اتوماسیون و روباتیک پلی بسوی آینده معادن

اتوماسیون و روباتیک پلی بسوی آینده معادن

1- مقدمه
اتوماسیون " Automation " ترکیبی است از دو کلمه "automatic" و Operation " 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 Robotic توصیف کننده دو کلمه Robot و Action است 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 ظرافت 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 عمق معادن زیاد و موقعیت ذخایر معدنی قابل استخراج بسیار دشوار و غیر قابل تصور حتی با ده سال قبل می باشد . اخیرا محققینی در استرالیا مشغول مطالعه بر طرحی از معدن روبازند که دارای عمق 1000 مترند {1}. این مشکلات تنها در مورد معادن سطحی وجود ندارد بلکه در معادن زیرزمینی 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 موفق آمیزی 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 آنست که در عملیات معدنکار همبستگی و یکپارچگی وجود ندارد . معدنکاری در محیطی انجام می گیرد که شرایط زمین شناسی آن غیر قابل پیش بینی و بشدت متغییر است در نتیجه برای موفقیت سیستم معدنکاری هوشمند مثب اتوماسیون نیاز به تخصیص 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 ( 1 ) دوره ای که نسبتا طولانی نیز بوده است درا ین دوره که تا دوره رنسانس ادامه داشته عامل انجام کار نیروی انسانی بوده است ( 2 ) دوره مکانیزاسیون که عامل انجام کار نیروی موتور اما اجراء یا اپراتور ماشین همچنان انسان بوده است ( 3 ) دوران کنونی یا اتوماسیون که علاوه بر استفاده از نیروی موتور انجام یا بخش قابل توجه ای از کار بدون دخالت انسان انجام می گیرد . بطور اجمالی اتوماسیون سیستمی است که در آن برای بکار انداختن و استفاده از ماشین یا بخش های از 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 ، محاسبه توسط کامپیوتر یا بزار مکانیکی انجام می گیرد . درجه اتوماسیون عملیات و بکارگیری 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 آن واحدهای تولیدی موفق بوده که در آنها از نظر مکان ، زمان و شرایط تولید نوعی همبستگی وجود داشته است ( 2و 3 ) برای شرایطی مثل کشاورزی که کاشت ، داشت و برداشت در ز مانهای مختلف انجام می گیرد اتوماسیون میسر نخواهد بود مگر آنکه اتوماسیون برای هریک از عملیات فوق الذکر بطور مستقل طراحی و اجراء شود در این 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 مسئولین 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 خود کار 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 صنایع از روش اتوماسیون جهت تولید استفاده می کنند .
2- از نظر کیفیت دسترسی ، ماشین آلات معدنی باید شرایط بهتری داشته باشند تا 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 باشند تا هر گونه خطای عملیاتی پدید آید ( 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 پائین نگهداشتن هزینه های اولیه و عملیات تاثیر مثبت دارند .
6- برنامه ریزی برای معدن باید از دقت بالایی برخوردار باشد تا موانع پیش روی عملیات به حداقل برسد .
تجهیزات و ابزار مورد نیاز در اتوماسیون سیستم ها عبارتند از (1) کامپیوتر (2) روبات ها (3) CNC (4) سیستم های طراحی کامپیوتریزه CAD (5) سیستم تولیدی کامپیوتریزیه CAM (6) سیستم CAD/CAM (7) سیستم CIM (8) سیستم FMS
2-1 نقش کامپیوتر :
کامپیوتر با دو ویژگی تناسب زیادی با نیازمندیهای خطوط تولید اتوماتیک دارد این ویژگی ها عبارتند از : (1) سرعت فوق العاده زیاد 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 متناسب با اطلاعات موجود در واحد عملیاتی معدن باشد وسعت حافظه به واحدد عملیاتی اجازه می دهد که هرگونه تغییرات در خط عملیات را با برنامه تازه به اجرا در آورد تمام این موارد امروزه با کامپیوتر های دیجیتال میسر می باشد .
2-2- روبات ها :
ربات ها می توانند در مکانهای مختلف خطوط اتوماسیون وظایف گوناگون عملیات را تحت تاثیر یک برنامه نرم افزاری از پیش نوشته شده بجا بیاورند . ربات 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 بطور کلی ربات ها را می توان به سه گروه تقسیم کرد {4و5 }
الف – ربات ها ییکه اداری موقعیت ثابت بوده و نمی توانند از یک موقعیت به موقعیت دیگر تغییر مکان دهند این ربات ها دارای سیستم بازخور نمی باشند بعبارت دیگر بین خروجی عملکرد ربات و ورودی آن رابطه ای وجود ندارد یا براساس بازخور خروجی جدید تولید نمی شود .
ب – ربات های متحرک که دارای سیستم بازخود می باشند و قادرند اصلاحات لازمه را در خطاهای احتمالی خروجی خود تصحیح کنند .
ج – ربات های قابل کنترل از راه دور : این نو ع ربات ها توسط یک کاپراتور که در فاصله نسبتا دور از ماشین قرار دارد و می تواند ربات را کنترل نماید از ا ین نوع ربات ها در معادن زیر زمینی ذغال سنگ و در ماشین های استخراج پیوسته مثل LHD مورد استفاده قرار می گیرد .
رباتها علاوه بر آنکه موجب بازدهی ، سرعت ، دقت و کیفیت بالای عملیاتی می شوند این مکان را فراهم می سازد که بسیاری از عملیات مشکل ، خطرزا و غیر قابل انجام از طریق اپراتور انسانی ، امکانپذیر شوند . رباتها بر خلاف نیروی انسانی قادر هستند حتی سه شیفت متوالی کار کنند و در این خصوص منع فیزیولوژیکی نیروی کار را ندارند . همچنین ربات ها نیاز به اضافه کاری ، پاداش ، تهویه ، روشنایی ، بهداشت و درمان نداشته و لذا تولید یا عملیات با هزینه و مشکلات کمتری انجام می گیرد .

2-3 ماشین های CNC
ماشین های CNC که بوسیله کامپیوتر بکار گرفته می شوند از جمله ابزار مهم سیستم اتوماسیون محسوب می شوند وظایف و توانائیهای ماشین CNC کنترل داده ها و اطلاعات معین می باشد بعضا ماشین های CNC ماشین NC نیز 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 CNC یا NC می توان سرعت و دقت را در عملیات یا تولید افزایش داد .
2-4 سیستم طراحی کامپیوتریزه CAD :
طراحی به کمک کامپیوتر از جمله ابزار 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 عوامل 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 بکارگیری قلم نوری بر روی صفحه کامپیوتر امکانپذیر می شود . علاوه بر تجدید نظر طرح های قدیمی طرح جدید نیز توسط CAD میسر است . امروزه آن گروه از واحدهای معادن که مجهز به سیستم اتوماسیون می باشند با توجه به استفاده از CAD طراحی حا دقیق تر ، زمان طراحی کوتاه تر و فاصله بین طراحی و عملیات اجرایی نیز تقلیل و در نهایت بعضی از هزینه های غیر ضروری نیز حذف گردیدند .