王飛躍：無人礦山機械前景廣闊
發布時間：2020-07-22 16:07:06
有趣的是，智慧礦山的重要環節——無人礦山機械（礦用自卸車、挖掘機械等），其工程靈感是從人類的外星探測計劃中得到的啟發。
有趣的是，智慧礦山的重要環節——無人礦山機械（礦用自卸車、挖掘機械等），其工程靈感是從人類的外星探測計劃中得到的啟發。
1988年，王飛躍教授（現任中國科學院自動化研究所研究員、復雜系統管理與控制國家重點實驗室主任）供職于美國國家航空航天局（NASA）RPI空間探索智能機器人系統中心，負責設計研制用于空間站及月球和火星資源探測的智能機器人設備。
“外星表面的環境十分復雜，很多地方是沒有背景數據的‘未知區域’，因此外星探測車不僅需要實現采掘、篩選、運輸、回收的自動化，還必須擁有路徑規劃、避障、應急反應等智能。”王飛躍告訴《財經》記者。
在一次月球/火星挖礦會議報告后，美國工程機械巨頭卡特彼勒（NYSE:CAT）找到王飛躍，表示對他負責研發的自主采礦技術很感興趣，希望能夠將這項技術從天上拉回地面，用于無人露天采礦的場景實現。
“月球和火星表面與地上的很多礦山很類似，都是茫茫一片荒野，地形起起伏伏，技術上可以打通。”經過多年探索，王飛躍為卡特彼勒開發了全球第一個露天采礦的無人挖掘方案，并于1998年主持編寫了全球第一本關于礦區無人采掘與運輸的專著，成為該領域“元老級“人物。
2011年，卡特彼勒的無人礦車正式投入商業運營，目前已在全球投產200多臺。通過向礦山方和設計院派駐員工，為其提供解決方案、技術培訓等長期服務機制。另一大無人礦車制造商小松于2005年在智利的銅礦開始無人運輸系統的試驗，通過改裝既有車型，于2008年1月實現商業化。
“礦山是無人駕駛技術落地的最理想場景。”王飛躍認為，無人駕駛技術要想實現上路，不可能拿人命做試驗，而礦山大多處于人煙稀少、外部干擾較低、安全性相對可控的地方，這種封閉環境給了無人駕駛技術率先落地的機會。
目前，卡特彼勒和小松已占據全球最主要的無人礦車市場，得到了必和必拓、力拓、FMG等澳大利亞礦業巨頭的認可，其中FMG已裝備100多臺無人礦車，力拓在皮爾巴拉的4個礦山也裝備了70余臺。
在西澳的礦山里走一走，就能深刻體會到礦山工作的不易。烈日炙烤著大地，礦車揚起的粉塵遮天蔽日，不僅存在安全隱患，也不斷推升著人力成本。王飛躍介紹，礦工在澳洲是個非常高薪的職業，因為礦山距城市十分遙遠，工人們上下工都需要乘飛機，礦山無人化成為澳礦巨頭們謀求數字化轉型的重要發力點。
作為全球最大的鐵礦石供應商之一，必和必拓（NYSE:BHP）早在十年前就開始引入無人礦車設備。必和必拓首席技術官Diane Jurgens向《財經》記者介紹，在金布巴礦山，無人礦車使重載礦車的安全事故率降低80%，激光技術可以確保每輛礦車接近最大載重，迄今共計增載鐵礦石240萬噸；而引入機器學習算法的自動化鐵路運輸網調度系統，讓礦車的裝卸量每年額外提升1萬車。
從幾臺礦車向幾百臺礦車的跨越，不僅僅是數量的增多，更意味著無人系統的管理、調度和決策能力的提升。隨著近年來物聯網、大數據、AI等新技術不斷成熟，越來越多的智慧化作業場景得到落地。據Diane Jurgens稱，目前必和必拓在皮爾巴拉搭建起了貫穿整個鐵礦石生產線的物聯網系統，實現從采礦、選礦到火車運輸至港口的實時高度整合和無人化。
“開發一個產品通常需要10年時間，現在依靠新技術的支持可以大大加快這一過程。”必和必拓金布巴礦山總經理Rod Ballinger向《財經》記者介紹，例如以往的礦山生產調度時間表純靠手動收集信息來完成，我們創新團隊開發了“實時礦山調度系統”，不僅簡化了生產調度流程，而且能夠為決策方實時提供關鍵信息，提高了礦卡和挖掘機的利用率。
又如，借助聲音識別技術開發的“聲音監測系統”，可檢測出傳送帶等旋轉設備的異常，及時發出警報。“這些數據蘊含著巨大的價值，能夠幫助我們預測故障發生的時間、故障類型和具體位置，制定相應的維護計劃。”
“我們并非為技術而技術，我們重視科技是因為它可以帶來價值。”Rod Ballinger強調，盡管我們無法精確預估礦業未來的走向，但可以確定，新數字技術將讓未來充滿可能。
在國內，隨著通信基礎設施的完善疊加大數據、云計算、AI等新數字技術熱潮，政府陸續頒布鼓勵礦山無人化、智慧化建設的發展規劃。在資本、政策、技術的多重利好下，國內各大工程機械制造商紛紛搶灘無人礦車領域，業內稱2019年為中國無人礦車的商用元年。
2019年10月，徐工機械（000425.SZ）稱其露天礦山無人駕駛運輸系統示范工程首批無人裝備，在中國黃金集團完成裝配。北方股份（600262.SH）也于2019年初推出型號名為NTE120AT的無人駕駛電動輪礦車，載重110噸，并完成試運行。中國重汽和陜西同力重工等也于2019年10月加入無人礦車業務布局。
但是，相較于卡特彼勒和小松，國內尚無能做到礦山機械品類全覆蓋的廠家，礦山往往采購不同廠家的設備，各自標準的差別大、組網難，設備狀態不一，缺乏統一的集中管理平臺。
這一痛點讓很多科技創業公司嗅到商機，相繼涌現出慧拓、踏歌智行、易控智駕、拓疆者等智慧礦山解決方案提供商，其中有的已完成測試，走入商業運營。
目前創業玩家的商業模式主要有三種：一是做礦車前裝，為車企提供無人化的原始設備；二是與運輸車隊合作，將已有的卡車進行改造，即后裝；三是與礦山和設備商合作，在運輸方面取得技術分成。
技術上，盡管礦山沒有建筑、植被、紅綠燈和人來車往，是實現無人駕駛落地的理想場景，但實際上礦山也有自己的困難，如環境感知困難、數據獲取難度大；無通用高清地圖、大型器械難以精準控制等。
慧拓CEO陳龍向《財經》記者介紹，為了克服上述困難，慧拓通過在礦車上加裝毫米波雷達和激光雷達，以適應礦區高揚塵環境；利用高精慣導與激光SLAM融合定位，結合視覺融合，獲取礦區負責路況環境和車輛精準位置；通過在礦區搭建私有云平臺，實現數據的實時上傳，利用云端的AI技術指導復雜工況下的決策。
為此，慧拓研發了國內首個智慧礦山無人化整體解決方案“愚公系統”，涵蓋云端智能調度與管理、礦車無人駕駛、挖機協同作業管理、無人運輸仿真、遠程駕駛和V2X車路協同感知6個子系統，于2019年在大唐國際寶利煤礦率先實現商業化，并在國家能源集團、中國黃金、中煤集團、江銅集團等各行業礦山迅速落地。
“無人礦車只是第一步，全局的無人化和智慧化才是最終的目標。”陳龍介紹，“目前國內露天礦山存量礦車改裝和運營可達六七千億的市場規模，再加上一帶一路、非洲、南美等地，放大效應將更加可觀。更重要的是，我們在井工礦山無人化方面已經著手布局，未來的智慧礦山，一定是露天+井工全產業鏈的綜合體現。試想一下，當你關上礦山的大門，作業現場只有機械的轟鳴聲，人們可以在安全、舒適的環境中工作，我們就可以說：用最先進的技術，改變最古老的行業。”
來源：科學網
