无人矿山走进现实 中国智能制造正在开启新赛道

 行业动态     |      2019-07-15 15:36

  2019年是中国露天矿山无人化的元年,在未来三年内,中国智慧矿山会大规模落地,慧拓作为一家靠科技创新驱动的中科院系企业,将勇做新时代科技创新的排头兵,为国家制造业转型升级做出贡献。

  9月17日下午,内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗大唐集团宝利煤矿(以下简称“宝利煤矿”),海拔1420米,一辆编号为“567”的黄色矿山卡车,装载着40吨煤,从远方缓缓驶来,扬起一阵呛人的尘土。挖煤、运输、卸载空气中弥漫着矿山特有的粉尘、噪音。和人们常见的大型矿车不同,红星新▲●…△闻记者发现,“567”矿车上没有驾驶员。

  也是这一天的下午,习总书记正在郑州煤矿机械集团股份有限公司(以下简称“郑煤机”)考察调研。他强调,要坚定推进产业转型升级,加强自主创新,发展高端制造、智能制造,把我国制造业和实体经济搞上去。

  近年来无人驾驶在科技圈炙手可热,并让谷歌、百度、特斯拉等全世界优秀科技公司趋之若鹜。然而时至今日,因种种复杂的场景、驾驶条件所限,真正的大规模运用仍难以落地。

  但在大型矿山,这一切正在改变——连司机都不用,科幻作品中的无人矿山已经走进了现实。

  正临雨季的鄂尔多斯零零星星下了几天的雨,北方高原的风刮起来以后,记者和同行的人都不自觉地捂住口鼻,以免风尘进入肺中。

  作为年产100多万吨的大型煤矿,宝利煤矿方圆7.7平方公里,站在半山腰向远处望去,视野所及是一片已经剥离泥土层的厚厚煤炭层,起码有几个足球场大小。据了解,宝利煤矿附近有十多个类似的露天煤矿。

  整个宝利煤矿看不到多少人影,只有一辆辆载重量从几十吨到上百吨的大型矿车在缓慢爬行。这里面有4辆是慧拓智能机器有限公司的无人矿车,都是经过改装的徐工蓝星系列重型卡车,其中3辆黄色巨型卡车来回运输着夯土或者煤。在旁边的场地上,一辆白色的无人巨型卡车在训练。“它已经训练了一个月,即将投入运行。”现场工作人员、35岁的包头人兰帅告诉红星新闻记者,开这辆车根本不用掌握方向盘,也不用踩刹车油门,随时注意车子运行安全★▽…◇就行了。“如果遇到紧急情况,致使车辆在运行中出现安◆◁•全隐患等问题,就把车辆立即转换为手动方式,迅速消除车辆的安全隐患,从而保证车辆安全运行。”一个月来,兰帅还没能履行过自己真正的职责。

  “你可不要小看这辆车。” 慧拓智慧机器工程师潘子宇说,屏幕上除了显示有运行轨迹的地图,还随时对车辆运行的各种数据进行采集与分析。车上安装有4个激光雷达、4个毫米波雷达、5台相机、1套GPS定位系统等。

  记者发现,无人矿车通过精确的导航系统,自动行驶在矿山运输路线上,速度并不快,但比其他有人驾驶的矿车更为匀速,不会猛轰油门、猛踩刹车,这种相对“温和”的驾驶方式,减少了机器、轮胎的损耗,节省了燃油。

  驾驶室里没有人,副驾驶位置安放了一台电脑在记录并处理各种数据,通过5G技术与几◆●△▼●百米外的控制中心联络。

  在用简易工棚搭建形成的控制中心里,慧拓智能机器开发人员袁胜向红星新闻记者演示了远程控制无人卡车:一辆无人矿卡在假定出现故障后,袁胜通过电脑远程切入卡车上的操作系统“接管”这辆卡车,再通过中心的控制系统,将故障卡车从作业现场安全“开回”指定地点。

  红星新闻记者经许可后爬上了一辆载重量达90吨的巨型矿车,体验了一次完整的无人矿卡作业流程。

  为消除记者疑虑也为保证安全,有多年驾龄的矿车老司机李东亮陪同记者坐在驾驶位上。但他并不会主动驾驶卡车,双手根本不用去握方向盘,还一脸轻松地东张西望。在他的右手边,是两排密密麻麻的各类按钮。其中两个按钮引起了记者的注意,一个是“手动”按钮、一个是“自动”按钮。紧挨着按钮的是一个电脑屏幕上显示着车辆运行轨迹的地图。

  记者发现,巨型卡车的方向盘在自动转向,带着卡车沿着既定路线低速前进,整个行驶非常平稳且判断精准。在进入作业区前有一个长下坡,其后又经历一个大拐弯,体积庞大的无人矿卡自行刹车、减速、转向,总体□◁上都能轻松应对,加减速过程也令人不觉突兀。

  在“自主避障”这个环节,红星新闻记者注意到,无人矿卡面对较大障碍物时选择了自动绕行;但当规划线路上出现几个浅坑时,无人矿卡并没有选择避让——也许是电脑觉得浅坑根本没必要避让,而是直接强行碾压过去,于是一阵颠簸突如其来。

  “遇到这种浅坑如果是换作人来驾驶,一般会选择轻打方向盘绕开。”陪同的司机李东亮认为。

  与人类的驾驶习惯相比,无人矿卡的驾驶行为以算法为主,车辆控制权由计算机系统负责,在保证道路交通安全的前提下,会对各种情况采取任何必要措施。但是有人驾驶的汽车,通常还会考虑车辆驾乘的舒适度。

  当然,自动驾驶系统凭借浑身的先进传感设备,对周围信息接收更加充分,作出决策也就越从容有◁☆●•○△度。而且,如果矿区有粉尘或夜间作业,摄像头很难发挥作用,但还能依靠雷达保障,无人矿卡仍可实现360无死角感知,这一点是人类司机操作难以实现的。

  在红星新闻记者约半小时体验过程中,电脑控制下的无人矿卡完成了自主避障、倒车入位、重载爬坡、精准停靠、自动倾卸等一系列动作,整个过程一气呵成,完成系列操作堪比多年驾龄的老司机。

  而对记者来说,整个体验流程从最初的新奇、紧张,到后面的轻松、平淡,甚至感觉有些“无聊”。因为无人矿卡如同老司机的开车技术,运行平稳、让人放心,才让人在一种放松的状态下感到无聊。

  9月18日下午,在大唐宝利煤▷•●炭有限公司的办公室里,记者见到了现场管理经理刘少宾。32岁的刘少宾告诉记者,作为央企,大唐在煤矿开采中更看中安全性。“如果是无人化的运输或开采,安全性这一块就能够大大提高,这无疑给企业吃了一颗定心丸。”

  “如◇=△▲果使用了无人化运输,还可以为企业节约很多成本。”在刘少宾看来,煤矿公司的最大成本就是剥离成本(注:指露天煤矿为生产接续进行表土(岩)剥离的生产过程所带来的成本),占到总成本的80%左右。“这里面包括土方、人员工资、税率、绿化等等。”

  第一、大大节约了人工成本。目前,一个煤矿的剥采面需要配备4辆宽体自卸车、1辆车要配2名司机,每个司机工资+社保等基本在10000元/月。“待无人化技术完全成熟后,8个司机一个月节约的成本至少有8万到10万元。而巨型矿卡一台车更需配备4名司机,无人化后一个月可节约成本至少16万元。”

  第二、方便企业现场管理。“作为企业,最难★-●=•▽管理的就是对人的管理。”刘少宾说,如果实现了无人化运输,将极大方便企业的现场管理。

  第三、安全性将极大提高。一个矿场如果出现了安全事故,要么面临着巨额的经济赔偿,要么可能就会面临着被关闭的危险。使用无人化运输,至少安全性将大大提高。

  据介绍,宝利煤矿虽然属于大唐公司,但是运输和施工的业务均由内蒙古华威矿业工程有限责任公司通过招投标的方式承包了两年。华威矿业现场经理丁伟告诉红星新闻记者, “今年4月,我们与慧拓合作引进了4辆无人化矿车,现在来看其成效非常明显。”

  煤☆△◆▲■矿业内人士还给记者举了个例子,澳大利亚力拓采矿公司使用无人卡车后,运行成本比有人车辆便宜约15%,自动化运输车队的使用最大限度减少了延误与维护,并延长了轮胎寿命,降低了燃料消耗相关的成本。从生产率的角度来看,自动钻机与人工△▪▲□△钻机相比,由于更少的中断(例如换班)导致停机时间缩短了10%。而我国矿山运输行业有2000多家,总计运输车辆20万台以上,大约需要配备40万名司机,实现无人化运输每年将节省数以亿计的劳动力成本。

  虽然上述的账目看起来非常的划算,但是在矿车司机李永、郝建鸿◇•■★▼看来,这好像不是一个好的◆■兆头。“原以为网上的无人化、自动化等高科技技术离我们很远,但是没想到这么快就走到了我们眼前。”李永有个担忧,“万一无人化运输完全代替了我们,我们的饭碗会不会就没了。”

  今年48岁的山西人郝建鸿,是大唐集团宝利煤矿运输队的现场代理班长。郝建鸿向红星新闻记者感叹道,技术好的司机越来越难招。如今煤矿的司机仍是十年前、二十年前的司机。

  “现在的司机队伍,流动性太大。”据郝建鸿介绍,一年来矿场上50多台运输车,有些车子至少要轮换3至5个司机。矿上运输队共有9个班,大约需要100多人。“这里面包括运输煤矿的、运输土方的等等。”

  来自黑龙江的李◇…=▲永45岁,主要在矿场上运输土方,已经干了好多年了。“这个群体的人员这些年几乎没有变动过,随着年龄增长大家不断跳槽离开,又没有年轻人加入。”李永说,目前在他手机里有6、7个微信群,每个群约100多名司机,“群里每天谈论的主要话题就是跳槽,人人都希望换一个工作,工资高、工作环境好、老板好。”

  根据对宝利▲★-●煤矿多名巨型矿车司机的采访,红星新闻记者发现,目前煤矿司机的薪资已经较2010年左右翻了一倍以上,技术比较好的运输司机基本工资一般在7000元/月至8000元/月,挖掘机司机工资已经达到1.2万元/月左右,且包吃包住。

  “很多矿场的运输卡车都空着,没有人开。”慧拓智能驻鄂尔多斯负责人庞小刚说。当地行业内部人士向红星新闻记者透露,鄂尔多斯一●家超大型的民营企业,自身拥有1000多辆运煤的巨型矿车,但常常会遇到一半矿车因缺少司机而被迫闲置的情况。

  矿山往往地处偏远,工作环境恶劣,安全事故多发,如今年轻一代很少愿意从事矿山上的工作。

  记★◇▽▼•者了解到,鄂尔多斯市人社局今年1月1日还在其官网上发布了《鄂尔多斯市生产制造型企业技能人才队伍建设存在六方面问题应予关注》。该文件指出,生产制造型企业技能人才队伍建设存在的问题急需关注。

  中国科学院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃教授告诉记者,宝利煤矿投•□▼◁▼入实际运营的无人运矿车,其背后是通过自主创新,基于平行驾驶理论的矿山无人化管理系统以及端到端的矿区无人运输解决方案。王飞跃教授此前曾表示:“到采矿现场看一看,那里恶劣的环境,你就会发现,矿山场景是人们对无人驾驶应用的真正刚需。”

  慧拓智能CEO陈龙说:“矿区的智能化无人化,不仅是自主创新技术发展的最新成果,更是煤矿人力现状必然提出的技术要求,实际上劳动力短缺也是我们主要解决的行业痛点。”

  在宝利煤矿现场,红星新闻记者观察到最直观的,是3台无人矿车在工作。它们的背后,用慧拓智能研究院副院长高玉的话说,就是一套矿山无人化解决方案。“包括运输车的无人化,挖掘机的无人化,集群调度的无人化以及未来井下的无人化。虽然我们做的东西名字中有矿山,但多数情况下是一个叫做机械自动化的,你可以把它理解为大型的工程机械AGV自动化。”

  也就是说,无人矿卡实际上属于无人驾驶的细分领域,是无人驾驶在矿场运输车上的商业运用。

  资料显示,2014年,SAE International(国际汽车工程师协会)就制订了一套自动驾驶汽车分级标准,将其分为L0-L5几个等级。行业内有专家认为SAE分级之外,有必要再加一个维度,就是按照地域再行划分,也就是地理围栏(Geofence)的概念。地理围栏进行了Geo1~Geo5的简单分级。在这个地理围栏的分级▪▲□◁中,矿山无人、低速、车流少的场景的环境被划分为Geo1级,也就是最先实现无人驾驶的领域。

  矿场被公认为最适合无人驾驶率先落地,矿场又有无人化驾驶的刚性需求。正是基于这样的判断,陈龙和他的团队早早就判定,矿区将是无人车最先落地的最佳场景。

  还有一个原因,陈龙则很直接的告诉红星新闻记者,从商业逻辑的角度来说,无人矿机也是可以最快得到回款的领域。“我们的矿车每拉一车,我们就有一笔收入”。

  红星新闻记者检索发现,国内外矿山机械的无人化均处于初级阶段,国外采矿目前已经发展成以运输卡车无人驾驶为龙头的自动化采矿阶段。自动控制钻机-穿孔作业、无人驾驶矿用卡车、GPS卡车调度系统、边坡位移实时监测等已经应用娴熟,较为知名的公司有:Caterpillar、Komatsu、Hitachi 等。

  中国工程机械排头兵徐州工程机械集团有限公司早在2018年就在宝马展展示其平行智慧矿山整体化解决方案。此方案由徐工和慧拓联合研发完成。今年7月,中国黄金集团(中国最大的有色矿公司)更与徐工集团和中铁十九局签订合作协议,联合打造露天矿山无人化运输系统示范工程。

  9月18日,红星新闻记者从郑煤机处获悉,郑煤机所开展并主导的“高端液压支架国产化”研究已经取得了具体的成效,并创造多项“世界第一”。此外,其自主研发的电液控制系统已取得市场领先地位;“智能工作面开发部分”新技术也已在煤矿试点并逐步推广。郑煤机2019年半年报显示,今年上半年公司的煤机板块订货、回款额均突破历史最高纪录,且从国际市场来看已获美国、俄罗斯等多个市场订单。

  同时,中国兵器工业集团内蒙古北方重工业集团北方股份公司(600262.SH,以下简称“北方股份”)、中国中车集团有限公司(601766.SH,简称“中国中车”)等矿用车生产企业,以及神华集团有限责任公司(以下简称“神华集团”)这样的大型采矿企业也都早已入局。

  9月25日,北方股份证券部工作人员对红星新闻记者表示,目前有2台无人驾驶电动轮矿车销售给包头钢铁(集团)有限责任公司旗下的铁矿,“就是拉矿的运输车辆,已经有▽•●◆2台投入使用了。”

  与慧拓智能同属智能驾驶创业公司的无人矿车研发公司,还有踏歌智行、西井科技等企业。

  踏歌智行的联合创始人周华升告诉记者,公司研发的“露天矿无人运输系统技术”成果,已经被相关行业的多位专家肯定,认为核心技术自主可控。不过目前尚处于研发阶段,还没有大面积的投产使用。

  调查发现,目前这一赛道的参与者众多,但实际落地使用的无人矿车还极少。率先投入实际运营的慧拓智能,已经成为这一赛道的领跑者。在慧拓智能合作最紧密的宝利煤矿,目前有3台无人矿车投用,1台正做投用前调◆▼试,还有3-4处矿区处于试运营启动中。慧拓智能CEO陈龙介绍,这个数字在今年底将增加到15-20辆。此外,慧拓智能也已经跟一个有色矿敲定了合作内容,会有更多的车辆落地。

  陈龙认为,无人矿车还是对矿场提出了一定的要求:地势相对平稳的露天矿场。之前国内产业链不成熟,上下游产业链技术发展还不足于支撑制造无人矿车也是一大原因。启动无人化进程后,矿山管理思路的改变,无人驾驶商业化后国家新标准的制定也都需要时间。近期,慧拓联合国能集团及航天重工等中标的国家工信部车联网示范项目,将会为行业制定示范标准。

  根据我国《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》,计划到2020年,基本实现智能开采,机械装备及智能化控制系统在煤炭生产上全覆盖,重点煤矿区采煤工作面人数减少50%以上;到2030年,实现智能化开采,重点煤矿区基本实现工作面无人化、顺槽集中控制。《计划》展望2050年,要全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系,实现煤炭安全绿色、高效智能生产。

  慧拓智能CEO陈龙告诉红星新闻记者,2019年是中国露天矿山无人化的元年,在未来三年内,中国智慧矿山会大规模落地,慧拓作为一家靠科技创新驱动的中科院系企业,将勇做新时代科技创新的排头兵,为国家制造业转型升级做出贡献。

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