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全球礦業尋求“寒冬突圍”

來源:移動優化     發布日期:2019-02-14    關注:

    數字技術或許能為礦業生產率提升帶來新思路

  利用變革性的數字和技術創新,礦業或許能有所突破。在本文中,我們將會闡述若干數字技術。早已有研究對這些技術進行分析,而如今這些技術的成本終于足夠低廉,使其能在采礦業中被大規模使用。它們的應用范圍

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包括更全面地認識基本資源、優化原料和設備流程、加強故障預防工作、提高機械化自動化以及實時監控性能。

  單獨來看,每個條件都具備足夠的潛力。而它們的結合意味著潛在安全性和礦業價值捕捉的根本轉變。我們會對這些機會進行概述,并提出若干值得礦業人士關注的關鍵問題。

  提高生產力勢在必行

  分析顯示,全球礦產生產率在過去的10年中以每年3.5%的速度遞減。而這一趨勢在許多類細分產品、地區,以及大部分礦企中都非常明顯。盡管人們對其頹勢的起因爭論不休,但在這一點上已達成共識:由于該行業的前景已經惡化,大多礦企已經擱置或削減擴張計劃,甚至重新思考到底是應擴張還是應收縮業務。其結果是,采礦業生產力趨于平緩,甚至在某些地區或某些商品上,生產力開始復蘇。

  但顯然生產力提高的空間是巨大的,將該潛力量化的方法之一是把采礦業與其他行業進行對比,如上游石油、天然氣、鋼和煉油業。以我們設置的基準為參考,可以觀測到在世界范圍內,地下開采、露天開采和粉碎研磨的平均全局設備效率(OEE)分別是27%、39%和69%。相比之下,上游石油和天然氣的OEE已高達88%,鋼業是90%,而煉油業則是92%。

  當然,采礦業與其他行業有著諸多不同。它的不確定性相當高,從一開始資源的可開采性評估就充滿變數。礦產的開采環境往往極度惡劣,而且位置偏遠。不僅如此,光是把工作人員運輸到開采現場(不論是空運人員到達礦井、輸送人員進入地下或者是運回地面),就已耗費了大量的寶貴時間。另外,由于礦石大小、硬度不可預測,因此采礦設備不時承受過大的壓力,從而導致坍塌事故發生。

  但這正是關鍵所在。想要降低外部壓力,智能規劃和活動協調是必不可少的。而嚴明的紀律則能消除礦工自己引發的不確定性。通過降低甚至是盡可能消除礦業特有的風險,礦產生產率將提升一個臺階。

  采礦業的轉折點

  我們相信礦業正處在一個轉折點,此時數字技術或許能為不確定性控制、生產率提升帶來新思路。以下四類集群技術的大規模使用趨勢已日趨顯著。

  數據、計算能力和連通性

  通過在實物中嵌入大量傳感器,人們不僅能夠獲取大量數據進行分析,也能讓機器之間實現交流。而這一技術的成本已更低廉、更具可行性;智能電網能夠報告數百萬家庭的用電情況;當問題出現時,深海油井上的傳感器將向控制中心發送警告信號。在2015年,每天產生的數據比2003年一年總和還多,礦業已經能獲取大量數據,它們對礦井的了解比以往更精確、更具連續性。

  分析與情報

  為了更好地整合數據,機器會“學”著提升統計技術。得益于先進的分析能力,人們能利用海量數據集,對未來事件的發生概率進行預測。復雜的采礦任務,如地質建模、日程安排、維修預測,將在智能統計和優化算法的運用領域中占重要地位。

  人機對話

  智能手機和其他移動設備已讓人類的互動對象由同類拓展至機器。消費者在導航、預訂的士、監測健康情況方面都已離不開智能手機;而智能設備在工業領域的普及度正急速上升,其中智能眼鏡就是一個典型的例子。智能眼鏡能為生產線工人提供指引,或是指示他們修理故障設備,加強運作紀律。另一個例子是具備傳感器的工作服。這種工作服能夠讓管理者獲取相關危險以及工人身體狀況的數據,以此提高工作安全性。

  數字—物理轉換

  我們在領域取得了一定的進展,現在我們能夠生產更便宜、高效的全自動設備。在制造行業,工業機器人的成本自1990年至今已下降了50%,而同一時期美國勞動力價格卻上升了80%。與此同時,隨著人工智能等領域的技術進步,機器人應用范圍更加廣泛。在礦業,遠程通信和輔助控制設備的設備越來越普遍。此外,人們已引進全自動設備來開展牽引、鉆井等工作。

  綜上,這些技術能夠讓礦產的運營方式發生根本性變革。這種變革不僅體現在利用信息流來降低決策風險,也體現在采取更集中化、機械化的運作方式來降低操作風險。

  未來業績

  我們的觀點是,當把這些技術作為一個整體嵌入采礦產業鏈時,其最大價值才得以發揮,接下來我們分析它能創造哪些價值體。

  對資源的基礎認識

  幾乎沒有什么問題能這般刺激礦企高管的神經:如果你能準確知道地下礦石的構成與位置,那將如何?過去,從勘探到短期開采計劃,資源的挖掘過程往往被組織邊界、數據來源和地質模型切分成若干細小環節。但現在,礦工能夠通過在線取樣,以及結合礦體模型信息與炮孔鉆數據,更好地了解資源。

  整合開采數據的統計技術能提高發現礦石的可能性,加深目標的鉆井深度,以最大限度地獲取信息收益。人們把地質信息與更優、更具普遍性的規律結合,能優化鉆井和爆破模式,創建一個可執行的礦山計劃,同時把質量問題扼殺于搖籃之中。

  材料與設備流動的優化

  本質上,礦業的供應鏈是多個固定與移動設備的交互系統。工具和指標如OEE,是業務改進的基礎,但它們無法掌握系統的復雜性。實時數據和更好的分析工程讓日程安排以及設備、土地使用步伐加快。例如,在礦井之中,將傳統的調度和智能算法結合能使效率最大化。又如,在加工廠中,許多工廠運營者對產量驅動因素的理解存在盲點。而新型數學技術則能尋找二階和三階變量之間的隱藏關系,來解決這一問題。我們已經發現,運用了這一技術的工廠,其黃金、鎳、磷酸鹽和其他礦物質的產量提高了3至10個百分點。

  改進預測

  礦產企業具有收集大量鉆頭、卡車、加工廠和火車數據的傳統。但這些數據并沒有得到充分利用。在某些情況下,礦企對信息的利用率只有1%,甚至更少。運用這些信息能夠計算特殊部件發生故障的概率,而不是基于傳統的時間計算法來減少維護費用,防止意外發生。

  提高機械自動化程度

  自動化能夠降低運營成本,加強操作紀律,并且保障工作人員的人身安全。有的技術,特別是自動化運輸和鉆井,已經實現了大規模商業化。而另一些技術,特別是自動爆破和鏟除,還處于實驗階段。我們分析認為,運輸自動化帶來的經濟效益是巨大的——持有的總成本將降低15%—40%。具體的下降幅度取決于勞動力成本,因為關于坑配置、設備配置和操作轉換的設計必須由工作人員親自決定,另外,我們認為采礦自動化能夠減少最危險礦區的一半的勞動力。

  實時表現監控

  實時數據的優勢之一在于,在采礦過程中,人們能每分每秒都掌握設備的情況與具體位置,尤其是能確認項目是否照計劃進行。實時管控技術賦予了運作管理一層新的含義,讓運作管理不再只是制定月度目標,而是關注情況的變化以及計劃的實施情況。此外,實時數據與操作中心不僅讓即時反饋成為可能,同時也讓操作中心的決策更加周全細致。這樣中心能讓整條產業鏈,而不是某個細分環節的價值最大化。這種性能一方面能用于監測意外,來提高安全性;另一方面能夠保證設備的高利用率,同時降低計劃的實施成本。

  每個條件都看似容易實現,但只有作為整體被共同利用時,它們才能發揮出最大的價值。有三個原因可以解釋這一論點。

  首先,自動化所需的物理技術提供了實時信息流,這是人們更深入了解情況的基礎。對自動化的投資完美地完成了,同時,人們也投資了那些為更優決策而打造的系統與工具。

  其次,這些決策最終會反饋給全自動機器,而不是人類操作員。這一封閉環的真實價值在于它的學習功能——持續的決策記錄,與學習算法的機器共事,將不斷從每次迭代中獲得更優的結果。

  最后,一旦系統的某部分建立于數字化平臺,實在的利益或是網絡效應,將延長其至整個供應鏈。決策算法可用的數據越多,它就越高效;運作活動越是能被系統化地記錄,這些數據將越珍貴;決策算法的范圍越廣,運算結果就越能反映最佳的商業結果。

  被充分整合的自動化礦業供應鏈這一概念,或許在未來也無法獲得全世界的認同,但是它早已不局限于采礦的科學范疇——它是一系列技術部署的邏輯終點,而礦企不過是發起者罷了。另外,在降低與管控風險方面,它幾乎是礦企的最佳選擇。同時,它既能加強人員安全,也能保證生產率。因此,我們認為它是必然的目標。問題在于,我們要多久才能到達目的地。

  揚帆起航

  捕捉數字創新價值代表著采礦業觀念、戰略、操作模式和性能的根本性轉變。尤其值得關注的是,礦業的價值創造評價重點將不是物料運輸,而是如何收集、分析,以及根據信息來提高產量。這是一個艱難的轉變,而且只有在行業領導者認為這一變革前景誘人時,礦企轉型才能成功。我們的分析結果表明,這一機遇帶來的收益相當可觀——在2025年大約能給全球帶來3700億美元的經濟利益。這個數額大約是2025年全球礦業成本的17%。

  釋放價值的關鍵在于,人們視創新為涵蓋商業各方面的行動,而不僅僅是一種技術上的努力。實際上,許多技術難題已經被攻破了。對下一代采礦業領導者來說,能否抓住這一機遇才是真正的挑戰。

  技術是自身的終結者還是扎根于價值創造之中

  礦企必須抵住誘惑,不能以犧牲價值為代價而盲目地追求智能。建立能夠整合商業難題與技術應用的系統絕非易事,成功的訣竅是,必須擁有一個既知采礦操作技術,又通曉新技術整合的團隊。

  技術是未來更大更好的工具還是運作模式上的根本轉換

  若僅僅是把技術作為減少直接計數的新一代工具,那企業恐怕會錯失整合實時數據與決策的良機。從中心計劃到實操現場,從礦井到港口的全方位運作,數據與決策的整合任務意味著,工作人員將扮演系統工程師的角色,而不是泥土的搬運工。

  人們的轉變會有多高效

  通過我們跨行業的大數據研究,我們認為技術——數據、分析和系統只是答案的一部分,過程和人員的改變是不可或缺的。只有如此,技術和方法才能被有效運用。成功的礦業人員將會以整體思維來看數據、看系統、看核心過程,乃至看人員能力。他們清醒意識到,只有人們工作與決策的方式改變,新技術才能產生價值。

  在初始階段,管理效果會如何

  盈利是優先考慮的因素,隨后是價值展現,以及從技術中提取價值能力的建設。與此同時,大量礦企需要改變其傳統的控制系統、IT系統和數據體系,以便大規模實施新技術。

  適應情況會如何

  許多礦企往往沒有明確創新的管理者。不僅如此,若是僅憑借現有的能力,或是運用目前的記分卡、指標和運算來捕捉新機遇,似乎只會讓企業延續現狀。要實現轉變,礦企必須明確負責創新的高管,重新定義身懷技能高管的角色,并且重新設計計劃,來為創新創造空間。

  從礦產資源到設備壓力再到天氣,采礦業總是被貼著不確定性和多變的標簽。這些因素是企業運作的核心,要在采礦業新時代勝出,關鍵就在于企業能否清醒地意識到,這一時代終將到來。具體而言,通過正確的投資,企業可以減少甚至是消除不確定性。隨著時代發展,礦工將成為一個對知識有所要求的職業,盡管其面臨的問題不變,但是解決方法卻大相徑庭。現在能意識到這一轉變,并且率先成功轉型的企業,將會是未來的王者。

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