• شنبه, 13 آذر , 1395

88742743 ,  88742741  تلفن سنگ آرتا

88739524  فکس سنگ آرتا

[email protected]  ایمیل سنگ آرتا

اتوماسیون و روباتیک پلی بسوی آینده معادن

اتوماسیون معادن سنگ

 

اتوماسیون و روبابیک در معادن از جمله موضوعات در معادن از جمله موضوعات بحث انگیز دو دهه گذشته محسوب می شود . عده ای از متخصصین معدن معتقدند که اتوماسیون و روباتیک تهدیدی برای ادامه شغل آنان تلقی می گردد و شغلی که بیش از هزاران سال و با نقش موثر تجربه همراه بوده است . بعضی از دست اندرکاران معادن معتقدند بدلیل هزینه اولیه هرگز این نوع عملیات در معادن متداول نخواهند شد اما از سوی دیگر هر روز بر تعداد محققیل و متخصصین که معتقدند استفاده از اتوماسیون و روباتیک در معادن بدلایل ایمنی ̨سرعت در عملیات ̨دسترسی به تولید بالا و کاهش هزینه عملیات اجتناب ناپذیر است اضافه می شود . این گروه معتقدند که آینده معادن صرفیظر از نوع و اندازه به دلایل فنی و اقتصادی باید به نوعی به سیستم معدنکاری هوشمند مجهز شود اتوماسیون و روباتیک پلی است برای دسترسی به این هدف نه مانعی برای معدنکاران . در این مقاله سعی خواهد شد تا جنبه های مختلف این مسئله مورد بحث قرار گیرد .

  1- مقدمه

 اتوماسیون “Automation”ترکیبی از دو کلمه “automatic”و “opration”و به معنی عمل کردن بدون عامل خارجی ( انسان ) یا با کمترین تاثیر عامل خارجی است . بعبارت دیگر اتوماسیون یعنی خودکار شدن عملیات ̨اتوماسیون فاز پیشرفته ای نسبت به مکانیزاسیون تلقی می گردد ضمن آنکه به مکانیزاسیون وابسته است اما مکانیزاسیون نیست . از سوی دیگر Roboticتوصیف کننده دو کلمه Robotو Actionاست روبوت نوعی ابزار است که بر اساس فرامینی که بطور مکانیکی صادر می شود عمل می کند و روباتیک به خودکار شدن مکانیکی عملیات اطلاق می گردد.

امروزه مکانیزاسیون در معادن به مرحله ای رسیده است که به منظور بهبود در میزان تولید ̨از ماشین آلات با ظرفیت تولید بالا و در عین حال فوق العاده گرانقیمت و پیچیده استفاده می شود این ماشین آلات که از تکنولوژی پیچیده و پیشرفته ای برخوردارند نیاز به اپراتورهای ماهر دارند این در شرایطی است که مق معادن زیاد و موقعیت ذخایر معدنی قابل استخراج بسیار دشوار و غیر قابل تصور شده اند ̨حتی با ده سال قبل قابل مقایسه نمی باشند . اخیرا محققان در استرالیا مشغول مطالعه بر طرحی از معدن روبازند که دارای عمق 1000 متر است . این مشکلات تنها در مورد معادن سطحی وجود ندارد بلکه در معادن زیر زمینی بدلیل تولید کم و نا امن بودن موقعیت عملیات معدنکاری در قیاس با روش های استخراج معادن سطحی از حساسیت بیشتری برخوردار است مجموعه این عوامل ̨مشکلات و موانع قانونی و اخلاقی را در پیش روی طراحان و مهندسین معدن قرار داده است . انتخاب مجموعه ای گرانقیمت از ماشین آلات و نیروی انسانی برای موقعیت کاری به شدت دشوار دغدغه های امروزی مسئولین معادن تلقی می شود .

در دو دهه گذشته سایر صنایع به طور موفقی از اتوماسیون برای بهبود بهره وری خود استفاده کرده اند اما تجربیات اولیه در معادن بالاخص در سوئد و آمریکای شمالی نتایج مشابه ای را در بر نداشته است دلیل این امر آن است که در عملیات معدنکاری همبستگی و یکپارچگی وجود ندارد . معدنکاری در محیطی انجام می گیرد که شرایط زمین شناسی آن غیر قابل پیش بینی و بشدت متغیر است در نتیجه برای موفقیت سیستم معدنکاری هوشمند مثل اتوماسیون نیاز به تخصص بالا در شناخت عوامل زمین شناسی غیر قابل پیش بینی و غیر قطعی وجود دارد .

2- تجهیزات اتوماسیون :

روند توسعه تکنولوژی از بدو پیدایش انسان سه مرحله را طی کرده است دوره ای که یسبتا طولایس نیز بوده است در این دوره که تا دوره رنسانس ادامه داشته عامل انجام کار نیروی انسانی بوده است دوره مکانیزاسیون که عامل انجام کار نیروی موتور ̨اما مجری یا اپراتور ماشین همچنان انسان بوده است دوران کنونی یا اپراتور ماشین همچنان انسان بوده است دوران کنونی یا اتوماسیون که علاوه بر استفاده از کار بدون دخالت انسان انجام می گیرد . بطور اجمالی اتوماسیون سیستمی است که در آن برای به کار انداختن و استفاده از ماشین یا بخش هایی در ماشین از کامپیوتر یا ابزار دیگری استفاده می شود و در این عملیات نقش یا مشارکت انسان ناچیز یا حذف می شود . کنترل دستگاه ̨پردازش داده ̨مقایسه و محاسبه توسط کامپیوتر یا ابزار مکانیکی انجام می گیرد . درجه اتوماسیون عملیات و به کارگیری ابزار اتوماتیک مثل کامپیوتر ̨روبات به میزان سرمایه گذاری و جانشینی نیروی کار انسانی و شرایط عملیات یا معدن بستگی دارد . تا کنون اتوماسیون در واحدهایی موفق بوده که در آنها از نظر مکان ̨زمان و شرایط تولید نوعی همبستگی وجود داشته است برای شرایطی مثل کشاورزی که کاشت ̨داشت و برداشت در زمان های مختلف انجام می گیرد اتوماسیون میر نخواهد بود مگر آنکه اتوماسیون برای هر یک از عملیات فوق الذکر به طور مستقل طراحی و اجرا شود در این صورت حجم سرمایه گذاری نیز زیاد خواهد بود . طبیعتا در معادن همانند سایر پروژه های صنعتی بیشینه کردن سود ناشی از استخراج از اهداف اولیه و مهم مسئلین معادن می باشد ایجاد پیوستگی در عملیات از نظر زمان و مکان و شناخت دقیق از شرایط زمین شناسی از عوامل تاثیر گذار در موفقیت خودکار کردن کامل یا بخشی از عملیات معدنکاری می باشد . استفاده از تجهیزات مناسب برای خودکار شدن عملیات معدنکاری مستلزم توجه به نکات ذیل است .

1)      ماشین آلات معدنی باید سریعتر و دقیق تر از غالب ماشین آلاتی باشند که هم اکنون در سایر صناصع از روش اتوماسیون جهت تولید استفاده می کنند .

2)      از نظر کیفیت دسترسی ̨ماشین آلات معدنی باید شرایط بهتری داشته باشند با از نظر زمانی همبستگی بیشتری بین عملیات پدید آید ( ماشین آلات معدنی با بازدهی زیادتر در اولویت خواهند بود . )

3)      ماشین یا بخشی از ماشین که قرار است به سمت خودکار شدن سوق داده شود باید از سنسور “Sensor”حساس و قابل اعتماد برخوردار باشد ( ماشین آلات معدنی با بازدهی زیادتر در اولویت خواهند بود . )

4)      استفاده از مدل ̨آلگاریتم شناخته شده و دقیق جهت برنامه ریزی تولید در معادن .

5)      تعدادی از نرم افزارها و روبات های موجود اتوماسیون عملیات در معادن از نظر هزینه توجیه پذیرند استفاده از این نوع ابزار در پایین نگهداشتن هزینه های اولیه و عملیات تاثیر مثبت دارند .

6)      برنامه ریزی برای معدن باید از دقت بالایی برخوردار باشد تاموانع پیش روی عملیات به حداقل برسد .

تجهیزات و ابزار مورد نیاز در اتوماسیون سیستم ها عبارتند از :

1)      کامپیوتر

2)      روبات ها (Robots)

3)      (Computerized Numberically Controlled) CNC

4)      سیستم طراحی کامپیوتریزه (Computer Aided Design ) CAD

5)      سیستم کامپیوتریزه (Computer Aided Manufacturing ) CAM

6)      سیستم CAD/CAM

7)      سیستم (Computer Integrated Manufacturing ) CIM

8)      سیستم (Flexible Manufacturing System ) FMS

2-1- نقش کامپیوتر :

کامپیوتر با دو ویژگس تناسب زیادی با نیازمندی های خطوط تولید اتوماتیک دارد این ویژگی ها عبارتند از :

1)      سرعت فوق العاده زیار در محاسبات

2)      حافظه قوی که توان انباشت اطلاعات زیاد و متفاوت را دارد . در انتخاب کامپیوتر آن کامپیوتری در الویت خواهد بود که درک روابط موجود در آنها ساده و حافظه های آن مبناسب با اطلاعات موجود در واحد عملیاتی معدن باشد وسعت حافظه به واحد عملیاتی اجازه می دهد که هر گونه تغییرات در خط عملیات را با برنامه تازه به اجرا در آورد تمام این موارد امروزه با کامپیوترهای دیجیتال میسر می باشد .

2-2- روبات ها :

روبات ها می توانند در مکانهای محتلف خطوط اتوماسیون وظایف گوناگون عملیات را تحت تاثیر یک برنامه یرم افزاری از پیش نوشته شده به جا بیاورند . روبات ها به جای اپراتور در خطوط تولید یا عملیات عمل می کنند و غالبا در مواردی استفاده می شود که عملیات مشکل و توام با خطر برای  اپراتور انسانی می باشد به طور کلی رباتها را می توان به سه گروه تقسیم کرد .

الف ) روبات هایی  که دارای موقعیت ثابت بوده و نمی توانند از یک موقعیت به موقعیت دیگر تغییر مکان دهند این روبات ها دارای سیستم باز خورد نمی باشند بعبارت دسگر بین خروجی عملکرد روبات و ورودی آن رابطه ای وجود ندارد یا بر اساس بازخورد خروجی جدید تولید نمی شود .

ب ) روبات های متحرک که دارای سیستم بازخودر می باشند و قادرند اصلاحات لازمه را در خطاهای احتمالی خروجی خود تصحیح کنند .

ج ) روبات های قابل کنترل از راه دور : این نوع روبات ها توسط یک اپراتور که در فاصله نسبتا دور از ماشین قرار دارد و می تواند روبات را کنترل نماید از این نوع روبات ها در معادن زیر زمینی ذغال سنگ و در ماشین های استخراج پیوسته مثل LHDمورد استفاده قرار می گیرد .

روبات ها علاوه بر آنکه موجب بازدهی ̨سرعت ̨دقت و کیفیت بالای عملیاتی می شوند این امکان را فراهم می سازند که بسیاری از عملیات مشکل ̨خطرزا و غیر قابل انجام از طریق اپراتور انسانی ̨امکان پذیر شوند . روبات ها بر خلاف نیروی انسانی قادر هستند حتی سه شیفت متوالی کا کنند و در این خصوص منبع فیزیولوژیکی نیروی کار ندارد . همچنین روبات ها نیلز به اضافه کاری ̨پاداش ̨تهویه ̨روشنایی ̨بهداشت و درمان نداشته و لذا تئلید یا عملیات با هزینه و مشکلات کمتری انجام می گیرد .

2-3- ماشین های CNC:

ماشین های CNCکه به وسیله کامپیوتر به کار گرفته می شوند از جمله ابزار مهم سیستم اتوماسیون محسوب می شوند . وظایف و توانایی های ماشین CNC̨کنترل داده ها و  اطلاعات معین می باشد بعضا ماشین های CNCماشین NCنیز نامیده می شود زیرا وقتی این ماشین ها برنامه ریزی می شوند اطلاعات مختلف روی نوار ثبت می شود و در اختیار ماشین قرار می گیرد و ماشین در راستای این اطلاعات به انجام کار می پردازد با کاربرد CNCیا NCمی توان سرعت و دقت را در عملیات یا تولید افزایش داد .

2-4- سیستم طراحی کامپیوتریزه CAD:

طراحی به کمک کامپیوتر از جمله ابزارهای بسیار موثر در سیستم اتوماسیون محسوب می شوند . طراحی به کمک این سیستم روند طراحی بصورت دستی را که زمان بر ̨خطاپذیر و هزینه بر است حذف می نماید . در معادن بدلیل غیر قابل پیش بینی بودن بعضی شرایط ̨تغییر بعضی از عموامل موثر در طراحی مثل قیمت ̨عیار ذخایر معدنی ̨طرح اولیه نیاز به تجدید نظر پیدا می کند .

این تغییرات هم از طریق برنامه نویسی و به کارگیری قلم نوری (Light pen )بر روی صفحه کامپیوتر امگانپذیر می شود . علاوه بر تجدید نظر طرح های قدیمی طرح جدید نیز توسط CADمیسر است . امروزه آن گروه از واحدهای معادن که مجهز به سیستم اتوماسیون می باشند با توجه به استفاده از CADطراحی های دقیق تر ̨زمان طراحی کوتاه تر و فاصله بین طراحی و عملیات اجرایی نیز تتقلیل و در نهایت بعضی از هزینه های غیر ضروری نیز حذف گردیدند .

2-5- سیستم تولیدی کامپیوتریزه CAM  :

اساس سیستم تولید کامپیوتریزه یاسیستم تولید به کمک کامپیوتر بر این واقعیت متکی است که کارکرد دستگاه یا بخش های مختلف ماشین تحت هدایت و کنترل برنامه کامپیوتری قرار دارد و امروزه هدایت و کنترل روبات ها نیز توسط سیستم CAMانجام میگیرد به کمک CAM می توان میزان تولید و کیفیت عملیات را افزایش داد .

2-6- سیستم CAM/CAD:

همان گونه که اشاره شد در سیستم CADطراحی و ایجاد مدل توسط کامپیوتر و از طریق ترمینال های گرافیکی انجام می گیرد از طرف دیگر در سیستم CAMامور مربوط به عملیات و تولید تحت هدایت و کنترل برنامه کامپیوتری میسر می شود هر یک از این دو سیستم به صورت مستقل از هم در واحدهای تولید اتوماسیون مورد استفاده قرار گرفته اند ولی برای دسترسی به سرعت ̨دقت و مورد استفاده قرار گرفته اند ولی برای دسترسی به سرعت ̨دقت و بازدهی بالا ̨مطلوب آن است که این دو سیستم به طور مرتبط با یکدیگر به کار بپردازند در این شرایط خروجی ها سیستم CADبه عنوان ورودی در اختیار سیستم CAMقرار می گیرد در این ترکیب سرعت ̨دقت ̨کیفیت طرح در کنار سرعت ̨دقت و کیفیت عملیات و تولید ̨موجب بازدهی بالا می شود .

2-7- سیستم CIM:

مهمترین ویژگی CIMمرتبط ساختن و هماهنگ نمودن مراحل مختلف عملیات یا تولید در سیستم اتوماسیون از طریق کامپیوتر اتوماسیون از طریق کامپیوتر است در سیستم اتوماسیون هر یک از اجزا CAD̨CAMو CNCبه تنهایی موجب سرعت ̨دقت و بازدهی در عملیات و تولید و نهایتا کاهش زمان تولید و هزینه می شوند هماهنگی این اجزا به کمک CIMدر افزایش ضرایب مرتبط با سرعت ̨دقت و بازدهی موثر و باعث تنظیم مراحل مختلف عملیات و تولید می شود .

2-8- سیستم FMS:

از مشخصات این سیستم نیز همانند سیستم CIMکنترل و هدایت مراحل گوناگون عملیات یا تولید در سیستم اتوماسیون است اما سیستم FMSاز سیستم CIMبه مراتب انعطاف پذیرتر است . تجربیات اولیه در معادن و سایر صنایع در زمینه اتوماسیون نشان می دهد که روند اتوماسیون بایستی با مراحل قبل و بعد از خود نیز سازگار باشد در غیر این صورت بازدهی عملیات یا تولیدی که توسط سیستم اتوماسیون انجام شده است کاهش می یابد .

3- موارد استفاده :

در عصر کنونی تکنولوزی استخراج معادن سطحی در قیاس با روش هاس استخراج معادن زیر زمینی بسیار پیشرفت کرده است و تحولی عظیم در این زمینه د حال شکل گرفتن است افرایش ظرفیت ماشین آلات ارائه مدل و آلگاریتم هایی که جهت تعیین محدوده نهایی معدن ̨عیار حد ذخایر تک فلزی نوشته شده است ̨حل مدل جهت برنامه ریزی تولید در شرایط قطعی و عدم قطعیت میزان ذخایر ̨عیار حد و قیمت همگی از دست آوردهای دو دهه گذشته محسوب می شوند . تصور شود که چگونه یک دستگاه حفاری بدون اپراتور طبق زمان های تنظیم شد و بر اساس آرایش چال های انفجاری در معدن کار کند یا یک سیستم ماهواره ای مکان یاب (Positioning)بر اساس اطلاعات حاصله از حفاری شرایط منطقه مورد حفاری را به شاول جهت بارگیری گزارش می دهد یا کامیون ها ̨مشکل مکانیکی و غیر مکانیکی بازدارنده را به مرکز دیسپاچینگ گزارش و مجددا دستور کار جدید دریافت می کنند و در شرایط کنونی روش های متفاوتی جهت اتوماتیک کردن عملیات بارگیری مورد استفاده قرار گرفته است که از آن جمله می توان به استفاده از امواج رادیویی مادون قرمز (Transponders)اشاره کرد که جهت هماهنگی بین شاول و کامیون برای شروع عملیات مورد استفاده قرار می گیرد تا بارگیری با زمان انتظار کمتری انجام پذیرد .

از جمله موارد دیگر استفاده از(Global Positioning System) GPSات که موقعیت مکانی و جغرافیایی ماشین آلات را برای مدیران و مسئولین معدن مشخص می کند . همچنین روش شناسایی با فرکانس های رادیوی RFIDبه عندان یک گزینه در جهت ردیابی تجهیزات در محدن روباز بکار گرفته شده است .

RFIDیک نوع روش شناسایی خودکار غیر معمول است که بسیار شبیه بعضی از سیستم های کد گذاری است ̨تنش های اصلی این سیستم عبارتند از امواج رادیویی ̨خواننده ها ̨آنتن و کامپیوتر در این مجموعه باید به روش های نیمه و تمام دیسپاچینگ اشاره کرد که در آنها بهینه سازی زمان حمل ̨بیشینه کردن تولید و کمینه سازی تعداد کامیون نسبت به روش مشاهده ای از اولویت قابل توجه برخوردار است و در تعداد زیادی از معادن روباز مورد استفاده قرار می گیرند .

4- جمع بندی :

امروزه شرایط معدنکاری از نظر موقعیت مکانی ذخایر به عمقی رسیده که امکان استخراج آنها در چند دهه گذشته متصور نبود به طور خاص ̨ذخایری امروز با روش های استخراج معادن سطحی به ویژه روباز استخراج می شوند که تا یک دهه پیش قرار بود با روش های زیر زمینی استخراج شوند. نیاز به تولید بالا ̨هزینه کم از جمله انگیزه های استفاده از روش های استخراج معادن سطحی محسوب می شوند ذخایری که در سال های آتی با روش روباز استخراج خواهند شد به مراتب عمیق تر و پیچیده تر خواهند  بود به منظور تشویق جهت سرمایه گذاری و راه اندازی این گونه معادن باید از ایمن بودن عملیات اطمینان حاصل کرد استفاده از سیستم اتوماسیون در معادن روباز حتی زیرزمینی یک ضرورت اجتناب ناپذیر دو دهه آتی تلقی می شود در این راستا باید به نکات ذیل توجه بیشتری شود .

1)      از نظر زمین شناسی ̨ژئومکانیک و هیدرولوژی باید مطالعات عمیق تری از معادن انجام پذیرد به عبارت دیگر کمیت و کیفیت داده ها ̨چگونگیی تحلیل این داده به گونه ای انجام پذیرد تا خطای ناشی از این مطالعات ناچیز و تاثیر آن در یکپارچگی عملیات در مراحل بعدی به حداقل برسد .

2)      پیش بینی شرایط اقتصادی از طریق مدل ها و تکنیک هایی که احتمال دسترسی به آن شرایط را زیاد نماید.

3)      آموزش روش های اتوماسیون در دانشکده های معدن دانشگاه ها .

4)      فراگیری بسته های نرم افزاری مدرن توسط فارغ التحصیلان رشته معدن در مقاطع مختلف به منظور تخمین ذخایر ̨برآورد شیب معادن ̨تعیین محدوده نهایی معدن عیار حد بهینه ̨برنامه ریزی تولید بلند مدت ̨میان مدت و کوتاه مدت .

5)      موفقیت آینده عملیات معدنکاری مرتبط با میزان به کارگیری سیستم اتوماسیون در معادن است سوق دادن معادن به سوی اتوماتیک نمودن تولید ̨تضمینی است برای فعالیت های معدنکاری در آینده که ذخایر از پیچیدگی و دشواری بیشتری نیز برخوردارند .

روشان روز – راهنمای سنگ ایران

اتوماسیون و روباتیک پلی بسوی آینده معادن

مرتضی اصانلو ( عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیر کبیر )

مطالب مشابه

دیدگاهتان را ثبت کنید