17 Tháng Chín, 2021 | 15:15
Chia sẻ bài viết lên facebook Chia sẻ bài viết lên twitter Chia sẻ bài viết lên google+

Công nghiệp 4.0 trong bối cảnh của ngành khai thác than

Trang tin điện tử Trung tâm NC&PT hội nhập KH&CN quốc tế giới thiệu bài viết nghiên của  nhóm tác giả  Vladimir Simeunović, Snezana Pantelic,Dragan StošićSonja Dimitrijevic; Mihajlo Pupin Institute  Tại Hội nghị quốc tế về Internet ứng dụng và công nghệ thông tin – AIIT2020

Than là một trong những nhiên liệu hóa thạch cơ bản trên thế giới. Việc tiêu thụ than cao điểm toàn cầu vào giữa những năm 2020 . Dự kiến tổng lượng than tiêu thụ tuyệt đối vẫn tương đối ổn định. Đồng thời, tỷ trọng tiêu thụ than trong tổng tiêu thụ năng lượng sơ cấp sẽ giảm dần nhưng ở mức trên 50% . Ngành than không chỉ cần ứng phó với những thách thức về năng suất trong tương lai mà còn trước sức ép ngày càng tăng từ việc bảo vệ môi trường và sinh thái . Vì vậy, các đổi mới kỹ thuật số trong khai thác than ngày càng được công nhận là yếu tố then chốt cho năng suất trong tương lai , an toàn cho con người và bảo vệ môi trường . Do đó, những đổi mới như vậy có thể có tác động rộng hơn nhiều đến các cá nhân, tổ chức và thậm chí cả cộng đồng .

một số mục tiêu cuối cùng của ngành khai khoáng nói chung đối với khai thác than nói riêng, không phải là mới và liên quan đến :

  • Tính liên tục của tất cả các quá trình nhờ vào hệ thống kiểm soát quá trình theo dõi và tối ưu hóa hiệu suất
  • Thiết bị di chuyển tự động (máy móc) được điều khiển từ xa
  • Một vài người trên hoặc trên mặt đất
  • Không có dấu vết môi trường
  • Tiêu thụ năng lượng ròng bằng không
  • Môi trường làm việc an toàn và lành mạnh

Sự hội tụ ngày càng tăng của CNTT-TT, chủ yếu là internet vạn vật, và chuỗi giá trị công nghiệp đã hình thành nền tảng cho cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0 . Công nghiệp 4.0 là một thuật ngữ bao trùm kết nối các khái niệm và công nghệ có tầm quan trọng hàng đầu chủ yếu đối với sự thành công của các ngành sản xuất và chế tạo. Công nghiệp 4.0 cũng rất liên quan đến các ngành công nghiệp khai khoáng, vốn phụ thuộc nhiều vào các loại máy móc và thiết bị khác nhau. Công nghiệp 4.0 phù hợp với các mục tiêu cuối cùng của khai thác (than). Hơn nữa, nó có thể tăng thêm giá trị trong quá trình khai thác than nhờ các kết quả nghiên cứu và thực hành từ các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau và các ngành công nghiệp khác. Công nghiệp 4.0 nâng cao sự tập trung vào các công nghệ cho phép giao tiếp và điều phối các máy móc trên và dưới mặt đất. Do đó, nó có thể cải thiện khả năng hiển thị, tính liên tục và hiệu suất của các quá trình khai thác than. Nó cũng có thể dẫn đến giảm số lượng người trong vùng nguy hiểm và giảm tác động môi trường, và nói chung, giúp đáp ứng các mục tiêu khai thác. Hơn nữa, Công nghiệp 4.0 “đang thúc đẩy mức độ phù hợp của bảo trì dự báo đối với các ngành sản xuất và chế tạo” . Nhờ có Internet kết nối vạn vật(IoT), các kết nối có ý nghĩa giữa người với người, người với máy và máy với máy ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong bối cảnh bảo trì dự kiến. Để đạt được mục tiêu này, các nỗ lực nghiên cứu và đổi mới đã được đưa vào sự phát triển của các công nghệ rô bốt hóa, máy móc với các yếu tố của trí tuệ nhân tạo (AI) và hệ thống điều khiển tự động. Mục tiêu chính của nghiên cứu  là tìm ra các xu hướng nghiên cứu hiện nay về Công nghiệp 4.0 trong khai thác than. Do đó, bài nghiên cứu chọn lọc, đánh giá, phân tích, tổng kết và thảo luận về các sáng kiến và nghiên cứu đặt Công nghiệp 4.0 trong bối cảnh khai thác than một cách rõ ràng. Đặc biệt, bài báo tập trung vào các cơ hội, tác động và hạn chế của Công nghiệp 4.0 trong khai thác than như đã được thừa nhận trong các tài liệu gần đây.

CÁC KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHIỆP 4.0

Sự thay đổi mô hình từ quy trình sản xuất được kiểm soát tập trung sang phi tập trung là đặc điểm của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, đã được kích hoạt bởi khả năng ngày càng tăng của giao tiếp giữa con người, máy móc và tài nguyên . Mặc dù thực tế là Công nghiệp 4.0 là một trong những chủ đề phổ biến nhất hiện nay, nhưng vẫn chưa có định nghĩa rõ ràng về khái niệm này. Ngay cả những người thúc đẩy chính, “Nhóm công tác Industrie 4.0”  và “Nền tảng công nghiệp 4.0” , đã không đưa ra định nghĩa rõ ràng cùng với tầm nhìn, mục tiêu chính, các công nghệ cơ bản và các kịch bản được lựa chọn của ngành Công nghiệp 4,0 . Thuật ngữ này đã được biết đến rộng rãi vào năm 2011, khi một hiệp hội các đại diện từ kinh doanh, chính trị và học thuật đã tập hợp xung quanh sáng kiến “Industrie 4.0”. Mục tiêu chính của sáng kiến là hỗ trợ tăng cường khả năng cạnh tranh của ngành sản xuất Đức . Hơn nữa, chính phủ liên bang Đức đã hỗ trợ sáng kiến bằng cách đưa Công nghiệp 4.0 vào “Chiến lược Công nghệ cao 2020 cho Đức”. Ba thành phần quan trọng của Công nghiệp 4.0 theo khuyến nghị đầu tiên của “Nhóm công tác 4.0” là Internet vạn vật (IoT), Hệ thống vật lý mạng (CPS) và Nhà máy thông minh . IoT cho phép ‘những thứ được trang bị RFID, cảm biến, thiết bị truyền động và thiết bị di động tương tác với nhau và hợp tác làm việc để đạt được các mục tiêu chung . CPS là các hệ thống tích hợp các quy trình tính toán, mạng và vật lý, tức là đan xen sâu các thành phần vật lý và phần mềm tương tác với nhau theo nhiều cách thích ứng với bối cảnh . Một số ví dụ về CPS, hệ thống ô tô tự hành, hệ thống điều khiển công nghiệp, hệ thống robot và giám sát y tế . Cuối cùng, Smart Factories (nhà máy thông minh) là các hệ thống nhận biết ngữ cảnh tích hợp IoT và CPS để hỗ trợ con người và máy móc thực thi nhiệm vụ. Các Nhà máy Thông minh thực hiện các nhiệm vụ dựa trên thông tin vật lý (ví dụ: vị trí hoặc tình trạng của máy) và thế giới ảo (ví dụ: tài liệu điện tử, bản vẽ và mô hình mô phỏng) . Ngoài ba thành phần chính này, Công nghiệp 4.0 dựa trên các ý tưởng và chủ đề nghiên cứu phổ biến khác như tự động hóa, trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn và điện toán đám mây . Hơn nữa, robot, máy móc hợp tác và điều phối, hệ thống tự ra quyết định, máy giải quyết vấn đề tự động, máy học, in 3D, v.v. được kỳ vọng sẽ đóng vai trò lớn hơn nhiều trong sản xuất. Hermann, Pentek và Otto đã tìm ra bốn nguyên tắc hướng dẫn các nhà nghiên cứu và thực hành tiến tới Công nghiệp 4.0 dựa trên phân tích văn bản định lượng và đánh giá tài liệu định tính. Các nguyên tắc này là: kết nối liên thông, minh bạch thông tin, quyết định phi tập trung và hỗ trợ kỹ thuật. Dựa trên đánh giá tài liệu gần đây hơn, Oztemel và Gursev  đã xác định sáu nguyên tắc thiết kế của Công nghiệp 4.0: khả năng tương tác, ảo hóa, tài năng cục bộ, thời gian thực, định hướng dịch vụ và mô-đun. Một mặt, nghiên cứu hàn lâm đang cố gắng xác định khái niệm và phát triển các hệ thống, mô hình kinh doanh tương ứng và các phương pháp luận liên quan.

Mặt khác, ngành công nghiệp chủ yếu tập trung vào các đặc điểm của ngành 4.0 (máy công nghiệp và các sản phẩm thông minh) có thể cho phép chuyển đổi từ chế tạo máy chiếm ưu thế sang sản xuất kỹ thuật số, cũng như đối với các khách hàng tiềm năng mà những tiến bộ như thế có thể mang lại .

QUY TRÌNH VÀ MÁY MÓC KHAI THÁC THAN

Có hai hình thức khai thác than chính là khai thác than dưới lòng đất và trên bề mặt. Khai thác theo đường viền, trụ và tường dài đặc trưng cho việc khai thác than dưới lòng đất. Hơn nữa, việc mở các mỏ và các hoạt động vận chuyển bằng xe tải và xẻng đặc trưng cho việc khai thác than trên bề mặt . Trong số các máy móc thiết bị trụ cột , có các máy khai thác liên tục, máy điều khiển, hệ thống bắt vít, hệ thống vận chuyển, máy cắt trung chuyển và máy xúc lật. Máy cắt lò chợ được sử dụng trong việc khai thác các mỏ than trong khai thác mỏ tường dài. Chúng thường được sử dụng cùng với một giá đỡ mái được hỗ trợ và một băng tải cạp. Máy cắt lò chợ khai thác phần vỉa bằng cách di chuyển về phía trước trên băng tải lò chợ . Một mỏ than lộ thiên phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống đào và vận chuyển, được tạo thành từ hai bộ phận chính của máy móc: máy xúc / xẻng và xe tải. Trong khi máy xúc / xẻng đào quặng hoặc chất thải ra khỏi mặt đất, xe tải sẽ vận chuyển nó đến điểm chuyên dụng . Băng tải trên bộ hoặc trên không tầm xa là một giải pháp thay thế cho vận chuyển ngoài mỏ. Ngoài ra, nhiều hoạt động phụ trợ được thực hiện (đào phụ, di dời băng tải, vận chuyển công nhân, …) nhằm cung cấp cho hoạt động khai thác than cơ bản không bị gián đoạn. Để đạt được mục đích này, các máy móc như máy ủi, máy đào rãnh, lớp ống, v.v. cũng được sử dụng. Làm việc trong các mỏ than, đặc biệt là trong các mỏ hầm lò, vô cùng khó khăn và nguy hiểm vì môi trường phức tạp và khó lường. Nhiều nguy cơ tự nhiên và kỹ thuật như vỡ tường, va chạm phương tiện (khai thác than trên bề mặt), khí nguy hiểm như mêtan, nhiệt độ cao, tiếng ồn, nguy cơ phóng đá, v.v. (khai thác than hầm lò), vốn có trong quá trình khai thác than. . Ngoài ra, khai thác than có tác động rất tiêu cực đến môi trường (ví dụ, biến dạng bề mặt, sản xuất và lưu trữ chất thải và chất thải, thay đổi thủy văn, ô nhiễm nước và không khí), gây hậu quả đối với cơ sở hạ tầng nằm trên bề mặt. Theo đó, một số hoạt động tại các mỏ than được tập trung vào việc giảm thiểu các mối nguy có thể xảy ra. Mô hình Công nghiệp 4.0 phù hợp với nỗ lực ngày càng tăng trong khai thác than để cải thiện hiệu quả năng lượng bằng cách giảm cả chi phí hoạt động khai thác và tác động môi trường của chúng. Để có thể làm được như vậy, các quy trình khai thác hiện tại được hỗ trợ bởi hệ thống khai thác hiện đại, máy móc và thiết bị cần được xem xét thận trọng.

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHIỆP 4.0 TRONG KHAI THÁC THAN

Các sáng kiến nghiên cứu được đánh giá đã được phân loại thành:

  • các sáng kiến nghiên cứu với trọng tâm rộng và
  • các sáng kiến nghiên cứu với trọng tâm hẹp

Vì vậy, kết quả đánh giá đã được trình bày trong các tiểu mục sau theo các hạng mục đã cho.

  1. Các sáng kiến nghiên cứu với trọng tâm rộng

Hầu hết các sáng kiến nghiên cứu và nghiên cứu đã được xem xét trong bài báo nghiên cứu này đều có trọng tâm nghiên cứu khá rộng. Điều này có nghĩa là họ đã giải quyết các cơ hội khác nhau của Công nghiệp 4.0 trong khai thác than. Văn bản sau đây tóm tắt các sáng kiến và nghiên cứu quan trọng nhất có liên quan đến chủ đề của bài báo. Các nhà nghiên cứu của Viện Quốc gia Hoa Kỳ về An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp (NIOSH) đã xem xét các cảm biến và hệ thống mạng truyền thông hiện có được sử dụng trong Các mỏ than dưới lòng đất của Hoa Kỳ để tìm hiểu xem chúng có khả năng hỗ trợ Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) hay không . Các tác giả đã đánh đồng thuật ngữ IIoT với thuật ngữ Công nghiệp 4.0. Kết quả cho thấy “khoảng 40% hệ thống liên lạc sau tai nạn được cài đặt tính đến năm 2014 yêu cầu tối thiểu hoặc không cần sửa đổi để hỗ trợ các ứng dụng IIoT” . Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu tính khả thi để điều tra một ứng dụng IoT cụ thể dựa trên cơ sở hạ tầng truyền thông và theo dõi hiện có. Học viện Kỹ thuật Trung Quốc đã khởi xướng ‘‘ Cuộc cách mạng kỹ thuật trong khai thác và sử dụng than sinh thái và hiệu quả & trí tuệ và sự phối hợp đa dạng của hệ thống năng lượng dựa trên than ”. Nó đã xác định ba giai đoạn (3.0, 4.0 và 5.0) trong chiến lược phát triển ngành than của Trung Quốc. Các mục tiêu chính sau đây của Công nghiệp Than Trung Quốc lần lượt là 3.0, 4.0 và 5.0 đã được chỉ ra:

  • ‘‘ giảm nhân viên, thiệt hại sinh thái cực thấp và mức phát thải gần bằng khí tự nhiên ”vào năm 2025
  • ‘‘ khai thác gần như không người và phát thải gần bằng không ”vào năm 2035.
  • ‘‘ không có than trên mặt đất, không có nhân viên dưới lòng đất, không phát thải và không thiệt hại ”

Wang, Xu và Ren đã phân tích các xu hướng phát triển của Công nghiệp Than Trung Quốc 3.0 và sự hỗ trợ của nó cho các giai đoạn 4.0 và 5.0. Họ đã kết luận rằng giai đoạn hiện tại là rất quan trọng để chuyển đổi từ “chức năng” sang “hình thức chất lượng” mà giai đoạn sau sẽ mang lại. Palka và Rizaoğlu đã đề xuất khái niệm về mỏ 4.0, tức là, việc sử dụng các khái niệm và công nghệ của Công nghiệp 4.0 trong khai thác than cứng dưới lòng đất. Đối với mỗi khái niệm / công nghệ, họ đã xác định lĩnh vực ứng dụng, cũng như những ưu điểm và nhược điểm chính. Ví dụ, các tác giả đã khuyến nghị sử dụng :

  • máy tự động trong các lĩnh vực ứng dụng như khai thác than, bảo vệ mái che bãi, nghiền đá, vận chuyển xỉ, và an toàn nói chung;
  • dữ liệu lớn trong các lĩnh vực như thông số vận hành máy và thiết bị, dữ liệu mức khai thác, dữ liệu vận tải và chế biến than;
  • đồng hồ đo khí tự động trong các lĩnh vực như bảo mật và thu thập dữ liệu;
  • chip xác định nhân viên để giám sát nhân viên;
  • phần mềm mô hình sáng tạo cho mô hình đặt cọc ảo;
  • Hệ thống GIS để lập bản đồ kỹ thuật số của một công ty khai mỏ;
  • thực tế tăng cường trong các lĩnh vực như đào tạo tại nơi làm việc, đào tạo nghề, dịch vụ và bảo trì máy móc, bảo trì;
  • Vân vân.
  • Mô hình 4.0 Khai thác Than
  •  Ảnh: Áp dụng công nghệ 4.0 trong khai thác than ( ảnh do tác giả bài báo cung cấp)

Trong số những ưu điểm chung nhất của mỏ 4.0, Palka và Rizaoğlu đã xác định việc cải thiện hiệu quả công việc, an toàn và tích hợp các bộ phận của công ty khai thác. Trong số những nhược điểm lặp đi lặp lại nhiều nhất, có chi phí cao, hạn chế của môi trường khai thác và nhu cầu về đội ngũ nhân viên có trình độ. Sankaranarayanan và cộng sự đã phân tích ảnh hưởng của các nguyên tắc và công nghệ của Công nghiệp 4.0 đối với các ngành công nghiệp than khi xem xét tám yếu tố quan trọng:

 tiêu dùng, tài nguyên nước, giao thông thông minh, nhà máy thông minh, lưới điện thông minh, khai thác thông minh, nhà thông minh và năng lượng tái tạo. Phương pháp tổng thể mô hình cấu trúc diễn giải (TISM) đã được sử dụng trong phân tích. Mô hình đã cho thấy rõ ràng ảnh hưởng của ngành Các nguyên tắc và công nghệ 4.0 đối với ngành công nghiệp khai thác than. Nepsha và cộng sự đã thảo luận về các vấn đề chính trong việc tăng hiệu suất của hệ thống điện phụ thuộc vào than (EPS). Các vấn đề đã được phân loại thành:

  • các vấn đề có thể được giải quyết ở giai đoạn thiết kế, và
  • các vấn đề có thể được giải quyết ở giai đoạn vận hành. Các tác giả đã đề xuất phát triển một EPS thông minh dựa trên các công nghệ hiện đại như IoT (Internet of Things) và dữ liệu lớn.

Về quan điểm, nó sẽ liên quan đến một hệ thống vật lý mạng thống nhất đảm bảo quản lý hợp lý EPS phụ thuộc vào than. Các tác giả coi một giải pháp như vậy là một sự mở đầu cho việc thực hiện khái niệm “Công nghiệp 4.0”, tầm quan trọng của nó đã được công nhận trong ngành công nghiệp than của Nga . Samorodova và cộng sự đã phân tích các vấn đề liên quan đến sự phát triển của hệ sinh thái kỹ thuật số trong khu vực khai thác than Kuzbas ở Nga trong khuôn khổ Công nghiệp 4.0. Các tác giả nhận thấy rằng sự hình thành của hệ sinh thái kỹ thuật số và việc sử dụng internet kết nối vạn vật là những yếu tố then chốt của giai đoạn mới trong quá trình tái cơ cấu ngành khai khoáng. Họ tin rằng Nga đã có được kinh nghiệm tích cực thông qua các dự án “mỏ thông minh” và “mỏ lộ thiên trí tuệ” ở các mỏ Kuzbass và việc cắt giảm than. Kinh nghiệm này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi sang hệ sinh thái kỹ thuật số trong khu vực. Pałaka và cộng sự đã tiến hành một cuộc khảo sát giữa các nhóm công nhân khai thác than dưới lòng đất ở Ba Lan: thợ cơ khí, thợ điện và thợ mỏ. Cuộc khảo sát nói về sự phát triển của các công nghệ mới để khai thác than hầm lò bắt đầu từ quan điểm Công nghiệp 4.0. Dựa trên kết quả của cuộc khảo sát, các tác giả đã thảo luận về một số cơ hội phát sinh từ sự ra đời của Công nghiệp 4.0 trong khai thác than hầm lò để cải thiện độ an toàn và tăng sản lượng than. Một số cơ hội trong số này là sự ra đời của các máy tự động và hệ thống thông minh, bảo trì dự đoán và tự động hóa. Hao, et al đã xem xét và phân tích các nghiên cứu về kiểm soát mặt đất thông minh trong khai thác than với việc ứng dụng IoT trong bối cảnh Công nghiệp 4.0. Họ đã phát hiện ra rằng chủ đề này chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng. Hơn nữa, họ đã đề xuất một kiến trúc điều khiển mặt đất dựa trên IoT, bao gồm lớp nhận thức, giao tiếp, dịch vụ và tương tác. Kiểm soát mặt đất giải quyết vấn đề ổn định mặt đất và các rủi ro như độ ổn định của cột trụ, chất lượng hỗ trợ bu lông đá, đổ mái , biến dạng mặt đào, v.v. Hao, et al. đã kết luận rằng các khái niệm chính của Công nghiệp 4.0 có thể giúp tiếp cận kiểm soát mặt đất với một số hiểu biết mới. Mặc dù không đặc biệt tập trung vào khai thác than, Lööw, Abrahamsson và Johansson đã hình thành khái niệm Khai thác 4.0. Họ đã cố gắng hình dung tương lai của khai thác và minh họa nhiều kết quả có thể xảy ra bằng cách đưa ra hai kịch bản: một không tưởng và một viễn tưởng.

  1. Các sáng kiến nghiên cứu thu hẹp trọng tâm

Một số nghiên cứu nghiên cứu được đánh giá có trọng tâm nghiên cứu khá hẹp. Tuy nhiên, kết quả của họ đã được định vị trong khái niệm Công nghiệp 4.0 rộng lớn. Bắt đầu từ các mục tiêu của Công nghiệp 4.0, Rylnikova, Radchenko và Klebanov đã đề xuất một cách tiếp cận để kiểm soát máy móc thông minh và tự động có xem xét đến rủi ro an toàn và sự cần thiết đối với sự hiện diện của con người. Các khu vực sau đây đã được xác định dựa trên tính chu kỳ của sự hiện diện của con người:

  • các khu vực sản xuất miễn vào,
  • các khu vực có sự hiện diện của con người định kỳ do thực hiện các hoạt động khai thác chính hoặc phụ trợ,

  • các khu vực có sự hiện diện của con người thường xuyên. Họ đã phân tích và thảo luận về những cải tiến trong tương lai của máy móc hoạt động trong từng khu vực. Hoosain và cộng sự đã đề xuất một kỹ thuật thông minh để hỗ trợ điều khiển các phương tiện con thoi, đã được sử dụng trong khai thác mỏ giáp ranh và trụ cột. Chuyển động của xe đưa đón đã được mô hình hóa dựa trên việc xếp hàng, ràng buộc đường đi và đường đi ngắn nhất. Để đạt được mục đích này, các thuật toán tối ưu hóa sau đã được sử dụng: Thuật toán đường đi ngắn nhất Dijkstra, thuật toán đường đi ngắn nhất K và mô phỏng sự kiện rời rạc. Hơn nữa, sáng kiến nghiên cứu này đã cung cấp giao diện người dùng đồ họa (GUI) để hỗ trợ các nhà khai thác. Mardonova và Choi đã xem xét các xu hướng của công nghệ mã nguồn mở cho ngành khai thác mỏ. Trên cơ sở đó, họ đã đề xuất một hệ thống quan trắc môi trường chi phí thấp cho các mỏ hầm lò phi kim loại nhằm hỗ trợ các vấn đề về an toàn mỏ và sức khỏe nghề nghiệp. Kết quả của các thí nghiệm hiện trường đã chỉ ra rằng mặc dù có một số hạn chế liên quan đến độ chính xác của cảm biến bụi và khí chi phí thấp, ngành khai thác mỏ (bao gồm cả khai thác than) có thể hưởng lợi từ việc triển khai công nghệ nguồn mở khi tính đến các yếu tố chi phí. Evsutin và Meshcheryakov đã thảo luận về khả năng tăng hiệu quả của các doanh nghiệp khai thác (bao gồm cả khai thác than) với chi phí phát triển không gian thông tin chung. Để giải quyết các vấn đề bảo mật ở cấp độ luồng dữ liệu giữa các bên tham gia quá trình sản xuất, các tác giả đã đề xuất một cách tiếp cận dựa trên công nghệ blockchain và kỹ thuật số watermarking.
  •  KẾT LUẬN

Công nghiệp 4.0 đặt trọng tâm không tách rời vào năng suất, an toàn, bảo vệ sinh thái và môi trường. Do đó, khai thác than là một lĩnh vực đặc biệt thách thức đối với Công nghiệp 4.0. Tuy nhiên, các nguyên tắc của Công nghiệp 4.0, công nghệ và kinh nghiệm từ các ngành và lĩnh vực nghiên cứu khác nhau cũng có thể rất có lợi trong việc khai thác than. Nghiên cứu tập trung rõ ràng vào Công nghiệp 4.0 trong bối cảnh khai thác than vẫn còn khan hiếm. Hầu hết các sáng kiến và nghiên cứu đã được đánh giá là từ năm 2019 và 2020, có lợi cho tính mới của chủ đề và tầm quan trọng ngày càng tăng của nó. Trong khi các nền kinh tế hàng đầu như Đức và Trung Quốc đã phát triển các chiến lược dài hạn có tầm quan trọng hàng đầu cho cả ngành công nghiệp và nghiên cứu, thì các sáng kiến về Công nghiệp 4.0 ở các nền kinh tế kém phát triển hơn hầu hết là kết quả của những nỗ lực cá nhân. Nhiều cơ hội của Công nghiệp 4.0 đã được ghi nhận trong các bài báo được đánh giá. Trước hết, IoT và CPS thường được coi là cơ sở cho việc ứng dụng nhiều khái niệm và công nghệ khác như: tự động hóa, hệ thống thông minh, dữ liệu lớn và điện toán đám mây. Các sáng kiến và nghiên cứu được đánh giá chủ yếu đề cập đến tác động của Công nghiệp 4.0 đối với năng suất và / hoặc an toàn khai thác than. Tác động kép của một số khái niệm và công nghệ của Công nghiệp 4.0, tức là tác động của chúng lên cả năng suất và an toàn, đã được công nhận. Ví dụ, dữ liệu lớn có thể được sử dụng không chỉ để theo dõi và dự đoán các thông số hoạt động của máy móc trong thời gian thực mà còn để theo dõi và dự đoán các rủi ro an toàn như nguy cơ đá văng hoặc sự xuất hiện của khí độc hại. Tương tự như vậy, việc sử dụng các máy tự động để khai thác than và vận chuyển đất sẽ ảnh hưởng tích cực đến cả năng suất và sự an toàn bằng cách giảm thiểu sự hiện diện của con người trên hoặc trên mặt đất. Tuy nhiên, tác động của Công nghiệp 4.0 đối với bảo vệ môi trường và sinh thái trong ngành than hầu như chỉ được đề cập trong bối cảnh nền tảng hoặc bị bỏ qua trong các sáng kiến và nghiên cứu đã được xem xét. Thực tế là mong đợi rằng các nghiên cứu trong tương lai sẽ giải quyết chủ đề này ở một mức độ lớn hơn nhiều. Để đạt được mục tiêu này, các nghiên cứu trong tương lai có thể điều tra và đề xuất các phương pháp tiếp cận cụ thể liên quan đến:

  • việc sử dụng IoT và CPS để thu thập dữ liệu liên quan đến sinh thái như khí thải, ô nhiễm nước và không khí, dữ liệu khí tượng thủy văn địa phương, v.v.;
  • việc sử dụng dữ liệu lớn, GIS và các ứng dụng phần mềm dễ truy cập với trực quan hóa dữ liệu hiện đại để theo dõi dữ liệu liên quan đến sinh thái trong thời gian thực;
  • việc sử dụng AI để dự đoán và giảm thiểu các rủi ro sinh thái có thể phòng tránh được (ví dụ, rò rỉ chất thải, xói mòn, ô nhiễm đất, nước ngầm và / hoặc nước bề mặt, v.v.);
  • việc sử dụng AI và mô phỏng để tìm ra giải pháp thiết kế thân thiện với môi trường nhất;
  • sử dụng công nghệ xanh để hạn chế hoặc đảo ngược các tác động của hoạt động khai thác than;
  • Vân vân.

Các bài báo được đánh giá thường có trọng tâm nghiên cứu rộng, tức là đề cập đến khái niệm rộng rãi về Công nghiệp 4.0 và các cơ hội của nó trong bối cảnh khai thác than. Ngoài ra, Một số tham luận được đánh giá thừa nhận những hạn chế trong việc tiếp cận các cơ hội của Công nghiệp 4.0, nhìn chung là chi phí cao, hạn chế của môi trường khai thác và nhu cầu về đội ngũ cán bộ có trình độ. Tuy nhiên, các nghiên cứu nghiên cứu với trọng tâm nghiên cứu khá hẹp (ví dụ: cách tiếp cận để điều khiển máy móc tự động và thông minh, hệ thống giám sát môi trường chi phí thấp), nếu được xem xét từ góc độ rộng rãi của Công nghiệp 4.0, có thể đóng góp đáng kể vào việc tiến gần hơn đến việc đạt được một số mục tiêu khai thác than cuối cùng (ví dụ: tính liên tục của tất cả các quy trình, máy móc di chuyển tự động). Đồng thời, các giải pháp sáng tạo, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ có thể giúp khắc phục ít nhất một số hạn chế. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các nền kinh tế không có khả năng đầu tư đáng kể vào Công nghiệp 4.0. Xem xét các mục tiêu, khái niệm / công nghệ và kết quả của Công nghiệp 4.0 từ các ngành khác nhau, các nghiên cứu trong tương lai với trọng tâm nghiên cứu khá hẹp có thể điều tra và đề xuất:

  • các thuật toán AI mới hoặc cải tiến cho máy móc và hệ thống robot di chuyển tự động, bảo trì dự đoán, xác định và dự đoán các mối nguy an toàn, v.v.;
  • cải tiến trong thiết kế của máy móc di chuyển tự động (ví dụ, bộ phận xử lý cảm biến, bộ phận nhận dạng đối tượng, v.v.);
  • cải tiến trong thiết kế của trợ lý cá nhân thông minh để giao tiếp với máy móc;
  • cải tiến trong thiết kế hoặc ứng dụng công nghệ tăng cường và công nghệ đeo được để sử dụng trong môi trường làm việc và đào tạo của thợ mỏ;

Các sáng kiến nghiên cứu được đánh giá thường đề cập đến Công nghiệp 4.0 trong khai thác than ở cấp quốc gia hoặc địa phương. Không có nghiên cứu nào đề cập đến Công nghiệp 4.0 trong khai thác than ở cấp độ siêu quốc gia. Ví dụ, một nghiên cứu so sánh điều tra các khả năng cơ bản và sự chuẩn bị sẵn sàng của các ngành công nghiệp than ở các nền kinh tế khác nhau cho Công nghiệp 4.0 sẽ có giá trị. Trên cơ sở đó, việc phân tích và so sánh toàn diện các chiến lược Công nghiệp 4.0 đã được hình dung hoặc triển vọng sẽ đóng góp đáng kể vào tổng thể kiến thức và thực tiễn trong lĩnh vực nhất định.

Nguồn: Trung tâm NC&PT hội nhập KH&CN quốc tế tổng hợp, liên kết  nguồn tin và dịch tại https://www.researchgate.net/publication/347078744_Industry_40_in_the_Context_of_Coal_Mining