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无人矿山机械前景广阔

已有 849 次阅读 2020-6-28 10:55 |系统分类:观点评述

 无人矿山机械前景广阔

 

有趣的是,智慧矿山的重要环节——无人矿山机械(矿用自卸车、挖掘机械等),其工程灵感是从人类的外星探测计划中得到的启发。


1988年,王飞跃教授(现任中国科学院自动化研究所研究员、复杂系统管理与控制国家重点实验室主任)供职于美国国家航空航天局(NASARPI空间探索智能机器人系统中心,负责设计研制用于空间站及月球和火星资源探测的智能机器人设备。


外星表面的环境十分复杂,很多地方是没有背景数据的未知区域,因此外星探测车不仅需要实现采掘、筛选、运输、回收的自动化,还必须拥有路径规划、避障、应急反应等智能。王飞跃告诉《财经》记者。


在一次月球/火星挖矿会议报告后,美国工程机械巨头卡特彼勒(NYSE:CAT)找到王飞跃,表示对他负责研发的自主采矿技术很感兴趣,希望能够将这项技术从天上拉回地面,用于无人露天采矿的场景实现。


月球和火星表面与地上的很多矿山很类似,都是茫茫一片荒野,地形起起伏伏,技术上可以打通。经过多年探索,王飞跃为卡特彼勒开发了全球第一个露天采矿的无人挖掘方案,并于1998年主持编写了全球第一本关于矿区无人采掘与运输的专著,成为该领域元老级人物。


2011年,卡特彼勒的无人矿车正式投入商业运营,目前已在全球投产200多台。通过向矿山方和设计院派驻员工,为其提供解决方案、技术培训等长期服务机制。另一大无人矿车制造商小松于2005年在智利的铜矿开始无人运输系统的试验,通过改装既有车型,于20081月实现商业化。


矿山是无人驾驶技术落地的最理想场景。王飞跃认为,无人驾驶技术要想实现上路,不可能拿人命做试验,而矿山大多处于人烟稀少、外部干扰较低、安全性相对可控的地方,这种封闭环境给了无人驾驶技术率先落地的机会。


目前,卡特彼勒和小松已占据全球最主要的无人矿车市场,得到了必和必拓、力拓、FMG等澳大利亚矿业巨头的认可,其中FMG已装备100多台无人矿车,力拓在皮尔巴拉的4个矿山也装备了70余台。


在西澳的矿山里走一走,就能深刻体会到矿山工作的不易。烈日炙烤着大地,矿车扬起的粉尘遮天蔽日,不仅存在安全隐患,也不断推升着人力成本。王飞跃介绍,矿工在澳洲是个非常高薪的职业,因为矿山距城市十分遥远,工人们上下工都需要乘飞机,矿山无人化成为澳矿巨头们谋求数字化转型的重要发力点。


作为全球最大的铁矿石供应商之一,必和必拓(NYSE:BHP)早在十年前就开始引入无人矿车设备。必和必拓首席技术官Diane Jurgens向《财经》记者介绍,在金布巴矿山,无人矿车使重载矿车的安全事故率降低80%,激光技术可以确保每辆矿车接近最大载重,迄今共计增载铁矿石240万吨;而引入机器学习算法的自动化铁路运输网调度系统,让矿车的装卸量每年额外提升1万车。


从几台矿车向几百台矿车的跨越,不仅仅是数量的增多,更意味着无人系统的管理、调度和决策能力的提升。随着近年来物联网、大数据、AI等新技术不断成熟,越来越多的智慧化作业场景得到落地。据Diane Jurgens称,目前必和必拓在皮尔巴拉搭建起了贯穿整个铁矿石生产线的物联网系统,实现从采矿、选矿到火车运输至港口的实时高度整合和无人化


开发一个产品通常需要10年时间,现在依靠新技术的支持可以大大加快这一过程。必和必拓金布巴矿山总经理Rod Ballinger向《财经》记者介绍,例如以往的矿山生产调度时间表纯靠手动收集信息来完成,我们创新团队开发了实时矿山调度系统,不仅简化了生产调度流程,而且能够为决策方实时提供关键信息,提高了矿卡和挖掘机的利用率。


又如,借助声音识别技术开发的声音监测系统,可检测出传送带等旋转设备的异常,及时发出警报。这些数据蕴含着巨大的价值,能够帮助我们预测故障发生的时间、故障类型和具体位置,制定相应的维护计划。


我们并非为技术而技术,我们重视科技是因为它可以带来价值。Rod Ballinger强调,尽管我们无法精确预估矿业未来的走向,但可以确定,新数字技术将让未来充满可能。


在国内,随着通信基础设施的完善叠加大数据、云计算、AI等新数字技术热潮,政府陆续颁布鼓励矿山无人化、智慧化建设的发展规划。在资本、政策、技术的多重利好下,国内各大工程机械制造商纷纷抢滩无人矿车领域,业内称2019年为中国无人矿车的商用元年。


201910月,徐工机械(000425.SZ)称其露天矿山无人驾驶运输系统示范工程首批无人装备,在中国黄金集团完成装配。北方股份(600262.SH)也于2019年初推出型号名为NTE120AT无人驾驶电动轮矿车,载重110吨,并完成试运行。中国重汽和陕西同力重工等也于201910月加入无人矿车业务布局。


但是,相较于卡特彼勒和小松,国内尚无能做到矿山机械品类全覆盖的厂家,矿山往往采购不同厂家的设备,各自标准的差别大、组网难,设备状态不一,缺乏统一的集中管理平台。


这一痛点让很多科技创业公司嗅到商机,相继涌现出慧拓、踏歌智行、易控智驾、拓疆者等智慧矿山解决方案提供商,其中有的已完成测试,走入商业运营。


目前创业玩家的商业模式主要有三种:一是做矿车前装,为车企提供无人化的原始设备;二是与运输车队合作,将已有的卡车进行改造,即后装;三是与矿山和设备商合作,在运输方面取得技术分成。


技术上,尽管矿山没有建筑、植被、红绿灯和人来车往,是实现无人驾驶落地的理想场景,但实际上矿山也有自己的困难,如环境感知困难、数据获取难度大;无通用高清地图、大型器械难以精准控制等。


慧拓CEO陈龙向《财经》记者介绍,为了克服上述困难,慧拓通过在矿车上加装毫米波雷达和激光雷达,以适应矿区高扬尘环境;利用高精惯导与激光SLAM融合定位,结合视觉融合,获取矿区负责路况环境和车辆精准位置;通过在矿区搭建私有云平台,实现数据的实时上传,利用云端的AI技术指导复杂工况下的决策。


为此,慧拓研发了国内首个智慧矿山无人化整体解决方案愚公系统,涵盖云端智能调度与管理、矿车无人驾驶、挖机协同作业管理、无人运输仿真、远程驾驶和V2X车路协同感知6个子系统,于2019年在大唐国际宝利煤矿率先实现商业化,并在国家能源集团、中国黄金、中煤集团、江铜集团等各行业矿山迅速落地。


无人矿车只是第一步,全局的无人化和智慧化才是最终的目标。陈龙介绍,目前国内露天矿山存量矿车改装和运营可达六七千亿的市场规模,再加上一带一路、非洲、南美等地,放大效应将更加可观。更重要的是,我们在井工矿山无人化方面已经着手布局,未来的智慧矿山,一定是露天+井工全产业链的综合体现。试想一下,当你关上矿山的大门,作业现场只有机械的轰鸣声,人们可以在安全、舒适的环境中工作,我们就可以说:用最先进的技术,改变最古老的行业。

 

本文根据2020年6月10日《财经》杂志记者采访王飞跃教授内容整理而成。

 



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1 杨正瓴

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