數字技術(shù)或許能為礦業(yè)生產(chǎn)率提升帶來(lái)新思路
利用變革性的數字和技術(shù)創(chuàng )新，礦業(yè)或許能有所突破。在本文中，我們將會(huì )闡述若干數字技術(shù)。早已有研究對這些技術(shù)進(jìn)行分析，而如今這些技術(shù)的成本終于足夠低廉，使其能在采礦業(yè)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(yōu)化原料和設備流程、加強故障預防工作、提高機械化自動(dòng)化以及實(shí)時(shí)監控性能。
單獨來(lái)看，每個(gè)條件都具備足夠的潛力。而它們的結合意味著(zhù)潛在安全性和礦業(yè)價(jià)值捕捉的根本轉變。我們會(huì )對這些機會(huì )進(jìn)行概述，并提出若干值得礦業(yè)人士關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題。
提高生產(chǎn)力勢在必行
分析顯示，全球礦產(chǎn)生產(chǎn)率在過(guò)去的10年中以每年3.5%的速度遞減。而這一趨勢在許多類(lèi)細分產(chǎn)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(diǎn)上已達成共識：由于該行業(yè)的前景已經(jīng)惡化，大多礦企已經(jīng)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(yè)務(wù)。其結果是，采礦業(yè)生產(chǎn)力趨于平緩，甚至在某些地區或某些商品上，生產(chǎn)力開(kāi)始復蘇。
但顯然生產(chǎn)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(yè)與其他行業(yè)進(jìn)行對比，如上游石油、天然氣、鋼和煉油業(yè)。以我們設置的基準為參考，可以觀(guān)測到在世界范圍內，地下開(kāi)采、露天開(kāi)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(yè)是90%，而煉油業(yè)則是92%。
當然，采礦業(yè)與其他行業(yè)有著(zhù)諸多不同。它的不確定性相當高，從一開(kāi)始資源的可開(kāi)采性評估就充滿(mǎn)變數。礦產(chǎn)的開(kāi)采環(huán)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(kāi)采現場(chǎng)(不論是空運人員到達礦井、輸送人員進(jìn)入地下或者是運回地面)，就已耗費了大量的寶貴時(shí)間。另外，由于礦石大小、硬度不可預測，因此采礦設備不時(shí)承受過(guò)大的壓力，從而導致坍塌事故發(fā)生。
但這正是關(guān)鍵所在。想要降低外部壓力，智能規劃和活動(dòng)協(xié)調是必不可少的。而嚴明的紀律則能消除礦工自己引發(fā)的不確定性。通過(guò)降低甚至是盡可能消除礦業(yè)特有的風(fēng)險，礦產(chǎn)生產(chǎn)率將提升一個(gè)臺階。
采礦業(yè)的轉折點(diǎn)
我們相信礦業(yè)正處在一個(gè)轉折點(diǎn)，此時(shí)數字技術(shù)或許能為不確定性控制、生產(chǎn)率提升帶來(lái)新思路。以下四類(lèi)集群技術(shù)的大規模使用趨勢已日趨顯著(zhù)。
數據、計算能力和連通性
通過(guò)在實(shí)物中嵌入大量傳感器，人們不僅能夠獲取大量數據進(jìn)行分析，也能讓機器之間實(shí)現交流。而這一技術(shù)的成本已更低廉、更具可行性;智能電網(wǎng)能夠報告數百萬(wàn)家庭的用電情況;當問(wèn)題出現時(shí)，深海油井上的傳感器將向控制中心發(fā)送警告信號。在2015年，每天產(chǎn)生的數據比2003年一年總和還多，礦業(yè)已經(jīng)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(huì )“學(xué)”著(zhù)提升統計技術(shù)。得益于先進(jìn)的分析能力，人們能利用海量數據集，對未來(lái)事件的發(fā)生概率進(jìn)行預測。復雜的采礦任務(wù)，如地質(zhì)建模、日程安排、維修預測，將在智能統計和優(yōu)化算法的運用領(lǐng)域中占重要地位。
人機對話(huà)
智能手機和其他移動(dòng)設備已讓人類(lèi)的互動(dòng)對象由同類(lèi)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(kāi)智能手機;而智能設備在工業(yè)領(lǐng)域的普及度正急速上升，其中智能眼鏡就是一個(gè)典型的例子。智能眼鏡能為生產(chǎn)線(xiàn)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(gè)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(guān)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(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，現在我們能夠生產(chǎn)更便宜、高效的全自動(dòng)設備。在制造行業(yè)，工業(yè)機器人的成本自1990年至今已下降了50%，而同一時(shí)期美國勞動(dòng)力價(jià)格卻上升了80%。與此同時(shí)，隨著(zhù)人工智能等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，機器人應用范圍更加廣泛。在礦業(yè)，遠程通信和輔助控制設備的設備越來(lái)越普遍。此外，人們已引進(jìn)全自動(dòng)設備來(lái)開(kāi)展牽引、鉆井等工作。
綜上，這些技術(shù)能夠讓礦產(chǎn)的運營(yíng)方式發(fā)生根本性變革。這種變革不僅體現在利用信息流來(lái)降低決策風(fēng)險，也體現在采取更集中化、機械化的運作方式來(lái)降低操作風(fēng)險。
未來(lái)業(yè)績(jì)
我們的觀(guān)點(diǎn)是，當把這些技術(shù)作為一個(gè)整體嵌入采礦產(chǎn)業(yè)鏈時(shí)，其最大價(jià)值才得以發(fā)揮，接下來(lái)我們分析它能創(chuàng )造哪些價(jià)值體。
對資源的基礎認識
幾乎沒(méi)有什么問(wèn)題能這般刺激礦企高管的神經(jīng)：如果你能準確知道地下礦石的構成與位置，那將如何?過(guò)去，從勘探到短期開(kāi)采計劃，資源的挖掘過(guò)程往往被組織邊界、數據來(lái)源和地質(zhì)模型切分成若干細小環(huán)節。但現在，礦工能夠通過(guò)在線(xiàn)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(kāi)采數據的統計技術(shù)能提高發(fā)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(zhì)信息與更優(yōu)、更具普遍性的規律結合，能優(yōu)化鉆井和爆破模式，創(chuàng )建一個(gè)可執行的礦山計劃，同時(shí)把質(zhì)量問(wèn)題扼殺于搖籃之中。
材料與設備流動(dòng)的優(yōu)化
本質(zhì)上，礦業(yè)的供應鏈是多個(gè)固定與移動(dòng)設備的交互系統。工具和指標如OEE，是業(yè)務(wù)改進(jìn)的基礎，但它們無(wú)法掌握系統的復雜性。實(shí)時(shí)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(chǎng)中，許多工廠(chǎng)運營(yíng)者對產(chǎn)量驅動(dòng)因素的理解存在盲點(diǎn)。而新型數學(xué)技術(shù)則能尋找二階和三階變量之間的隱藏關(guān)系，來(lái)解決這一問(wèn)題。我們已經(jīng)發(fā)現，運用了這一技術(shù)的工廠(chǎng)，其黃金、鎳、磷酸鹽和其他礦物質(zhì)的產(chǎn)量提高了3至10個(gè)百分點(diǎn)。
改進(jìn)預測
礦產(chǎn)企業(yè)具有收集大量鉆頭、卡車(chē)、加工廠(chǎng)和火車(chē)數據的傳統。但這些數據并沒(méi)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(fā)生故障的概率，而不是基于傳統的時(shí)間計算法來(lái)減少維護費用，防止意外發(fā)生。
提高機械自動(dòng)化程度
自動(dòng)化能夠降低運營(yíng)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(shù)，特別是自動(dòng)化運輸和鉆井，已經(jīng)實(shí)現了大規模商業(yè)化。而另一些技術(shù)，特別是自動(dòng)爆破和鏟除，還處于實(shí)驗階段。我們分析認為，運輸自動(dòng)化帶來(lái)的經(jīng)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(dòng)力成本，因為關(guān)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(dòng)化能夠減少最危險礦區的一半的勞動(dòng)力。
實(shí)時(shí)表現監控
實(shí)時(shí)數據的優(yōu)勢之一在于，在采礦過(guò)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(jìn)行。實(shí)時(shí)管控技術(shù)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(guān)注情況的變化以及計劃的實(shí)施情況。此外，實(shí)時(shí)數據與操作中心不僅讓即時(shí)反饋成為可能，同時(shí)也讓操作中心的決策更加周全細致。這樣中心能讓整條產(chǎn)業(yè)鏈，而不是某個(gè)細分環(huán)節的價(jià)值最大化。這種性能一方面能用于監測意外，來(lái)提高安全性;另一方面能夠保證設備的高利用率，同時(shí)降低計劃的實(shí)施成本。
每個(gè)條件都看似容易實(shí)現，但只有作為整體被共同利用時(shí)，它們才能發(fā)揮出最大的價(jià)值。有三個(gè)原因可以解釋這一論點(diǎn)。
首先，自動(dòng)化所需的物理技術(shù)提供了實(shí)時(shí)信息流，這是人們更深入了解情況的基礎。對自動(dòng)化的投資完美地完成了，同時(shí)，人們也投資了那些為更優(yōu)決策而打造的系統與工具。
其次，這些決策最終會(huì )反饋給全自動(dòng)機器，而不是人類(lèi)操作員。這一封閉環(huán)的真實(shí)價(jià)值在于它的學(xué)習功能——持續的決策記錄，與學(xué)習算法的機器共事，將不斷從每次迭代中獲得更優(yōu)的結果。
最后，一旦系統的某部分建立于數字化平臺，實(shí)在的利益或是網(wǎng)絡(luò )效應，將延長(cháng)其至整個(gè)供應鏈。決策算法可用的數據越多，它就越高效;運作活動(dòng)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(yè)結果。
被充分整合的自動(dòng)化礦業(yè)供應鏈這一概念，或許在未來(lái)也無(wú)法獲得全世界的認同，但是它早已不局限于采礦的科學(xué)范疇——它是一系列技術(shù)部署的邏輯終點(diǎn)，而礦企不過(guò)是發(fā)起者罷了。另外，在降低與管控風(fēng)險方面，它幾乎是礦企的最佳選擇。同時(shí)，它既能加強人員安全，也能保證生產(chǎn)率。因此，我們認為它是必然的目標。問(wèn)題在于，我們要多久才能到達目的地。
揚帆起航
捕捉數字創(chuàng )新價(jià)值代表著(zhù)采礦業(yè)觀(guān)念、戰略、操作模式和性能的根本性轉變。尤其值得關(guān)注的是，礦業(yè)的價(jià)值創(chuàng )造評價(jià)重點(diǎn)將不是物料運輸，而是如何收集、分析，以及根據信息來(lái)提高產(chǎn)量。這是一個(gè)艱難的轉變，而且只有在行業(yè)領(lǐng)導者認為這一變革前景誘人時(shí)，礦企轉型才能成功。我們的分析結果表明，這一機遇帶來(lái)的收益相當可觀(guān)——在2025年大約能給全球帶來(lái)3700億美元的經(jīng)濟利益。這個(gè)數額大約是2025年全球礦業(yè)成本的17%。
釋放價(jià)值的關(guān)鍵在于，人們視創(chuàng )新為涵蓋商業(yè)各方面的行動(dòng)，而不僅僅是一種技術(shù)上的努力。實(shí)際上，許多技術(shù)難題已經(jīng)被攻破了。對下一代采礦業(yè)領(lǐng)導者來(lái)說(shuō)，能否抓住這一機遇才是真正的挑戰。
技術(shù)是自身的終結者還是扎根于價(jià)值創(chuàng )造之中
礦企必須抵住誘惑，不能以犧牲價(jià)值為代價(jià)而盲目地追求智能。建立能夠整合商業(yè)難題與技術(shù)應用的系統絕非易事，成功的訣竅是，必須擁有一個(gè)既知采礦操作技術(shù)，又通曉新技術(shù)整合的團隊。
技術(shù)是未來(lái)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(shù)作為減少直接計數的新一代工具，那企業(yè)恐怕會(huì )錯失整合實(shí)時(shí)數據與決策的良機。從中心計劃到實(shí)操現場(chǎng)，從礦井到港口的全方位運作，數據與決策的整合任務(wù)意味著(zhù)，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(huì )有多高效
通過(guò)我們跨行業(yè)的大數據研究，我們認為技術(shù)——數據、分析和系統只是答案的一部分，過(guò)程和人員的改變是不可或缺的。只有如此，技術(shù)和方法才能被有效運用。成功的礦業(yè)人員將會(huì )以整體思維來(lái)看數據、看系統、看核心過(guò)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(shù)才能產(chǎn)生價(jià)值。
在初始階段，管理效果會(huì )如何
盈利是優(yōu)先考慮的因素，隨后是價(jià)值展現，以及從技術(shù)中提取價(jià)值能力的建設。與此同時(shí)，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(shí)施新技術(shù)。
適應情況會(huì )如何
許多礦企往往沒(méi)有明確創(chuàng )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(lái)捕捉新機遇，似乎只會(huì )讓企業(yè)延續現狀。要實(shí)現轉變，礦企必須明確負責創(chuàng )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(lái)為創(chuàng )新創(chuàng )造空間。
從礦產(chǎn)資源到設備壓力再到天氣，采礦業(yè)總是被貼著(zhù)不確定性和多變的標簽。這些因素是企業(yè)運作的核心，要在采礦業(yè)新時(shí)代勝出，關(guān)鍵就在于企業(yè)能否清醒地意識到，這一時(shí)代終將到來(lái)。具體而言，通過(guò)正確的投資，企業(yè)可以減少甚至是消除不確定性。隨著(zhù)時(shí)代發(fā)展，礦工將成為一個(gè)對知識有所要求的職業(yè)，盡管其面臨的問(wèn)題不變，但是解決方法卻大相徑庭?，F在能意識到這一轉變，并且率先成功轉型的企業(yè)，將會(huì )是未來(lái)的王者。
