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全球矿业寻求“寒冬突围”

    数字技 术或许能为矿业生产率 提升带来新思路

  利用变 革性的数字和技术创新,矿业或许能有所突破。在本文中,我们将 会阐述若干数字技术。早已有 研究对这些技术进行分析,而如今 这些技术的成本终于足够低廉,使其能 在采矿业中被大规模使用。它们的应用范围

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包括更 全面地认识基本资源、优化原料和设备流程、加强故障预防工作、提高机 械化自动化以及实时监控性能。

  单独来看,每个条 件都具备足够的潜力。而它们 的结合意味着潜在安全性和矿业价值捕捉的根本转变。我们会 对这些机会进行概述,并提出 若干值得矿业人士关注的关键问题。

  提高生产力势在必行

  分析显示,全球矿 产生产率在过去的10年中以每年3.5%的速度递减。而这一 趋势在许多类细分产品、地区,以及大 部分矿企中都非常明显。尽管人 们对其颓势的起因争论不休,但在这 一点上已达成共识:由于该 行业的前景已经恶化,大多矿 企已经搁置或削减扩张计划,甚至重 新思考到底是应扩张还是应收缩业务。其结果是,采矿业 生产力趋于平缓,甚至在 某些地区或某些商品上,生产力开始复苏。

  但显然 生产力提高的空间是巨大的,将该潜 力量化的方法之一是把采矿业与其他行业进行对比,如上游石油、天然气、钢和炼油业。以我们 设置的基准为参考,可以观 测到在世界范围内,地下开采、露天开 采和粉碎研磨的平均全局设备效率(OEE)分别是27%、39%和69%。相比之下,上游石油和天然气的OEE已高达88%,钢业是90%,而炼油业则是92%。

  当然,采矿业 与其他行业有着诸多不同。它的不确定性相当高,从一开 始资源的可开采性评估就充满变数。矿产的 开采环境往往极度恶劣,而且位置偏远。不仅如此,光是把 工作人员运输到开采现场(不论是 空运人员到达矿井、输送人 员进入地下或者是运回地面),就已耗 费了大量的宝贵时间。另外,由于矿石大小、硬度不可预测,因此采 矿设备不时承受过大的压力,从而导 致坍塌事故发生。

  但这正是关键所在。想要降低外部压力,智能规 划和活动协调是必不可少的。而严明 的纪律则能消除矿工自己引发的不确定性。通过降 低甚至是尽可能消除矿业特有的风险,矿产生 产率将提升一个台阶。

  采矿业的转折点

  我们相 信矿业正处在一个转折点,此时数 字技术或许能为不确定性控制、生产率 提升带来新思路。以下四 类集群技术的大规模使用趋势已日趋显著。

  数据、计算能力和连通性

  通过在 实物中嵌入大量传感器,人们不 仅能够获取大量数据进行分析,也能让 机器之间实现交流。而这一 技术的成本已更低廉、更具可行性;智能电 网能够报告数百万家庭的用电情况;当问题出现时,深海油 井上的传感器将向控制中心发送警告信号。在2015年,每天产生的数据比2003年一年总和还多,矿业已 经能获取大量数据,它们对 矿井的了解比以往更精确、更具连续性。

  分析与情报

  为了更好地整合数据,机器会“学”着提升统计技术。得益于 先进的分析能力,人们能 利用海量数据集,对未来 事件的发生概率进行预测。复杂的采矿任务,如地质建模、日程安排、维修预测,将在智 能统计和优化算法的运用领域中占重要地位。

  人机对话

  智能手 机和其他移动设备已让人类的互动对象由同类拓展至机器。消费者在导航、预订的士、监测健 康情况方面都已离不开智能手机;而智能 设备在工业领域的普及度正急速上升,其中智 能眼镜就是一个典型的例子。智能眼 镜能为生产线工人提供指引,或是指 示他们修理故障设备,加强运作纪律。另一个 例子是具备传感器的工作服。这种工 作服能够让管理者获取相关危险以及工人身体状况的数据,以此提高工作安全性。

  数字—物理转换

  我们在 领域取得了一定的进展,现在我 们能够生产更便宜、高效的全自动设备。在制造行业,工业机器人的成本自1990年至今已下降了50%,而同一 时期美国劳动力价格却上升了80%。与此同时,随着人 工智能等领域的技术进步,机器人 应用范围更加广泛。在矿业,远程通 信和辅助控制设备的设备越来越普遍。此外,人们已 引进全自动设备来开展牵引、钻井等工作。

  综上,这些技 术能够让矿产的运营方式发生根本性变革。这种变 革不仅体现在利用信息流来降低决策风险,也体现 在采取更集中化、机械化 的运作方式来降低操作风险。

  未来业绩

  我们的观点是,当把这 些技术作为一个整体嵌入采矿产业链时,其最大 价值才得以发挥,接下来 我们分析它能创造哪些价值体。

  对资源的基础认识

  几乎没 有什么问题能这般刺激矿企高管的神经:如果你 能准确知道地下矿石的构成与位置,那将如何?过去,从勘探 到短期开采计划,资源的 挖掘过程往往被组织边界、数据来 源和地质模型切分成若干细小环节。但现在,矿工能 够通过在线取样,以及结 合矿体模型信息与炮孔钻数据,更好地了解资源。

  整合开 采数据的统计技术能提高发现矿石的可能性,加深目标的钻井深度,以最大 限度地获取信息收益。人们把 地质信息与更优、更具普 遍性的规律结合,能优化 钻井和爆破模式,创建一 个可执行的矿山计划,同时把 质量问题扼杀于摇篮之中。

  材料与 设备流动的优化

  本质上,矿业的 供应链是多个固定与移动设备的交互系统。工具和指标如OEE,是业务改进的基础,但它们 无法掌握系统的复杂性。实时数 据和更好的分析工程让日程安排以及设备、土地使用步伐加快。例如,在矿井之中,将传统 的调度和智能算法结合能使效率最大化。又如,在加工厂中,许多工 厂运营者对产量驱动因素的理解存在盲点。而新型 数学技术则能寻找二阶和三阶变量之间的隐藏关系,来解决这一问题。我们已经发现,运用了 这一技术的工厂,其黄金、镍、磷酸盐 和其他矿物质的产量提高了3至10个百分点。

  改进预测

  矿产企 业具有收集大量钻头、卡车、加工厂 和火车数据的传统。但这些 数据并没有得到充分利用。在某些情况下,矿企对 信息的利用率只有1%,甚至更少。运用这 些信息能够计算特殊部件发生故障的概率,而不是 基于传统的时间计算法来减少维护费用,防止意外发生。

  提高机械自动化程度

  自动化 能够降低运营成本,加强操作纪律,并且保 障工作人员的人身安全。有的技术,特别是 自动化运输和钻井,已经实 现了大规模商业化。而另一些技术,特别是 自动爆破和铲除,还处于实验阶段。我们分析认为,运输自 动化带来的经济效益是巨大的——持有的总成本将降低15%—40%。具体的 下降幅度取决于劳动力成本,因为关于坑配置、设备配 置和操作转换的设计必须由工作人员亲自决定,另外,我们认 为采矿自动化能够减少最危险矿区的一半的劳动力。

  实时表现监控

  实时数 据的优势之一在于,在采矿过程中,人们能 每分每秒都掌握设备的情况与具体位置,尤其是 能确认项目是否照计划进行。实时管 控技术赋予了运作管理一层新的含义,让运作 管理不再只是制定月度目标,而是关 注情况的变化以及计划的实施情况。此外,实时数 据与操作中心不仅让即时反馈成为可能,同时也 让操作中心的决策更加周全细致。这样中 心能让整条产业链,而不是 某个细分环节的价值最大化。这种性 能一方面能用于监测意外,来提高安全性;另一方 面能够保证设备的高利用率,同时降 低计划的实施成本。

  每个条 件都看似容易实现,但只有 作为整体被共同利用时,它们才 能发挥出最大的价值。有三个 原因可以解释这一论点。

  首先,自动化 所需的物理技术提供了实时信息流,这是人 们更深入了解情况的基础。对自动 化的投资完美地完成了,同时,人们也 投资了那些为更优决策而打造的系统与工具。

  其次,这些决 策最终会反馈给全自动机器,而不是人类操作员。这一封 闭环的真实价值在于它的学习功能——持续的决策记录,与学习 算法的机器共事,将不断 从每次迭代中获得更优的结果。

  最后,一旦系 统的某部分建立于数字化平台,实在的 利益或是网络效应,将延长 其至整个供应链。决策算 法可用的数据越多,它就越高效;运作活 动越是能被系统化地记录,这些数据将越珍贵;决策算法的范围越广,运算结 果就越能反映最佳的商业结果。

  被充分 整合的自动化矿业供应链这一概念,或许在 未来也无法获得全世界的认同,但是它 早已不局限于采矿的科学范畴——它是一 系列技术部署的逻辑终点,而矿企 不过是发起者罢了。另外,在降低 与管控风险方面,它几乎 是矿企的最佳选择。同时,它既能加强人员安全,也能保证生产率。因此,我们认 为它是必然的目标。问题在于,我们要 多久才能到达目的地。

  扬帆起航

  捕捉数 字创新价值代表着采矿业观念、战略、操作模 式和性能的根本性转变。尤其值得关注的是,矿业的 价值创造评价重点将不是物料运输,而是如何收集、分析,以及根 据信息来提高产量。这是一个艰难的转变,而且只 有在行业领导者认为这一变革前景诱人时,矿企转型才能成功。我们的分析结果表明,这一机 遇带来的收益相当可观——在2025年大约能给全球带来3700亿美元的经济利益。这个数额大约是2025年全球矿业成本的17%。

  释放价值的关键在于,人们视 创新为涵盖商业各方面的行动,而不仅 仅是一种技术上的努力。实际上,许多技 术难题已经被攻破了。对下一 代采矿业领导者来说,能否抓 住这一机遇才是真正的挑战。

  技术是 自身的终结者还是扎根于价值创造之中

  矿企必须抵住诱惑,不能以 牺牲价值为代价而盲目地追求智能。建立能 够整合商业难题与技术应用的系统绝非易事,成功的诀窍是,必须拥 有一个既知采矿操作技术,又通晓 新技术整合的团队。

  技术是 未来更大更好的工具还是运作模式上的根本转换

  若仅仅 是把技术作为减少直接计数的新一代工具,那企业 恐怕会错失整合实时数据与决策的良机。从中心 计划到实操现场,从矿井 到港口的全方位运作,数据与 决策的整合任务意味着,工作人 员将扮演系统工程师的角色,而不是泥土的搬运工。

  人们的 转变会有多高效

  通过我 们跨行业的大数据研究,我们认为技术——数据、分析和 系统只是答案的一部分,过程和 人员的改变是不可或缺的。只有如此,技术和 方法才能被有效运用。成功的 矿业人员将会以整体思维来看数据、看系统、看核心过程,乃至看人员能力。他们清醒意识到,只有人 们工作与决策的方式改变,新技术才能产生价值。

  在初始阶段,管理效果会如何

  盈利是 优先考虑的因素,随后是价值展现,以及从 技术中提取价值能力的建设。与此同时,大量矿 企需要改变其传统的控制系统、IT系统和数据体系,以便大 规模实施新技术。

  适应情况会如何

  许多矿 企往往没有明确创新的管理者。不仅如此,若是仅 凭借现有的能力,或是运 用目前的记分卡、指标和 运算来捕捉新机遇,似乎只 会让企业延续现状。要实现转变,矿企必 须明确负责创新的高管,重新定 义身怀技能高管的角色,并且重新设计计划,来为创新创造空间。

  从矿产 资源到设备压力再到天气,采矿业 总是被贴着不确定性和多变的标签。这些因 素是企业运作的核心,要在采 矿业新时代胜出,关键就 在于企业能否清醒地意识到,这一时代终将到来。具体而言,通过正确的投资,企业可 以减少甚至是消除不确定性。随着时代发展,矿工将 成为一个对知识有所要求的职业,尽管其 面临的问题不变,但是解 决方法却大相径庭。现在能 意识到这一转变,并且率 先成功转型的企业,将会是未来的王者。

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