние они оказали на добычу?

Первая волна, или технологическая революция — эпоха парового двигателя, начало 1800-х годов. Появляются первые примеры масштабной механизации: паровозы, тракторы для сельского хозяйства, разнообразные машины для производства и даже добычи (паровые экскаваторы).

В это время добыча перешла от мускульного труда человека, вооруженного киркой и лопатой, или животного вроде пони для подземной откатки к крупномасштабной механизации, экскаваторам на паровом двигателе, карьерным поездам, паровым дробилкам и толчейным ставам. Все это существенным образом повлияло на стоимость производства, охрану здоровья и труда работников.

Вторая волна пришла с возникновением в начале 1900-х годов массового производства, что было обусловлено появлением на заводах Генри Форда конвейерного метода сборки Модели-Т, который сделал автомобили доступными для широкого круга людей. Массовое производство распространяется во всех отраслях промышленности, процесс ускоряется в период мировых войн (производство оружия, самолетов, боеприпасов).

С точки зрения добычи вторая волна принесла отказ от паровых экскаваторов в пользу электрических канатных машин, появление универсальных и гибких в эксплуатации дизельных самосвалов, крупных дробилок с электрическим приводом, мельниц, флотомашин. Именно в это время рудники начали приобретать современный облик.

Третья волна приходится на 1970–1980-е годы, когда в промышленности стали применять средства управления процессами, электронику и робототехническое оборудование для автоматизации рутинных задач. Начали строиться большие узкоспециализированные фабрики, производящие конкретный продукт по низкой цене.

В это время промышленность приобрела глобальный характер: предприятия начали строить там, где дешевле рабочая сила. Товары нужно было доставлять на мировой рынок, поэтому особое значение стала иметь логистика.

Хотя в момент своего зарождения третья волна сулила широкомасштабную автоматизацию, на деле автоматизировано было только 20% наиболее стандартных и повторяющихся видов работ. Дешевизна рабочей силы оказалась явлением временным; вскоре затраты на оплату труда выросли, что объяснялось самим присутствием предприятия в определенном районе и сопутствующими изменениями характера местного рынка.

Горнодобывающая промышленность в это время развивалась медленно и сложно. Росли размеры оборудования, на рудниках появлялись средства управления производственными процессами (хотя чаще всего все же ими управляли вручную); однако использовать прочие преимущества, которыми располагали другие отрасли, вроде передислокации в регион с дешевой рабочей силой или строительство стандартных специализированных производств, оказалось невозможно из-за самой сути добычи: месторождение переместить нельзя, оно такое, каким его создала природа и необязательно находится там, где есть дешевая рабочая сила. Как мы знаем, каждое рудное тело уникально. И, несмотря на это, последние 50 лет мы пытаемся стандартизировать и увеличивать размеры оборудования, типичные процессы добычи, подогнать все это под чрезвычайно неоднородную природу запасов полезных ископаемых.

Другими словами, кроме увеличения размеров оборудования, третья волна технологической революции в горнодобывающей отрасли практически ничего не дала. Я бы даже сказал, что в некоторых случаях наращивание производительности пошло во вред деятельности предприятия: оборудование стало мощнее, чем того требуется для оптимальной разработки месторождения, и в итоге это привело к разубоживанию руды. Данный фактор заметно повлиял на снижение эффективности добычи, хотя мало кто это понимает. Стоит подчеркнуть, что такой спад во многом можно связать с распространением теории управления деятельностью предприятия, которую проталкивали разные консультанты. Это в свою очередь стало причиной появления некачественных рабочих моделей управления, внедрение показателей эффективности деятельности предприятия, сужающих границы мышления специалистов, разрушающих любую ценность в принципе.

Так почему же после всех этих печальных для добычи следствий третьей технологической волны четвертая («промышленность 4.0») принесет что-то лучшее?

Четвертая волна строится на фундаменте третьей, но ее движущей силой являются цифровые технологии, число которых растет по экспоненте — еще одно отличие от линейного характера технологического развития, характерного для более ранних этапов. Цифровая трансформация происходит в каждой отрасли промышленности и в обществе, изменяются целые производственные, управленческие и прави-тельственные системы. Мобильные устройства, связывающие между собой миллиарды людей, невероятные вычислительные мощности, хранилища информации и доступ к знаниям, искусственный интеллект, роботы, автономные транспортные средства, трехмерная печать, нанотехнологии, биотехнологии, новейшие материалы, источники энергии, квантовая вычислительная техника — все идет к тому, о чем раньше и помыслить-то не могли.

В обрабатывающей промышленности мы увидим, как взаимопроникновение различных областей приведет к широкому распространению идеи о так называемой «массовой персонализации», которая позволит производить индивидуализированные товары и услуги, близкие к конечному рынку. На крупных специализированных предприятиях, гоняющихся за дешевой рабочей силой, уже поняли, что само их существование изменяет характер трудового спроса и предложения; то, что было дешевым, долго таким оставаться не будет. Существуют, например, такие прогнозы, согласно которым уже в 2018 году расходы на оплату труда в Китае поднимутся до уровня США. Наибольшие значение приобретут логистические затраты на транспортировку продуктов по всему миру, не говоря уже об издержках на защиту окружающей среды.

Во время четвертой волны мы получим небольшие, но гибкие в своей деятельности предприятия, использующие на производстве интеллектуальные системы, роботов и аддитивные технологии, создающие крайне индивидуальные товары по той же цене, что и крупные фабрики. Именно такие фирмы инновационного характера станут ближе к рынку, решат проблему высоких расходов на логистику, будут минимально полагаться на человеческий труд.

В конечном счете подобные предприятия станут полностью автоматизированными. Это упростит производство, а также станет основой появления новой отрасли производства, свободной от обычных промышленных ограничений; она возникнет на границе с другими областями, принесет дополнительную пользу потребителям, готовым платить бо́льшие деньги за уникальные товары.

Массовая персонализация  в горной промышленности

Для успешного внедрения концепции массовой персонализации в горнодобывающую промышленность нам следует изменить образ мышления — индивидуализация должна касаться месторождения, а не рынка. В других отраслях существует набор стандартных вводных, на основе которых и строится процесс производства персонализированных продуктов для потребителей. В добыче же мы станем применять персонализированные методы к разработке рудного тела с получением стандартного продукта.

Вместо выпуска крупной горнодобывающей техники и систем, оборудование будет проектироваться в индивидуальном порядке, в соответствии с особенностями месторождения для извлечения конкретного полезного ископаемого без отработки пустого материала (он будет удаляться из рабочего цикла как можно раньше). Размеры оборудования будут уменьшаться до наименьшего возможного значения, однако эксплуатационные расходы будут соответствовать сегодняшним. 

Вот пара наиболее актуальных примеров такого подхода:

- Компания «AngloGold Ashanti» представила концепцию горизонтальной проходки восстающих выработок, предполагающую отработку исключительно жилы. Это один из первых примеров процессов добычи, специализированных под конкретные месторождения.

- Компания «CRC Ore» разрабатывает метод раннего удаления пустого материала, который существенно продвинется вместе с появлением более совершенных сенсорных систем.

Рассматривая четвертую волну технологического развития в контексте добычи, можно выделить значительный прогресс, идущий бок о бок с закостенелостью мышления, все еще весьма характерной для горнодобывающей промышленности.

Вот вам самый наглядный случай закостенелости мышления: производители горнодобывающего оборудования до сих пор полагают, что чем больше, тем лучше; они определяют размеры своей техники, учитывая, что на ее борту обязательно должен быть оператор. Новаторские наработки в сфере автономной транспортировки до сих пор внедряются только на самых крупных самосвалах. Почему? Погоня за размерами имеет смысл только в том случае, если у вас есть квалифицированные специалисты, а основной статьей расходов является рабочая сила.

С точки зрения автономности самым важным является вопрос выбора оптимального размера самосвала. Если принять во внимание, что он может развернуться под экскаватором за то время, которое занимает забор материала (а это возможно), тогда не логичнее ли иметь машину, которая будет вмещать только один ковш; это сделает процесс погрузки и транспортировки практически непрерывным, он будет отличаться от процесса периодического, каким является сегодня. В итоге система станет более надежной, увеличится уровень эксплуатации, а при использовании специальных сенсоров сократятся размеры оборудования. Это следующий шаг к повышению рентабельности добычи, это развитие!

Представьте себе мир, в котором горное оборудование работает полностью автономно, соединено между собой в комплексную сеть через беспроводные коммуникации, функционирующие даже через толщу породы; мир, в котором размеры техники соответствуют особенностям разработки конкретного месторождения, а объемы производимого пустого материала минимальны. «Рой» автоматизированных машин будет отрабатывать рудное тело, уходя в недра на такие глубины, которые недоступны сегодня. Людей на руднике не будет, а его площадь максимально ограничится. Будет производиться селективная добыча, сокращаться масса выработки пустой породы, повышаться содержание ценного компонента, прекратится нынешняя тенденция к ухудшению качества руды. В свою очередь, чем выше содержание, тем меньше размеры схем переработки и обогащения, меньше капиталоемкость и занимаемая площадь.

Сегодня мы видим, как специалисты становятся все более искусными в применении программного обеспечения и систем анализа данных; работают дистанционно из специальных виртуальных операционных центров, через социальные сети имеют доступ к передовому опыту всего мира, используют в режиме реального времени каналы данных, поступающие с оборудования и технологических циклов. Происходит постоянное углубление знаний о месторождении, которые становятся еще обширнее с каждым новым куском информации. План горных работ будет модернизироваться в соответствии с изменением модели рудного тела, рабочие параметры будут пересматриваться, металлургические требования основываться на данных с фабрики, оперативная оптимизация будет поставлена на поток. Последствия каждого решения будут моделироваться прежде, чем оно будет принято, возможные варианты прорабатываться до выбора наиболее подходящего. Все рабочие показатели будут записываться, а за обеспечение того, что в каждой конкретной ситуации используется правильная их комбинация, будет отвечать система машинного обучения.

Модель работы в таком мире будет базироваться на горизонтальной организационной структуре, в которую входят гибкие и многопрофильные специалисты, решающие комплексные задачи и преследующие глобальные цели. Фундаментом работы таких сотрудников станет анализ данных и программная инженерия; среди них будут и геофизики, и металлурги, и инженеры в области мехатроники (область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями. — прим. переводчика).

В этом мире появятся новые бизнес-модели, отличающиеся своей открытостью. Мы увидим «живые» планы месторождений и горных работ, публикуемые на общедоступной платформе, к которой в реальном времени могут подсоединиться поставщики и партнеры предприятия. Тесное сотрудничество и интеграция, при которых учитывается вся производственная цепочка, постоянно анализируемая и оптимизируемая на опережение, позволят существенно повысить рентабельность за счет сокращения объемов снабжения, доработки и уменьшения количества разногласий в производственной деятельности вне зависимости от того, кто выполняет конкурентный вид деятельности. В революционной горнодобывающей промышленности, которая использует преимущества совмещения разнообразных цифровых технологий, — все это вполне возможно.

Фазы четвертой волны

Первая фаза. Революция в горной отрасли не происходит мгновенно, но она уже началась. Сегодня мы воочию наблюдаем за процессом ее зарождения, началом первого этапа. Цифровые технологии все активнее используются на действующих рудниках, оборудовании и производственных процессах в качестве средства повышения эффективности и продуктивности. На предприятиях устанавливают все больше сенсорных систем, получают дополнительные данные с техники и технологических циклов. Это не только приносит прибыль, но и подчеркивает некоторые, наиболее бросающиеся в глаза ограничения.

Например, сегодня на горный самосвал монтируют порядка 200 сенсоров, которые дают подробную информацию касательно его эксплуатации, хотя за определение того, что именно везет машина, отвечает только один датчик полезной нагрузки, не говоря уже о том, что получаемые данные «заблокированы» в программном обеспечении. Сейчас любые начинания в сфере анализа данных в любой его форме ограничены наличием неэффективной программной архитектуры, в которой данные «принадлежат» исключительно проприетарному (от англ. proprietary software — частное, патентованное, в составе собственности) программному обеспечению, поэтому для совмещения разрозненной информации из различных источников приходится прилагать большие усилия. Инвестиции в создание центров дистанционного управления помогают развиваться новым подходам к строительству программной архитектуры и комплексной оптимизации деятельности.

Вторая фаза новой революции в горнодобывающей промышленности в широком смысле еще не началась. В ее основе будет лежать освоение новых месторождений с помощью оборудования и процессов, которые дадут нам новые технологии. Произойдет настоящий прорыв, появятся такие вещи, о которых раньше мы даже не мечтали. Начальная работа в нужном направлении уже ведется, например, инновации «AngloGold Ashanti» и «CRC Ore», о которых говорилось выше.

Во время третьей фазы мы начнем двигаться к новым рубежам, сможем эффективно разрабатывать новые месторождения, в том числе тонкожильные или располагающиеся в чрезвычайно влажных или жарких условиях, которые препятствуют их освоению запасов сегодня. Кроме того, могут появиться дешевые методы отработки сырья с низким содержанием ценных компонентов. Ключом к этому скачку станет удаление людей из зон добычи, сокращение занимаемой предприятием площади, организация надежной базы для получения социальной лицензии с одобрения местных жителей. Обо всем этом люди уже думают, особенно исследователи и ученые, например, в Государственном объединении научных и прикладных исследований Австралии (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO), Университете Аделаиды (Adelaide University) или фирме «Mining3».

Так каковы же недостающие элементы, которые ускорят наше движение вперед? К примеру, следующие:

- Работающие в режиме реального времени сенсоры, устанавливаемые на любых элементах, которыми можно оснастить ленту конвейера, ковш экскаватора, кузов самосвала, забой.

- Анализ минералогии в режиме реального времени.

- Надежные и повсеместные широкополосные коммуникации, службы определения местоположения, работающие как на поверхности, так и под землей, а также вне пределов прямой видимости.

- Быстрое изучение рудного тела в режиме реального времени.

Каждый из этих элементов предполагает мириады новых вещей, о которых сейчас мы не можем и подумать. Это и есть революция.

Выводы

Развитие горнодобывающей промышленности достигло переломного момента. Отрасль начала революционно меняться. И всем причастным к ней необходимо выбирать, какое место они займут в этом процессе. Желание стать частью четвертой волны технологической революции добычи может стать важнейшим стратегическим решением, которое только может принять горнодобывающая компания, хотя добытчики, действующие больше тактически, чем стратегически, останутся все равно.

Последние исследования показывают, что менее 10% горнодобывающих компаний имеют проработанную стратегию использования цифровых технологий. Революция — это путь не для всех. Лидеры будут двигаться быстрее остальных к построению комплексной архитектуры, наращиванию возможностей, разработке эксплуатационных и управленческих моделей. Тот, кто первым преуспеет в этом, доберется до «переломной точки», увидит, как в геометрической прогрессии начнут увеличиваться выгоды и стоимость активов.

Мы станем свидетелями грандиозного снижения эксплуатационных расходов, капиталоемкости, увеличения гибкости в ответ на требования рынка; мы сможем удалить людей из потенциально опасных рабочих условий; дать обществу ресурсы, необходимые для роста и повышении стандартов жизни наиболее приемлемым и социально-ответственным способом.

Совершенно очевидно, что новая волна технологической революции, появление «промышленности 4.0», относится и к добыче, хотя, вероятно, не так прямо пропорционально. Все же перед тем, как пересесть на автомобиль, люди мечтали о хорошей лошади. Чтобы встать на новый путь, надо обращать внимание на мир, лежащий вне нашей зоны комфорта. Прямо как в прошлом, когда на смену подковам и сену начали приходить двигатели, колеса и топливо. В связи с этим у меня к вам вопрос: если путем к «промышленности 4.0» является цифровая трансформмация и массовая персонализация, то станет ли вы сегодня вкладывать в Модель – Т Форда или купите лошадь получше?

-1+2

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница