عملیات استخراج هوشمند برای بهره‌مندشدن از تمام مزیت‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی، به استفاده از انواع مختلف شبکه‌های فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) نیاز دارد. اما شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی (4G/LTE و 5G) زیرساخت‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی هستند. لیکن در معادن شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی، اتصال قابل اعتماد، کم‌تأخیر و با ظرفیت بالایی فراهم می‌کنند که دستگاه‌های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی برای کارامدی واقعی در محیط استخراج به آن نیاز دارند.
با این حال، شبکه بی‌سیم اختصاصی و بویژه 5G برای صنعت معدن هنوز گزینه نسبتا جدیدی است. در شرایطی که تقریباً 100هزار سایت استخراج در سراسر جهان وجود دارد، برآوردها نشان می‌دهند فقط 200 سایت دارای شبکه بی‌سیم اختصاصی هستند و بیشتر آنها احتمالاً شبکه‌های 4G/LTE دارند. باید توجه کنیم که طراحی شبکه بی‌سیم برای عملیات استخراج معدن، چالش‌برانگیزتر از طراحی این شبکه در مکان‌هایی مانند مراکز خرید، کارخانه‌ها، بنادر و انبارهاست.
با توجه به متغیرهای مختلفی که در امر طراحی شبکه بی‌سیم برای عملیات استخراج معدن باید در نظر گرفته شوند، برای اینکه بتوانیم ایجاد شبکه‌های ارتباطی استخراج معدن هوشمند را مقرون بصرفه و مؤثرتر کنیم، در نظر گرفتن مواردی همچون طراحی دقیق شبکه، پیش‌بینی مناطق تحت پوشش و بررسی‌های محلی، حیاتی هستند.
چالش‌های منحصربفرد برای شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی
با توجه به اهمیت حیاتی ایمنی در سایت‌های استخراج معدن و در نظر گرفتن وسعت و ناهمواری مربوطه، شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی می‌توانند پوشش مؤثر و اتصالات کم‌تأخیر مورد نیاز برای انواع برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا و هوش مصنوعی را در مناطقی فراهم کنند. بسیاری از سایت‌های معدن محیط‌های روزمینی و زیرزمینی را با هم ترکیب می‌کنند. این کار سبب می‌شود طراحی و ارائه پوشش ارتباطی جامع و قابل اعتماد برای کل عملیات دشوار باشد.
برای طراحی و استقرار شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی مناسب که از استخراج معدن هوشمند پشتیبانی کنند، مهندسان شبکه باید به سه چالش مهم توجه کنند:
1. مکان‌های بزرگ و پیچیده
نخستین چالش، مسائل جغرافیایی است. معدن‌ها ممکن است شعاع 10 کیلومتری یا بیشتر داشته باشند و دارای تونل‌های متعددی به طول ده‌ها و حتی صدها کیلومتر باشند. نقشه‌برداری فیزیکی از محیط نیز بسیار چالش‌برانگیز است. شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی نه‌تنها باید مناطق وسیع بلکه مناطق بسیار ناهموار را هم در روی زمین و هم در زیر زمین تحت پوشش قرار دهند. گودال‌های عمیق، تونل‌ها و چاه‌های زیرزمینی و ریل‌های راه‌آهن، همه از عواملی هستند که چالش‌هایی را برای پوشش شبکه ایجاد کرده و محدودیت‌هایی را بر مکان‌های ایمن برای بهره‌گیری از عناصر اصلی آن تحمیل می‌کنند.
چالش‌برانگیزبودن محیط باعث می‌شود شرکت‌های استخراج معدن به راهی برای پوشش دادن دقیق منطقه معدن و چشم‌انداز آن نیاز داشته باشند.
برای رفع این چالش شرکت فناپ زیرساخت این امکان را در اختیار بهره‌برداران قرار می‌دهد که با استفاده از داده‌های سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) مدل سه‌بعدی درست و دقیقی از جمله شامل گونه‌شناسی‌های مختلف از محیط اطراف مانند کوه‌ها یا دره‌ها ایجاد کنند.
2. مواد خطرناک در محیط‌های پویا
چالش دوم، مسائل لجستیکی است. وجود فلزات در همه نقاط محیط‌های استخراج معدن مانند سنگ معدن در دیواره‌های معدن، و همچنین کامیون‌های معدنی 400 تنی، جرثقیل‌های فلزی و نوارهای نقاله، مهم‌ترین مانع در برقراری ارتباطات بی‌سیم در قالب شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی هستند. همچنین وجود مواد خطرناک در معادن، مانند مواد منفجره برای انفجار سنگ‌ها و گازهای بالقوه خطرناک مانند متان، ایجاب می‌کند که برای جلوگیری از خطرات خاص، تجهیزات متصل به شبکه، متحرک باشند. در همین حال، برای نظارت‌های امنیتی، نظارت بر شرایط محیطی و محاسبه سطح انبارها، دستگاه‌های متصل مانند پهپادها بطور فزاینده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. معادن محیط‌های بسیار پویایی هستند که در آنها چاه‌ها و تونل‌های جدید با تمام یا بسته‌شدن دیگر چاه‌ها و تونل‌ها بطور مرتب ایجاد می‌شوند. همه این چالش‌های لجستیکی، برنامه‌ریزی برای تغییرات و به‌روزرسانی طرح شبکه را به یک فرایند مداوم تبدیل می‌کنند.
3. ضرورت پوشش یکپارچه و افزونگی
سومین چالش مهم، مسائل فنی است. دستگاه‌های هوش مصنوعی و اینترنت اشیا به پوششی یکپارچه نیاز دارند زیرا ماشین‌های سنگین را در محیطی غیرقابل پیش‌بینی و اغلب خطرناک بکار می‌اندازند و هماهنگ می‌کنند. افزونگی (Redundancy) بسیار مهم است، همانطور که برنامه‌ریزی و آزمایش مداوم برای اطمینان از یکپارچه باقی ماندن اتصال، حیاتی است. منظور از «افزونگی» در اینجا، بکارگیری زیربخش‌های مشابه در یک سامانه است تا بصورت موازی عملکرد کلی سامانه در شرایط اضطرار یا خطا تضمین شود.
پنج ملاحظه مهمی که چالش‌ها در طراحی شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی ایجاد می‌کنند
طراحی شبکه موثر برای عملیات استخراج هوشمند، با به حداقل رساندن امکان ایجاد رخنه در پوشش شبکه و اختلالات احتمالی که می‌توانند پرهزینه و خطرناک باشند، با این چالش‌ها مقابله می‌کند. برای این منظور لازم است طراحان شبکه روی پنج ملاحظه قابل توجه برای طراحی موثر شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی تمرکز کنند.
1. پوشش شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی
چالش‌های فیزیکی که بعنوان اولین چالش در طراحی شبکه از آنها یاد شد، در عملیات استخراج معدن، ایجاد و حفظ پوشش، شبکه پایدار را با دشواری همراه می‌کنند. برای مثال، تغییر ماهیت و تعداد تونل‌های زیرزمینی فقط از طریق اتصال‌های بی‌سیم محلی و سفارشی قابل پوشش دادن هستند. چاه‌های عمیق چالش‌های مهمی برای اتصال ایجاد می‌کنند و مقابله با اثرات نوسانات قدرت سیگنال (shadowing effects) نیازمند شبکه‌های سلولی کوچک محلی (local small cells) یا هدهای رادیویی (radio heads) است. با تغییر مکان‌نگاری سایت در طول زمان، ممکن است لازم باشد زیرساخت شبکه جابجا شود تا بتوانیم پوشش مورد نیاز برای پشتیبانی از عملیات در حال انجام را تامین کنیم.
2. کنترل
با توجه به چالش‌های موجود برای پوشش شبکه، کنترل سطح عملکرد دشوار است. برای حفظ کنترل، اپراتورها باید شبکه‌های خود را طبقه‌بندی کنند تا مطمئن شویم باندهای دارای بالاترین عملکرد، همیشه برای حیاتی‌ترین عملیات در دسترس هستند. متصدیان استخراج معدن همچنین باید سازوکار‌هایی را برای امنیت سایبری انتخاب کنند تا با بهترین روال و مقررات خاص آن بخش و الزامات عملکرد اینترنت اشیا و هوش مصنوعی هماهنگ شوند. برای آن دسته از برنامه‌های کاربردی که نیازمند زحمت و مهارت هستند مانند پخش فیلم یا کنترل از راه دور و کم‌تاخیر ماشین‌آلات، متصدیان می‌بایست نسبت به بهینه‌سازی مدیریت منابع رادیویی اقدام کنند.
3. هزینه شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی
استقرار و حفظ یک شبکه بی‌سیم، درصد کمی از هزینه کلی عملیات و مدیریت معدن را تشکیل می‌دهد اما مهم است مطمئن شویم که ایجاد شبکه، تعادل ایده‌آلی بین هزینه و عملکرد را ارائه می‌کند.
4. یکپارچه‌سازی ابری
طراحان شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی باید یکپارچه‌سازی ابری را نیز در نظر داشته باشند. اتصال شبکه بی‌سیم به محیط رایانش ابری می‌تواند به بهینه‌سازی عملیات، بویژه هنگام استفاده از هوش مصنوعی و اینترنت اشیا کمک کند. اما استفاده از پردازش مبتنی بر ابر، تقاضای بسیار بیشتری برای داده‌‌ها در شبکه ایجاد می‌کند.
5. جبران خسارت
شبکه بی‌سیم باید برای بقیه عملیات استخراج، ارزش افزوده ایجاد کند. هنگام ارزیابی اثربخشی یک شبکه بی‌سیم، طراحان باید در نظر بگیرند که این شبکه چگونه با بهبود بهره‌وری و مدیریت دارایی به افزایش درآمد کمک می‌کند و در عین حال هزینه‌های ایجاد شده را از طریق عواملی مانند توقف کار و آسیب‌ها کاهش می‌دهد.
رفع چالش‌های شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی با ابزارهای پیشرفته
بطور کلی می‌توان گفت عملیات استخراج معدن از یکپارچه‌سازی فناوری‌های هوش مصنوعی و اینترنت اشیا که استخراج هوشمند را امکان‌پذیر می‌سازند، بسیار سود می‌برد. این در حالی است که ماهیت بسیار پیچیده محیط‌های استخراج معدن، باعث می‌شود خطرات مرتبط با طراحی ضعیف شبکه بی‌سیم در این محیط‌ها بطور قابل‌توجهی بیشتر از سایر فضاها باشد.
طراحی دقیق شبکه، پیش‌بینی پوشش و بررسی محل، اولین و بهترین فرصت را برای بهینه‌سازی استقرار شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی در عملیات استخراج فراهم می‌کنند. متصدیان استخراج معدن می‌توانند با یکپارچه‌سازی و بکارگیری ابزارهای مناسب، پوشش ارتباطی مورد نیاز را بطور دقیق تعیین کنند، هزینه و عملکرد را متعادل سازند، استقرار شبکه را ساده و پربازده کنند و در مسیر تحول دیجیتال معدن برای تحقق معدنکاری هوشمند، خطرات را به حداقل و کارایی را به حداکثر برسانند.
تجربه یکپارچه‌سازی در ایران
در ایران شرکت دانش‌بنیان فناپ زیرساخت راهکارهایی برای یکپارچه‌سازی ارائه کرده است که با کمک آنها، محیط استخراج سطحی یا زیرزمینی معادن با عناصر شبکه در فضای باز یا بسته و با تحلیل‌های لازم برای رسیدن به شاخص‌های کلیدی عملکرد در زمینه الزامات شبکه، مدل‌سازی می‌شوند. راهکار‌های همه‌جانبه‌ای که برای طراحی و برنامه‌ریزی شبکه‌های بی‌سیم در محیط‌های استخراج باز ارائه شده است و تمام آنچه را که برای پیش‌بینی و طراحی پوشش / کیفیت هر عملیات استخراج هوشمند سطحی نیاز است، در اختیار صاحبان معادن قرار می‌دهد.
برای عملیات استخراج هوشمند زیرزمینی، این مجموعه دانش بنیان با استفاده از نرم‌افزارهای جامع نسبت به طراحی شبکه‌های بی‌سیم اختصاصی در فضاهای مربوطه اقدام می‌کند. این نرم‌افزارها، بررسی‌های محلی زمان‌بر و پرهزینه را حذف می‌کنند و هنگام طراحی، نمایی کلی از داده‌های کلان و داخلی را در اختیار صاحبان صنایع معدنی و فلزی قرار می‌دهند. این نرم‌افزارها برای انجام اندازه‌گیری‌ها بمنظور اعتبارسنجی طراحی و تنظیم ماژول‌های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
منبع: ibwave.com
این مقاله 25 آذر در پایگاه ایراسین منتشر شده است.
