鶴壁市豫興煤機有限公司
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絞車生產廠家帶領礦業科技創新進入4.0時代

1.第四次工業革命推動整個價值鏈轉變

麥肯錫咨詢公司(McKinsey)指出,人工智能(AI)、機器人、物聯網、自動駕駛車輛、3D打印、納米技術、生物技術、材料科學、能量儲存和量子計算是第四次工業革命的關鍵因素。所有這些因素都可能完全“顛覆”傳統制造業,從而使物理、數字和生物領域之間的界限變得模糊。然而,第四次工業革命總體上由三大技術發展趨勢驅動,即連接性、智能化和靈活的自動化。

制造業的第四次工業革命仍然是私營和公營機構中眾多***的**先事項。這對價值鏈、行業和運營模式有著巨大的破壞性影響,代表了經濟發展的下一代引擎,并且以過去工業革命未有的方式為獲取價值開創機遇。JKMD最新型礦井提升機絞車配置參數

技術創新的繁榮發展不僅出現在礦業企業,也出現在全球其他行業,他們的共同點是數字化。盡管與數字化有關的不同定義眾多,但其本質上是增加對現今世界所有方面實時數據的獲取和處理。

通過更高的處理能力、更強且更快的網絡、更好的傳感器(包括GPS、雷達和激光雷達)的應用,以及改進后的軟件和算法,正在實現數字化。數字化確保了對數據的分析和認識,并允許系統內的反饋(手動、自動或人工智能),可利用實時數據實現對商業運營的即刻可視化、控制和優化,應用于礦山運營的所有方面。

許多人認為,阻礙數字轉型的不再是技術,而是適合于越來越高級且不斷變化的環境組織能力,有時也取決于成本。為了實現經營和數字技術應用上的成功,采礦設備、技術和服務行業所開展的技術創新必須是強力、持續且具有經濟效益的。此外,與管理之間的界面必須是實用且簡潔的。

麥肯錫咨詢公司曾于2015年11月做出預測:估計在2025年前,通過增加產能、減少浪費和提高安全性,礦山數字化能夠帶來的潛在經濟影響可達3700億美元。其中2500億美元來自對資源基礎的更深入了解,對物質流和裝備流的優化,基于自動化對機械化程度的提高,以及對計劃下的性能的實時監測。

2017年1月,世界經濟論壇與埃森哲咨詢公司的合作研究指出,在2025年前,礦業行業可節省4280億美元。預期其中的**來源是集成采購、數據交換和貿易,其次為可穿戴設備(850億美元)、遠程運營中心(840億美元),以及自動化作業和機器人(560億美元)。他們認為,這將使勞動力減少近5%。

埃森哲咨詢公司認為,認知網絡是全球所有行業正在采用的新一代技術。通過對非結構化數據的分析,使機器具備像人類一樣的思考和行動能力,從而推動整個礦業價值鏈的真正轉變。人工智能的使用將為人機交互及創建一個具有自完善、自學習、自修復和自控制的環境提供路徑,這也是未來礦山的發展目標。

2.科技創新引領礦業進入4.0時代

近幾十年來,礦業行業在技術上取得的重大突破非常少。在礦物加工方面,重大技術突破還是100年前的浮選技術和50年前的溶劑萃取技術。在采礦方面,革命性的發展包括炸藥的發明、硬質合金鉆頭的引入、地下大規模采礦方法的采用,以及露天采礦設備的升級換代。盡管缺少重大技術突破,但由于生產系統的不斷升級,目前的采礦變得比25年前更安全、更高效、更“綠色”。主要的趨勢包括:一是礦山的持續機械化;二是維護、管理和供應系統的建立;三是地質與工程技術的優化軟件;四是礦山和礦物加工廠規模的擴大;五是過程控制中信息技術的廣泛應用,實現了采礦與礦物加工的連通。第四次工業革命不再是一個逐漸提高的過程,而是表現為階躍式變化。

一是數字化礦山是未來發展方向

目前,數字技術在礦山的不同環境中已得到不同程度的使用。雖然數字技術還在不斷完善中,但已經得到廣泛應用,并開始整合到價值鏈中。礦業企業的成功不僅是采用最新的應用和技術,更重要的是將數字化和創新理念融入經營策略中。JTP最新型礦井提升機絞車配置參數

德勤會計師事務所《2019年發展趨勢》報告指出,技術和人工智能將在礦業行業中發揮重要的作用,不僅可幫助企業預測未來情況,也可幫助企業識別風險和改變供應鏈。此外,金融平臺、傳感器技術、自動駕駛車輛、基于云的解決方案,以及數據分析也會促進數字礦山的設計。

礦業行業的先行者之一——力拓集團于2008年啟動了“未來礦山”計劃。該計劃旨在從地球深部采收礦物的同時,降低環境影響及進一步提高安全性。2010年,玻利頓公司(Boliden)、波蘭KGHM礦業公司、瑞典LKAB礦業公司及幾家全球性供應商和學術機構,啟動了針對未來礦山共同愿景的概念研究。2018年,英美資源集團啟動 “未來智能礦山”計劃,其他許多礦業企業也開始了非正式活動和計劃。

南非金田公司(Gold Fields)首席執行官(CEO)Nick Holland連續數年談到未來礦山,其中于2018年談到礦業企業需要“擁抱”技術,因為發現和開發礦山變得越來越難、耗時更長且礦石品位不斷下降。他相信技術創新對礦業行業而言就像一場海嘯,“你”有可能“乘風破浪”也有可能“被浪沖走”。金田公司的目標是在2028年前,實現露天或地下礦山的完全遠程操控。他相信,與科技企業的協作將為目標的實現提供解決方案。

澳大利亞雷索盧特礦業公司(Resolute Mining)基于未來礦山概念在馬里建設了高度自動化的Syama地下金礦,該礦山于2018年12月開始生產。礦山在設計之初便要求采用**的采礦、運輸和加工技術,并允許運營商安裝先進移動設備的監測和控制系統,而這些技術也必將逐漸整合到整個礦山的運用中,這有利于提高礦山的安全性和產能。

ABB集團的一個視頻展示了他們對未來礦山概念的觀點,包括數字孿生技術(digital twin)。該集團計劃在其位于瑞典斯特羅斯市的協同操作中心開發用于未來采礦的數字技術。通用電氣公司的數字部門(GE Digital)也給出了關于數字礦山的觀點,即結合其Predix平臺建立工業互聯網,以連接所有的礦業資產來減少計劃外停機時間,優化運營,以及確保主動過程。JKB最新型礦井提升機絞車配置參數

力拓集團在其位于西澳的Koodaideri礦引入了數字孿生技術,即利用獲取的工廠設計、建設、試運行和運營數據建立一個數字工廠,以提高實時決策能力。

埃森哲咨詢公司認為,數字礦山就是利用**的數字技術、物聯網以及云平臺或內部應用平臺(on-premise platform),連接從礦山到市場及傳感器到董事會會議的礦業價值鏈,將來自孤立數據庫(如車隊管理、調度、歷史發展和企業資源計劃解決方案)的數據進行整合。采用統一且有效的分析方法實現運營智能化和趨勢分析、平板電腦上的全面可視化、智能設備的遠程控制等,這可以使用戶根據客戶和市場情況更好地規劃企業發展,了解企業運行情況,提高產能。

目前,礦業行業還只是處在數字轉型的早期階段,盡管發展步伐仍然緩慢,但礦業行業高管們開始認識到,通過整個數據鏈的數據可視化及新技術的應用可實現產能的提高。

二是數字化將徹底改變礦業行業

世界經濟論壇報告指出,技術成本的不斷降低加快了社會發展的步伐,實現數字技術的綜合利用才能確保這些技術發揮**作用。行業專家表示,通過采用可增強礦山收益性和可持續性的新技術,對處于危機中的礦業行業具有重大影響,但為了實現價值必須以有效且可持續的方式采用新技術。JTPB最新型礦井提升機絞車配置參數

力拓集團首席執行官Jean-Sebastian Jacque表示,數字化將徹底改變礦業行業。從人工智能到物聯網的新數字技術以及新的生物技術,將使管理變得更具創造力。在營銷和貿易上,數字技術、大數據技術和區塊鏈技術將在幫助用戶(從政府到消費者)核查所有產品的道德和價值及其環保認證上發揮重要作用。

波士頓咨詢集團認為,新興數字技術的進一步發展,將會以幾乎無法想象的方式為礦業行業帶來徹底變革。其中,無人機用于原位觀測,轉基因細菌或納米機器人用于分子水平下的采礦,深水機器人用于水下采礦,大數據和算法用于端到端的跟蹤與通信及實時的供需管理……這些新技術將來可能顛覆現有的商業模式以及礦業企業與用戶、供應商和競爭者之間的傳統角色和關系。

3.技術創新是礦業企業快速發展的關鍵

礦業企業正在逐漸調整策略和商業模式,包括將技術創新作為其發展戰略的基石。目前來看,能使礦山運營能力發生階躍式變化的關鍵創新是采用數字技術。

一些企業幾十年前就已經提出 “未來礦山”概念,且已開發、測試和應用了新的數字技術。然而,還有一些企業卻遲遲未動,影響了 “未來礦山”實現進程。

一是技術創新“領跑者”將獲競爭優勢

麥肯錫咨詢公司的分析顯示,人工智能在礦業行業的應用將為技術創新“領跑者”帶來累計122%的現金流變化,而只能為“跟跑者”帶來10%的現金流變化。

“領跑者”將擁有最初的競爭優勢,使他們的成本曲線下降,并使他們在與競爭者的比拼中占據優勢,如取得更高的利潤和市場價值??梢哉f,整個行業將深刻意識到數字技術將成為一個成本降低因素,該因素可使整個行業的成本曲線下降并最終使礦產品價格保持在較低水平。

很顯然,礦業企業長遠發展的關鍵是在創新上保持領先。需要說明的是,數字化的可及性對所有規模的企業或運營商以及中小企業是“開放”的,并不會被發達經濟體所獨享。

二是技術創新使礦業行業變得更好、更快、更高效

礦業行業的先行者之一——力拓集團于2008年啟動了“未來礦山”計劃,旨在找到采收礦物的同時降低環境影響及進一步提高安全性的先進方式。這一概念聽起來有些寬泛,但作為行業技術創新的引領者之一,近年來他們主要關注四個領域:自動卡車運輸系統(autonomous truck haulage system)、自動鉆掘系統(automated drill system)、從礦山到港口的自動鐵路(軌道)運輸系統(AutoHaul)以及其位于澳大利亞珀斯的遠程運營中心。力拓集團于2018年末投入運營**個無人駕駛鐵路系統,實現了上述4個領域的發展目標。力拓集團鐵礦公司首席執行官Chris Salisbury表示,力拓集團啟用了位于澳大利亞布里斯班的開創性實驗室,這將有助于力拓集團4.0概念的實現,并最終使礦業行業變得更好、更快且更高效。

2018年,英美資源集團啟動了“未來智能礦山”計劃,旨在應用創新思維和技術發展應對礦業行業面臨的主要挑戰。他們建立了四個指導性概念來開展工作:一是集約型礦山(concentrated mine),將先進的破巖技術、大規模礦石分選技術和粗顆?;厥占夹g整合在一起,在實現礦山產量(金屬與礦石比)**化的同時,實現礦山運營和資本成本及其環境影響最小化。二是現代化礦山(modern mine),正在開發并測試自動且連續的巖石切削設備,在不需要炸藥爆破的情況下安全地開采深部地下礦山,從而建立更安全的礦山環境,降低運營成本,提高礦物資源價值。三是智能礦山(intelligent mine),將海量數據用于智能預測,主要關注利用實時鉆掘分析、高光譜巖心成像,以及3D和虛擬現實地質模擬的綜合分析來識別礦物和材料特性,同時開發定制化學習方法來預測工廠所需的控制參數,力求實現監測和預見性維護。四是無水化礦山(waterless mine),正在通過大規模的閉合環路方法減少采礦過程中對清水的使用,尤其是礦石和廢石(尾礦)的分離和運輸過程。

三是眾多礦業企業實施技術創新戰略

盡管必和必拓(BHP)并沒有對其股票持有人宣布正式計劃,但其技術戰略的重心是一體化。他們的一體化策略是在2025年前實現所有事項之間的連接,以在目前和未來之間建立一個“橋梁”,以及為全面整合和高度自動化的運營奠定基礎。JKB最新型礦井提升機絞車

必和必拓已實現技術發展的全球化,目前已將研發、方案執行和技術運營運用于整個價值鏈。該公司正在應用“系統工程”方法并結合其資產情況來分析礦山生命周期,以確定限制條件和優化投資項。這有助于該公司整個運營過程中**實踐的快速復制。

必和必拓技術戰略的一個重要支柱是與知名公司和新公司(許多來自原始設備制造商)建立一個合作伙伴生態系統。這些合作關系可以使必和必拓獲得領先技術和外部優秀人才,幫助其尋找復雜問題的解決方案。必和必拓通過投資建立了與大學的合作關系,其中捐款300萬美元給墨爾本大學、斯坦福大學和劍橋大學組成的聯盟,以引起全球對CO2儲存的關注以及支持未來大規模碳捕集與封存工程的建立。

在加拿大,Teck資源公司擁有4個研發中心,涵蓋不同的技術研發和創新工作,其中包括對目前技術有效性的評估以及對新的突破性技術的開發。Teck資源公司的技術創新集中于四大方面,即安全性、可持續性、產能和增長,目前正在開展的運營數字化工作將支撐這四個方面的實現。

Teck資源公司與區域和全球性的企業建立戰略合作伙伴關系,以開發和應用開創性技術,如開源車隊管理系統、**個電動半自動鉆掘系統、虛擬現實礦山,以及**個鏟裝礦石分選技術。同時, Teck資源公司組建了專門的跨學科領域團隊來審視和促進新技術研發和創新的機遇,這有助于對新技術效益的分析以及對技術測試、驗證和示范的規劃。

金田公司于2017年開始實施新的技術創新戰略,旨在現代化、一體化和優化現有系統和過程。一旦實現,該公司將考慮更全面地推動礦山全自動化。該戰略的最終目標是致力于打造金田公司的未來礦山,這將基于自動化、綜合數字數據平臺、遠程機器操作、虛擬現實,以及減少的采礦廢石(尾礦)。此外,與處于行業領導的信息技術企業和原始設備制造商建立合作伙伴關系,將對戰略的成功實施至關重要。

紐蒙特礦業公司(Newmont Mining)于2018年年初通過投資開啟了對創新技術的探索。目前,該公司正在制定為期5年~10年的企業技術創新戰略。他們的數字整合方式集中于對可靠采礦實踐的促進,以**化企業可持續價值。以戰略數字機遇為目標的專業團隊,旨在通過相互連接、流線化和全面分析建立有關技術和基礎設施的信息化和業務化集成架構。礦山監測和控制團隊關注于提高作業效率和安全的可穿戴技術,而機器控制和自動化團隊旨在通過人工智能和其他工具來提升設備性能、安全性和相容性。

加拿大Goldcorp公司將數字轉型瞄準了其所擁有的新礦山,通過配備強大且可靠的技術裝備來確保目標的實現。其中一個實例為,在éléonore地下礦山部署了一個多服務器IP網絡,以通過安全的無線通信來提高安全性以及降低運營和維護成本。作為該公司數字轉型戰略的一部分,以6個領域作為新的技術發展機遇,即大數據與機器學習、連通式采礦設備(connected miner)、自動化采礦作業、具有更少環境影響的更可持續性礦山、運營和復墾(reclamation),以及安全性和環境再造(re-engineering),涵蓋礦山生命周期的每個階段,從勘查開發到運營和復墾。

加拿大Goldcorp公司是#DisruptMining活動(采礦技術創新競賽)的***和創始合伙人之一。該活動為創新人員和企業家提供了一個將顛覆性技術和指數發展型技術用于礦業行業的平臺。

四是創新技術測試場地促使戰略落地

在歐洲,KGHM公司、玻利頓公司和LKAB公司自2010年以來與幾家大型供應商和學術機構開展合作,以期實現在2030年前建立未來礦山的共同愿景。該愿景具有7個主要特征,即一個控制室、生產區無人化、連續機械挖掘(mechanical excavation)、礦石預富集、礦石固有價值的**化、可描述巖石及其結構以輔助過程控制的系統,以及礦山最終產物的可持續性。該學術機構已開展了研發項目,并從LKAB公司的Kiruna礦山及其選礦廠、玻利頓公司的Kristineberg礦山及其選礦廠,以及KGHM公司的Lubin、Polkowice和Rudna礦山及其選礦廠獲取了有關數據。

在加拿大,位于安大略省薩德伯里的NORCAT地下中心是一個正在運營的地下礦山,作為創新和培訓中心,旨在促進技術的開發、測試和示范以及開展實習培訓。該中心每年要支持近50項采礦技術項目的開展且接待近50家全球礦業企業的參觀,以了解礦業行業最新的技術發展。

在澳大利亞,澳大利亞礦業研究所(CRC ORE)建立的Kalgoorlie-Boulder采礦技術創新中心旨在開發和部署新的采礦技術。該研究所通過礦業企業以及采礦裝備、技術和服務企業和研究機構組成的全球性聯合體來促進對創新解決方案的制訂。

智利政府于2015年啟動Alta Ley計劃,旨在匯聚所有可以在創新進程中發揮作用的實體,不斷促進礦業科技的進步與發展。




4.影響企業采取創新技術的因素


目前,盡管對部分創新技術是否有效實施和獲取高于預期的成本效益存在懷疑,但礦業行業已從中看到了積極效果且充滿積極性。這條道路肯定不會“一馬平川”,并且回報也不會“一成不變”。

很多創新運用并不廣泛,最重要的原因之一是缺少技能型人才??傮w上來看是缺少對技術的深入了解,具體來說,是缺少具有熟練操作經驗的自動化作業人員和開發人員,因此需要加強礦業行業不同層面人員的技能培訓,不斷提高行業人員的綜合素質。

還有一個因素來自于原始設備制造商,由于其已有庫存和有限的資金投入,對于更新設備和車輛造成了一定限制。然而,現有供應商必須盡快提高設備性能,增強市場競爭力,以防其他競爭者獲得機會。

同時,礦業行業的資本可供性也是一個問題,但近年來這種情況有所下降。此外,礦業行業的“保守主義”也是一個不可忽視的原因,行業內有些企業本身不愿意采用新的或未經驗證的技術,因為這需要較高的資本成本且面臨較高的運營風險和聲譽風險。礦業行業技術創新還面臨一個問題,就是如何開發以及如何獲取最終效益,大部分礦業企業對他們的實際策略和正在開展的項目仍相對保密。礦業行業與原始設備制造商合作還存在一個潛在問題,如何分享知識產權帶來的利益,盡管二者都能夠獲得大量認知和經驗,但通常后者獲利更大。


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