數(shù)字技術(shù)或許能為礦業(yè)生產(chǎn)率提升帶來新思路

利用變革性的數(shù)字和技術(shù)創(chuàng)新，礦業(yè)或許能有所突破。在本文中，我們將會闡述若干數(shù)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(guī)模使用。它們的應(yīng)用范圍包括更全面地認(rèn)識基本資源、優(yōu)化原料和設(shè)備流程、加強(qiáng)故障預(yù)防工作、提高機(jī)械化自動(dòng)化以及實(shí)時(shí)監(jiān)控性能。

單獨(dú)來看，每個(gè)條件都具備足夠的潛力。而它們的結(jié)合意味著潛在安全性和礦業(yè)價(jià)值捕捉的根本轉(zhuǎn)變。我們會對這些機(jī)會進(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(xì)分產(chǎn)品、地區(qū)，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(dá)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(kuò)張計(jì)劃，甚至重新思考到底是應(yīng)擴(kuò)張還是應(yīng)收縮業(yè)務(wù)。其結(jié)果是，采礦業(yè)生產(chǎn)力趨于平緩，甚至在某些地區(qū)或某些商品上，生產(chǎn)力開始復(fù)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(shè)置的基準(zhǔn)為參考，可以觀測到在世界范圍內(nèi)，地下開采、露天開采和粉碎研磨的平均全局設(shè)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(dá)88%，鋼業(yè)是90%，而煉油業(yè)則是92%。

當(dāng)然，采礦業(yè)與其他行業(yè)有著諸多不同。它的不確定性相當(dāng)高，從一開始資源的可開采性評估就充滿變數(shù)。礦產(chǎn)的開采環(huán)境往往極度惡劣，而且位置偏遠(yuǎn)。不僅如此，光是把工作人員運(yùn)輸?shù)介_采現(xiàn)場（不論是空運(yùn)人員到達(dá)礦井、輸送人員進(jìn)入地下或者是運(yùn)回地面），就已耗費(fèi)了大量的寶貴時(shí)間。另外，由于礦石大小、硬度不可預(yù)測，因此采礦設(shè)備不時(shí)承受過大的壓力，從而導(dǎo)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(guī)劃和活動(dòng)協(xié)調(diào)是必不可少的。而嚴(yán)明的紀(jì)律則能消除礦工自己引發(fā)的不確定性。通過降低甚至是盡可能消除礦業(yè)特有的風(fēng)險(xiǎn)，礦產(chǎn)生產(chǎn)率將提升一個(gè)臺階。

采礦業(yè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)

我們相信礦業(yè)正處在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)數(shù)字技術(shù)或許能為不確定性控制、生產(chǎn)率提升帶來新思路。以下四類集群技術(shù)的大規(guī)模使用趨勢已日趨顯著。

數(shù)據(jù)、計(jì)算能力和連通性

通過在實(shí)物中嵌入大量傳感器，人們不僅能夠獲取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也能讓機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)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(bào)告數(shù)百萬家庭的用電情況；當(dāng)問題出現(xiàn)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(shù)據(jù)比2003年一年總和還多，礦業(yè)已經(jīng)能獲取大量數(shù)據(jù)，它們對礦井的了解比以往更精確、更具連續(xù)性。

分析與情報(bào)

為了更好地整合數(shù)據(jù)，機(jī)器會“學(xué)”著提升統(tǒng)計(jì)技術(shù)。得益于先進(jìn)的分析能力，人們能利用海量數(shù)據(jù)集，對未來事件的發(fā)生概率進(jìn)行預(yù)測。復(fù)雜的采礦任務(wù)，如地質(zhì)建模、日程安排、維修預(yù)測，將在智能統(tǒng)計(jì)和優(yōu)化算法的運(yùn)用領(lǐng)域中占重要地位。

人機(jī)對話

智能手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備已讓人類的互動(dòng)對象由同類拓展至機(jī)器。消費(fèi)者在導(dǎo)航、預(yù)訂的士、監(jiān)測健康情況方面都已離不開智能手機(jī)；而智能設(shè)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)線工人提供指引，或是指示他們修理故障設(shè)備，加強(qiáng)運(yùn)作紀(jì)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(xiǎn)以及工人身體狀況的數(shù)據(jù)，以此提高工作安全性。

數(shù)字—物理轉(zhuǎn)換

我們在機(jī)器人領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，現(xiàn)在我們能夠生產(chǎn)更便宜、高效的全自動(dòng)設(shè)備。在制造行業(yè)，工業(yè)機(jī)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)，隨著人工智能等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，機(jī)器人應(yīng)用范圍更加廣泛。在礦業(yè)，遠(yuǎn)程通信和輔助控制設(shè)備的設(shè)備越來越普遍。此外，人們已引進(jìn)全自動(dòng)設(shè)備來開展?fàn)恳@井等工作。

綜上，這些技術(shù)能夠讓礦產(chǎn)的運(yùn)營方式發(fā)生根本性變革。這種變革不僅體現(xiàn)在利用信息流來降低決策風(fēng)險(xiǎn)，也體現(xiàn)在采取更集中化、機(jī)械化的運(yùn)作方式來降低操作風(fēng)險(xiǎn)。

未來業(yè)績

我們的觀點(diǎn)是，當(dāng)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，接下來我們分析它能創(chuàng)造哪些價(jià)值體。

對資源的基礎(chǔ)認(rèn)識

幾乎沒有什么問題能這般刺激礦企高管的神經(jīng)：如果你能準(zhǔn)確知道地下礦石的構(gòu)成與位置，那將如何？過去，從勘探到短期開采計(jì)劃，資源的挖掘過程往往被組織邊界、數(shù)據(jù)來源和地質(zhì)模型切分成若干細(xì)小環(huán)節(jié)。但現(xiàn)在，礦工能夠通過在線取樣，以及結(jié)合礦體模型信息與炮孔鉆數(shù)據(jù)，更好地了解資源。

整合開采數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)技術(shù)能提高發(fā)現(xiàn)礦石的可能性，加深目標(biāo)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(guī)律結(jié)合，能優(yōu)化鉆井和爆破模式，創(chuàng)建一個(gè)可執(zhí)行的礦山計(jì)劃，同時(shí)把質(zhì)量問題扼殺于搖籃之中。

材料與設(shè)備流動(dòng)的優(yōu)化

本質(zhì)上，礦業(yè)的供應(yīng)鏈?zhǔn)嵌鄠€(gè)固定與移動(dòng)設(shè)備的交互系統(tǒng)。工具和指標(biāo)如OEE，是業(yè)務(wù)改進(jìn)的基礎(chǔ)，但它們無法掌握系統(tǒng)的復(fù)雜性。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和更好的分析工程讓日程安排以及設(shè)備、土地使用步伐加快。例如，在礦井之中，將傳統(tǒng)的調(diào)度和智能算法結(jié)合能使效率最大化。又如，在加工廠中，許多工廠運(yùn)營者對產(chǎn)量驅(qū)動(dòng)因素的理解存在盲點(diǎn)。而新型數(shù)學(xué)技術(shù)則能尋找二階和三階變量之間的隱藏關(guān)系，來解決這一問題。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用了這一技術(shù)的工廠，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(yù)測

礦產(chǎn)企業(yè)具有收集大量鉆頭、卡車、加工廠和火車數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)。但這些數(shù)據(jù)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(yùn)用這些信息能夠計(jì)算特殊部件發(fā)生故障的概率，而不是基于傳統(tǒng)的時(shí)間計(jì)算法來減少維護(hù)費(fèi)用，防止意外發(fā)生。

提高機(jī)械自動(dòng)化程度

自動(dòng)化能夠降低運(yùn)營成本，加強(qiáng)操作紀(jì)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(yùn)輸和鉆井，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)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(yàn)階段。我們分析認(rèn)為，運(yùn)輸自動(dòng)化帶來的經(jīng)濟(jì)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?yàn)殛P(guān)于坑配置、設(shè)備配置和操作轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)必須由工作人員親自決定，另外，我們認(rèn)為采礦自動(dòng)化能夠減少最危險(xiǎn)礦區(qū)的一半的勞動(dòng)力。

實(shí)時(shí)表現(xiàn)監(jiān)控

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢之一在于，在采礦過程中，人們能每分每秒都掌握設(shè)備的情況與具體位置，尤其是能確認(rèn)項(xiàng)目是否照計(jì)劃進(jìn)行。實(shí)時(shí)管控技術(shù)賦予了運(yùn)作管理一層新的含義，讓運(yùn)作管理不再只是制定月度目標(biāo)，而是關(guān)注情況的變化以及計(jì)劃的實(shí)施情況。此外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(xì)致。這樣中心能讓整條產(chǎn)業(yè)鏈，而不是某個(gè)細(xì)分環(huán)節(jié)的價(jià)值最大化。這種性能一方面能用于監(jiān)測意外，來提高安全性；另一方面能夠保證設(shè)備的高利用率，同時(shí)降低計(jì)劃的實(shí)施成本。

每個(gè)條件都看似容易實(shí)現(xiàn)，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(chǔ)。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(tǒng)與工具。

其次，這些決策最終會反饋給全自動(dòng)機(jī)器，而不是人類操作員。這一封閉環(huán)的真實(shí)價(jià)值在于它的學(xué)習(xí)功能——持續(xù)的決策記錄，與學(xué)習(xí)算法的機(jī)器共事，將不斷從每次迭代中獲得更優(yōu)的結(jié)果。

最后，一旦系統(tǒng)的某部分建立于數(shù)字化平臺，實(shí)在的利益或是網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，將延長其至整個(gè)供應(yīng)鏈。決策算法可用的數(shù)據(jù)越多，它就越高效；運(yùn)作活動(dòng)越是能被系統(tǒng)化地記錄，這些數(shù)據(jù)將越珍貴；決策算法的范圍越廣，運(yùn)算結(jié)果就越能反映最佳的商業(yè)結(jié)果。

被充分整合的自動(dòng)化礦業(yè)供應(yīng)鏈這一概念，或許在未來也無法獲得全世界的認(rèn)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)，而礦企不過是發(fā)起者罷了。另外，在降低與管控風(fēng)險(xiǎn)方面，它幾乎是礦企的最佳選擇。同時(shí)，它既能加強(qiáng)人員安全，也能保證生產(chǎn)率。因此，我們認(rèn)為它是必然的目標(biāo)。問題在于，我們要多久才能到達(dá)目的地。

揚(yáng)帆起航

捕捉數(shù)字創(chuàng)新價(jià)值代表著采礦業(yè)觀念、戰(zhàn)略、操作模式和性能的根本性轉(zhuǎn)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(yùn)輸，而是如何收集、分析，以及根據(jù)信息來提高產(chǎn)量。這是一個(gè)艱難的轉(zhuǎn)變，而且只有在行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者認(rèn)為這一變革前景誘人時(shí)，礦企轉(zhuǎn)型才能成功。我們的分析結(jié)果表明，這一機(jī)遇帶來的收益相當(dāng)可觀——在2025年大約能給全球帶來3700億美元的經(jīng)濟(jì)利益。這個(gè)數(shù)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(dǎo)者來說，能否抓住這一機(jī)遇才是真正的挑戰(zhàn)。

技術(shù)是自身的終結(jié)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(yīng)用的系統(tǒng)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(tuán)隊(duì)。

技術(shù)是未來更大更好的工具還是運(yùn)作模式上的根本轉(zhuǎn)換

若僅僅是把技術(shù)作為減少直接計(jì)數(shù)的新一代工具，那企業(yè)恐怕會錯(cuò)失整合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與決策的良機(jī)。從中心計(jì)劃到實(shí)操現(xiàn)場，從礦井到港口的全方位運(yùn)作，數(shù)據(jù)與決策的整合任務(wù)意味著，工作人員將扮演系統(tǒng)工程師的角色，而不是泥土的搬運(yùn)工。

人們的轉(zhuǎn)變會有多高效

通過我們跨行業(yè)的大數(shù)據(jù)研究，我們認(rèn)為技術(shù)——數(shù)據(jù)、分析和系統(tǒng)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(shù)和方法才能被有效運(yùn)用。成功的礦業(yè)人員將會以整體思維來看數(shù)據(jù)、看系統(tǒng)、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(shù)才能產(chǎn)生價(jià)值。

在初始階段，管理效果會如何

盈利是優(yōu)先考慮的因素，隨后是價(jià)值展現(xiàn)，以及從技術(shù)中提取價(jià)值能力的建設(shè)。與此同時(shí)，大量礦企需要改變其傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)、IT系統(tǒng)和數(shù)據(jù)體系，以便大規(guī)模實(shí)施新技術(shù)。

適應(yīng)情況會如何

許多礦企往往沒有明確創(chuàng)新的管理者。不僅如此，若是僅憑借現(xiàn)有的能力，或是運(yùn)用目前的記分卡、指標(biāo)和運(yùn)算來捕捉新機(jī)遇，似乎只會讓企業(yè)延續(xù)現(xiàn)狀。要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，礦企必須明確負(fù)責(zé)創(chuàng)新的高管，重新定義身懷技能高管的角色，并且重新設(shè)計(jì)計(jì)劃，來為創(chuàng)新創(chuàng)造空間。

從礦產(chǎn)資源到設(shè)備壓力再到天氣，采礦業(yè)總是被貼著不確定性和多變的標(biāo)簽。這些因素是企業(yè)運(yùn)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。具體而言，通過正確的投資，企業(yè)可以減少甚至是消除不確定性。隨著時(shí)代發(fā)展，礦工將成為一個(gè)對知識有所要求的職業(yè)，盡管其面臨的問題不變，但是解決方法卻大相徑庭?，F(xiàn)在能意識到這一轉(zhuǎn)變，并且率先成功轉(zhuǎn)型的企業(yè)，將會是未來的王者。