انقلاب هوش مصنوعی در صنعت سیمان
در این مقاله می‌خوانید
صنعت سیمان سنگ بنای زیرساخت های مدرن است که مواد ضروری را برای پروژه های ساختمانی از ساختمان‌های مسکونی گرفته تا مجتمع های صنعتی در مقیاس بزرگ و کارهای عمومی فراهم می کند. سیمان، مهمترین ماده در بتن است که از طریق یک فرآیند تولید پیچیده شامل استخراج مواد خام، حرارت دادن در کوره‌ها و آسیاب و .. به وجود می‌آید. این صنعت نقش محوری در توسعه اقتصادی و شهرنشینی ملت ها ایفا می کند و امکان ساخت سازه های مقاوم و بادوام را فراهم می کند.
تقریبا در هر استان و در نزدیکی شهر‌های بزرگ کشور، کارخانه‌های سیمان را مشاهده می‌کنیم که تامین کننده سیمان برای مناطق اطراف یا حتی دورتر هستند. کارخانه‌های سیمان تهران، آبیک، سیمان خوزستان، کرمان و … شاید شناخته شده‌ترین کارخانجات سیمان در کشور هستند.
این کارخانجات نیز با انقلاب صنعتی چهارم، فرصتهای جدیدی پیش روی خود دیدند. فرصت‌‌هایی که می‌تواند چالش‌های فعلی و آتی این صنعت را تا حدودی رفع کند. در این مقاله به صورت مختصر و مفید به بررسی نقش فناوری هوش مصنوعی در صنعت سیمان می‌پردازیم. اگر به این موضوع علاقه دارید این مقاله را تا انتها بخوانید.
اهمیت صنعت سیمان در جهان امروز
صنعت سیمان برای اقتصاد جهانی حیاتی است و سیمان یکی از پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در سراسر جهان است. طبق گزارش انجمن جهانی سیمان، تولید جهانی سیمان در سال 2020 به حدود 4.1 میلیارد تن رسید که زیربنای توسعه زیرساختها و پروژه های مسکن در سراسر جهان است. این صنعت در بسیاری از کشورها سهم قابل توجهی در تولید ناخالص داخلی دارد و برای میلیون‌ها نفر اشتغال ایجاد کرده است. علاوه بر این، پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای سیمان به دلیل شهرنشینی، رشد جمعیت و گسترش زیرساختها در اقتصادهای نوظهور رشد کند.
آشنایی با فرآیند تولید سیمان
فرآیند تولید سیمان تقریبا در همه کارخانجات شبیه هم است. در ادامه به صورت گام به گام این فرآیند را بررسی می‌کنیم.
- در ابتدا مواد خام نظیر سنگ آهک و خاک رس از معادن استخراج می‌شود.
- در مرحله بعد خردایش مواد خام انجام می‌شود و مواد با نسبت‌های مشخص با هم ترکیب می‌شوند.
- مخلوط به دست آمده به پودر تبدیل می شود و وارد یک کوره دوار بزرگ می‌شوند
- فرایند تولید سیمان با استخراج مواد خام، عمدتاً سنگ آهک و خاک رس، که از معادن استخراج می شود، آغاز می شود.
- پودر بدست آمده به داخل کوره برده می تحت فرآیندی به نام کلسیناسیون حرارت داده می‌شود تا کلینکر به وجود آید.
- در مرحله بعد کلینکر سرد می شود و آسیاب می شود و سپس به انبارهای سیمان برده می‌شود.
چالش های پیش روی صنعت سیمان
علیرغم اهمیت آن، صنعت سیمان با چالش های متعددی مواجه است که بر پایداری و کارایی آن تأثیر می گذارد. یکی از چالش های اصلی، مصرف بالای انرژی و تولید کربن است. صنعت سیمان تقریبا ۸ درصد از گاز کربن دی اکسید جهان را تولید می‌کند، از همین رو همیشه مورد انتقاد واقع می‌شود. علاوه بر این، نوسانات در هزینه و در دسترس بودن مواد خام، همراه با نیاز به کیفیت ثابت محصول، چالش‌های عملیاتی ایجاد می‌کند. صنعت سیمان همچنین با نیاز به بهینه سازی فرآیندهای تولید و کاهش هزینه های عملیاتی در بازار رقابتی فزاینده دست و پنجه نرم می‌کند.
نقش فناوری در رفع این چالش‌ها، علی الخصوص چالش‌های مربوط به بحث‌های عملیاتی و زیست محیطی، بسیار پر رنگ است. فناوری‌های پیشرفته می‌توانند هم شرایط تولید را تغییر دهند و هم بهره‌وری صنعت را افزایش دهند. در میان این فناوریها، هوش مصنوعی یک فناوری کلیدی است که می‌تواند تاثیرات شگرفی داشته باشد.
هوش مصنوعی چیست؟
هوش مصنوعی یا Artificial Intelligence شاخه‌ای از علوم کامپیوتر است که بر ایجاد سیستم‌هایی تمرکز دارد که قادر به انجام وظایفی هستند که معمولاً به هوش انسانی نیاز دارند.(برای آشنایی کامل با فناوری هوش مصنوعی اینجا کلیک کنید) این وظایف شامل یادگیری، استدلال، حل مسئله، ادراک و درک زبان است. هوش مصنوعی از الگوریتم‌ها و مدل‌های محاسباتی برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، تشخیص الگوها و تصمیم‌گیری استفاده می‌کند.
این فناوری زیرشاخه های مختلفی مانند یادگیری ماشینی، شبکه های عصبی، پردازش زبان طبیعی و رباتیک را در بر می‌گیرد. توانایی هوش مصنوعی در پردازش حجم وسیعی از اطلاعات و انطباق با ورودی‌های جدید، آن را به ابزاری متحول کننده در صنایع مختلف تبدیل می‌کند که باعث نوآوری و کارایی می‌شود. در ادامه برخی از کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت سیمان را بررسی می‌کنیم.
کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت سیمان
بهینه‌سازی فرآیندهای تولید
بهینه‌سازی فرآیندها یکی از کاربردهای هوش مصنوعی است که در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. صنعت سیمان نیز مستثنی نیست. الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توانند مقادیر زیادی از داده‌ها را از مراحل مختلف فرآیند تولید تجزیه و تحلیل کنند تا ناکارآمدی‌های فرآیند را شناسایی و سپس تنظیمات بهینه فرآیند را پیشنهاد دهند.
به عنوان نمونه، مدل‌های یادگیری ماشینی می‌توانند مخلوط بهینه مواد خام و همچنین دمای دقیق کوره مورد نیاز برای تولید سیمان با کیفیت بالا را پیش‌بینی کنند و در عین حال مصرف انرژی را به حداقل برسانند. این رویکرد مبتنی بر داده باعث افزایش کارایی تولید، کاهش ضایعات و کاهش هزینه‌های عملیاتی می شود.
نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه
نگهداری و تعمیرات شامل سرویس و تعمیر معمول تجهیزات یا سیستم‌ها برای اطمینان از عملکرد بهینه و افزایش طول عمر آنها است. نگهداری و تعمیرات بیش‌بینانه یا Predictive maintenance یکی دیگر از کاربردهای مهم هوش مصنوعی در صنعت سیمان است. کارخانه های سیمان به ماشین‌آلات سنگین مانند سنگ‌شکن‌ها، آسیاب‌ها و کوره‌ها متکی هستند که در معرض استهلاک شدید هستند.
سیستم‌های نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه مبتنی بر هوش مصنوعی از داده‌های حسگرهای تعبیه‌شده در تجهیزات برای نظارت لحظه‌ای بر وضعیت آنها استفاده می‌کنند. با تجزیه و تحلیل الگوها و ناهنجاری‌ها، هوش مصنوعی می‌تواند زمان احتمالی وقوع خرابی را پیش‌بینی کند و فعالیت‌های نگهداری و تعمیرات را بر اساس آن برنامه‌ریزی کند. این رویکردِ فعال (Active) توقفات را به حداقل می‌رساند، طول عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری و تعمیرات را کاهش می‌دهد.
کنترل کیفیت سیمان با هوش مصنوعی
حفظ کیفیت ثابت در تولید سیمان بسیار مهم است. هوش مصنوعی با ارائه نظارت و تجزیه و تحلیل در زمان واقعی پارامترهای تولید، کنترل کیفیت را افزایش می دهد. الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند انحرافات در خواص مواد خام، ترکیب شیمیایی و دما و سایر پارامتر‌ها را را در طول فرآیند تولید تشخیص دهند. با شناسایی و تصحیح سریع این انحرافات، هوش مصنوعی به شما این تضمین را می‌دهد که محصول نهایی با استانداردهای کیفی سختگیرانه مطابقت دارد.
مدیریت انرژی
سیمان یک صنعت بسیار انرژی بر است. آمار‌ها نشان می‌دهد که صنعت سیمان در حدود ۲.۷ درصد کل برق کشور و ۷.۶ درصد از برق صنعتی کشور را مصرف می‌کند. کوره‌ها و آسیاب‌ها مصرف کنندگان اصلی انرژی در صنعت سیمان هستند. سیستم‌های مدیریت انرژی مبتنی بر هوش مصنوعی با تجزیه و تحلیل الگوهای مصرف و شناسایی فرصتهای صرفه جویی، مصرف انرژی را بهینه می کنند.
برای مثال، هوش مصنوعی می‌تواند عملکرد کوره‌ها و آسیاب‌ها را مطابق با دوره‌های تقاضای انرژی کمتر یا نرخ ارزانتر برق تنظیم کند. علاوه بر این، هوش مصنوعی می‌تواند فناوریها و شیوه‌های کارآمد انرژی را توصیه کند، و ردپای کربن و هزینه‌های عملیاتی صنعت را کاهش دهد. در ایران که ناترازی برق یکی از چالش‌هاس صنایع به حساب می‌آید این موضوع می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر پایداری این صنعت داشته باشد.
بهینه سازی زنجیره تامین صنعت سیمان با هوش مصنوعی
زنجیره تامین صنعت سیمان پیچیده است و شامل حمل و نقل مواد خام به کارخانه‌ها و توزیع محصولات نهایی به سایت‌های ساختمانی است. ما قبلا در نکست مایند در مورد تاثیرات هوش مصنوعی بر مدیریت زنجیره تامین صحبت کرده‌ایم. هوش مصنوعی مدیریت زنجیره تامین را با ارائه دید در زمان واقعی و تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده بهبود می‌بخشد. مدل‌های یادگیری ماشینی می‌توانند تقاضا را پیش‌بینی کنند، سطح موجودی را بهینه کنند و عملیات لجستیک را ساده کنند. این امر تحویل به موقع مواد و محصولات را تضمین می‌کند، هزینه‌های حمل و نقل را کاهش می‌دهد و اختلالات ناشی از تنگناهای زنجیره تامین را به حداقل می‌رساند.
حمل و نقل در صنعت سیمان بسیار گرانقیمت است. به همین دلیل است که سیاستگذاران بر این باورند که در سراسر کشور کارخانجات سیمانی حضور داشته باشند. بکارگیری روش‌های فناورانه برای کاهش هزینه حمل و نقل حتی به میزان اندک می‌تواند تاثیر بسزایی در این صنعت داشته باشد.
آسیب کمتر به محیط زیست در صنعت سیمان با هوش مصنوعی
امروزه محیط زیست یکی از مهمترین چالش‌های بشر و البته بسیاری از صنایع است. به عنوان نمونه صنعت سیمان در آمریکا، ۵ درصد از دی اکسید کربن این کشور را تولید می‌کند. از همین رو مقررات زیست محیطی به طور فزاینده‌ای سخت گیرانه می شوند و صنعت سیمان را ملزم به نظارت و کاهش انتشار آن می‌کند. سیستم‌های پایش محیطی مبتنی بر هوش مصنوعی به طور مداوم انتشار و سایر پارامترهای محیطی را ردیابی می‌کنند و داده‌های بلادرنگ را برای اطمینان از انطباق با مقررات ارائه می‌کنند.
علاوه بر این، هوش مصنوعی می‌تواند فرآیندهای صنعتی را به‌گونه‌ای بهینه کند که میزان تولید آلاینده‌‌ها کاهش یابد. شاید این یکی از مفید‌ترین کاربردهای هوش مصنوعی در این صنعت باشد. اگر به موضوع هوش مصنوعی در حفاظت از محیط زیست علاقه‌دارید این مقاله را بخوانید.
افزایش ایمنی کارگران
حفظ ایمنی و سلامت کارگران در هر صنعتی مهمترین موضوع است. در صنعت سیمان،توجه به ایمنی کارگران با توجه به ماهیت خطرناک محیط تولید، بسیار ضروری است. هوش مصنوعی با تجزیه و تحلیل داده‌های دستگاه‌های پوشیدنی، دوربین‌ها و حسگرها برای نظارت بر شرایط کارگران و شناسایی خطرات احتمالی، ایمنی را بهبود می‌بخشد. الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند رفتارهای ناایمن را تشخیص دهند، حوادث را پیش‌بینی کنند و برای جلوگیری از تلفات و آسیب‌ها هشدار دهند.
استقبال از هوش مصنوعی برای آینده ای پایدار
صنعت سیمان صنعت بزرگ و راهبردی در جهان است. از همین رو هرگونه تغییر مثبت در این صنعت، نتایج چشمگیری به همراه خواهد داشت. بکارگیری هوش مصنوعی در این صنعت نشان می‌دهد که می‌توان هزینه تولید را کاهش داد، سیمان با کیفیت‌تری تولید کرد، در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرد و آسیب کمتری به محیط زیست وارد کرد.
همه این موارد نشان می‌دهد که با این کاربردها می‌توان به آینده صنعت سیمان امیدوار بود تا با بکارگیری این فناوری و سایر فناوری‌های تحول آفرین، زمینه را برای توسعه بهتر و ارزانتر و سالم تر زیرساختها، مسکن و … برای انسان‌‌ها به وجود آورد.
